2026年光电系统性能评估与优化测试试题及答案

2026年光电系统性能评估与优化测试试题及答案考试时长：120分钟满分：100分考核对象：光电工程相关专业学生、行业从业者题型分值分布：-判断题（10题，每题2分）总分20分-单选题（10题，每题2分）总分20分-多选题（10题，每题2分）总分20分-案例分析（3题，每题6分）总分18分-论述题（2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）1.光电系统的信噪比（SNR）越高，系统探测能力越强。2.光电探测器的工作波段与其探测效率成正比关系。3.光电系统的调制传递函数（MTF）仅受光学系统像差影响。4.光电系统的噪声等效功率（NEP）越小，系统灵敏度越高。5.光电系统的热噪声主要来源于探测器本身的温度。6.光电系统的空间分辨率与探测器像素尺寸成正比。7.光电系统的调制深度越高，信号传输效率越低。8.光电系统的光阑孔径越大，系统通光量越大。9.光电系统的像散会降低系统的成像质量。10.光电系统的自适应光学技术可以完全消除大气湍流影响。二、单选题（每题2分，共20分）1.以下哪种探测器适用于近红外波段探测？A.碲镉汞（HgCdTe）B.硫化铅（PbS）C.碲化铟（InSb）D.碳化硅（SiC）2.光电系统的MTF在哪个频率处开始显著下降？A.0.1lp/mmB.0.5lp/mmC.1.0lp/mmD.1.5lp/mm3.光电系统的噪声主要来源于以下哪项？A.光学系统像差B.探测器热噪声C.信号传输损耗D.电子噪声4.光电系统的调制深度通常控制在哪个范围内？A.10%–20%B.30%–50%C.60%–80%D.90%–100%5.光电系统的空间分辨率主要受以下哪项限制？A.光阑孔径B.探测器像素尺寸C.光学系统MTFD.信号传输带宽6.光电系统的噪声等效功率（NEP）单位是什么？A.WB.VC.AD.W/Hz7.光电系统的自适应光学技术主要解决什么问题？A.光学系统像差B.大气湍流影响C.信号传输损耗D.探测器噪声8.光电系统的信噪比（SNR）计算公式中，分母通常代表什么？A.信号功率B.噪声功率C.光功率D.传输损耗9.光电系统的光阑孔径越大，系统通光量如何变化？A.减小B.增大C.不变D.线性增加10.光电系统的像散会降低系统的哪种性能？A.空间分辨率B.调制深度C.信号传输效率D.噪声等效功率三、多选题（每题2分，共20分）1.光电系统的噪声来源包括哪些？A.探测器热噪声B.散粒噪声C.光子噪声D.电子噪声2.光电系统的MTF下降可能由以下哪些因素导致？A.光学系统像差B.探测器像素尺寸C.光阑孔径D.大气湍流3.光电系统的信噪比（SNR）提升方法包括哪些？A.增加光阑孔径B.降低探测器噪声C.提高信号传输带宽D.增加积分时间4.光电系统的空间分辨率提升方法包括哪些？A.减小探测器像素尺寸B.提高光学系统MTFC.增加光阑孔径D.使用自适应光学技术5.光电系统的调制传递函数（MTF）主要受哪些因素影响？A.光学系统像差B.探测器像素尺寸C.光阑孔径D.大气湍流6.光电系统的自适应光学技术主要应用于哪些场景？A.大气成像B.空间遥感C.激光通信D.生物医学成像7.光电系统的噪声等效功率（NEP）越小，系统性能如何变化？A.灵敏度越高B.噪声越低C.信号传输效率越高D.探测器尺寸越小8.光电系统的调制深度过高会导致哪些问题？A.信号饱和B.噪声放大C.传输效率降低D.探测器过热9.光电系统的光阑孔径过大或过小会导致哪些问题？A.通光量不足B.光学系统像差增加C.信号传输损耗增大D.探测器噪声增加10.光电系统的像散会降低系统的哪种性能？A.空间分辨率B.调制深度C.信号传输效率D.噪声等效功率四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某光电系统用于夜视成像，探测波段为8–12μm，探测器像素尺寸为15μm×15μm，光学系统MTF在1.0lp/mm处为0.8，系统信噪比（SNR）要求达到100dB。假设系统噪声主要来源于探测器热噪声和散粒噪声，热噪声温度为300K，探测器量子效率为0.8。请计算系统所需的积分时间。案例2：某光电系统用于激光测距，探测波段为1550nm，系统光阑孔径为10mm，大气湍流强度为1.5m/s，探测器像素尺寸为20μm×20μm。假设系统MTF在0.5lp/mm处为0.6，请分析系统空间分辨率受哪些因素限制，并提出优化方案。案例3：某光电系统用于生物医学成像，探测波段为400–700nm，系统调制深度为40%，探测器噪声等效功率（NEP）为1×10⁻¹¹W/Hz。假设系统噪声主要来源于探测器热噪声和散粒噪声，热噪声温度为300K，探测器量子效率为0.9。请计算系统在1kHz带宽下的信噪比（SNR）。五、论述题（每题11分，共22分）1.论述光电系统噪声的主要来源及其对系统性能的影响，并提出降低噪声的方法。2.论述光电系统空间分辨率和调制传递函数（MTF）的关系，并提出提升系统成像质量的方法。---标准答案及解析一、判断题1.√2.×3.×4.√5.√6.√7.×8.√9.√10.×解析：2.探测器的工作波段与其探测效率并非成正比，不同材料在不同波段有最佳响应。3.MTF受光学系统像差、探测器像素尺寸、大气湍流等多种因素影响。10.自适应光学技术可以显著降低大气湍流影响，但不能完全消除。二、单选题1.A2.B3.B4.B5.B6.D7.B8.B9.B10.A解析：1.HgCdTe适用于近红外波段探测。6.NEP单位为W/Hz。8.SNR计算公式分母为噪声功率。10.像散会降低空间分辨率。三、多选题1.A,B,C,D2.A,B,C,D3.A,B,C,D4.A,B,D5.A,B,C,D6.A,B,D7.A,B8.A,B,D9.A,B,C10.A,B解析：1.噪声来源包括热噪声、散粒噪声、光子噪声、电子噪声。8.调制深度过高会导致信号饱和、噪声放大、探测器过热。四、案例分析案例1：计算过程：1.SNR公式：SNR=10log(P_signal/P_noise)P_noise=sqrt(P_thermal+P_photon)P_thermal=kTBΔf=(1.38×10⁻²³×300×1×10³)=4.14×10⁻¹⁹WP_photon=(hνqηΔf)/(e^(hν/kT)-1)≈(6.626×10⁻³⁴×2.998×10⁸/8.12×10⁻⁶×0.8×1×10³)≈2.48×10⁻¹⁸WP_noise=sqrt(4.14×10⁻¹⁹+2.48×10⁻¹⁸)≈6.56×10⁻¹⁸WSNR=10log(10¹⁰/6.56×10⁻¹⁸)≈100dB积分时间Δt=SNR/(2kBTΔf)=10¹⁰/(2×4.14×10⁻¹⁹×300)≈4.1×10⁶s案例2：分析：空间分辨率受MTF、探测器像素尺寸、大气湍流限制。优化方案：1.提高光学系统MTF（如使用非球面镜）。2.减小探测器像素尺寸。3.使用自适应光学技术补偿大气湍流。案例3：计算过程：1.NEP=sqrt(P_thermal+P_photon)P_thermal=kTBΔf=(1.38×10⁻²³×300×1×10³)=4.14×10⁻¹⁹WP_photon=(hνqηΔf)/(e^(hν/kT)-1)≈(6.626×10⁻³⁴×2.998×10⁸/4.58×10⁻¹⁹×0.9×1×10³)≈1.12×10⁻¹⁸WP_noise=sqrt(4.14×10⁻¹⁹+1.12×10⁻¹⁸)≈6.45×10⁻¹⁹WSNR=10log(P_signal/P_noise)=10log(10⁻¹¹/6.45×10⁻¹⁹)≈80dB五、论述题1.光电系统噪声来源及降低方法：噪声来源：-热噪声：探测器电阻热效应产生。-散粒噪声：光子或电子随机起伏。-光子噪声：光子统计分布不均。-电子噪声：放大电路噪声。降低方法：1.使用低噪声探测器（如InSb）。2.增加积分时间（需权衡效率）。3.优