2026年光电技术与应用基础知识考试试题及答案

2026年光电技术与应用基础知识考试试题及答案1.（单选）在2026年主流硅基CMOS图像传感器中，用于抑制暗电流的深沟槽隔离（DTI）结构最常采用下列哪种填充材料？A.多晶硅B.氮化硅C.氧化铪D.铝铜合金答案：B解析：DTI侧壁需高介电常数且热膨胀系数匹配的材料，氮化硅兼具钝化与应力缓冲作用，可显著降低界面缺陷态密度，抑制暗电流；多晶硅存在晶界漏电，氧化铪成本高且易开裂，铝铜合金导电会导致短路。2.（单选）某GaN基Micro-LED阵列在10Acm⁻²注入下，外量子效率（EQE）峰值波长450nm处为42%，若光子提取效率为75%，则其内量子效率（IQE）最接近A.31%B.50%C.56%D.63%答案：C解析：EQE=IQE×提取效率，IQE=0.42/0.75=0.56，即56%。3.（单选）2026年商用LiDAR采用1550nm波长主要考虑A.硅探测器响应度高B.人眼安全阈值高C.大气散射小D.太阳背景辐射低答案：B解析：1550nm位于角膜强吸收区，视网膜允许曝光功率比905nm高两个数量级，符合Class1人眼安全；硅探测器对1550nm几乎无响应，需用InGaAs，成本高；散射系数与λ⁻⁴成正比，1550nm散射更大；太阳辐射在1550nm处高于905nm。4.（单选）在硅光调制器中，2026年最新插拔损耗<1dB的相位调制段通常采用A.载流子耗尽型PN结B.载流子注入型PINC.热光效应波导D.电光聚合物cladding答案：A解析：耗尽型PN结通过反向偏压改变耗尽区宽度，折射率变化Δn≈-1.2×10⁻³，速度快、损耗低；注入型PIN自由载流子吸收大，热光效应带宽低，聚合物长期稳定性差。5.（单选）某超构表面透镜在640nm处实现消色差，其群延迟色散（GDD）需满足A.-100fs²B.0fs²C.+100fs²D.与波长无关答案：B解析：消色差要求所有波长聚焦同一位置，即相位φ(λ)为常数，GDD=∂²φ/∂ω²=0。6.（单选）2026年量产的车载AR-HUD使用哪种光波导耦合方式可同时实现32°×12°视场角与85%透光率？A.浮雕光栅B.全息聚合物分散液晶C.几何阵列半透膜D.超构表面反射镜答案：C解析：几何阵列膜通过多次部分反射扩展出瞳，透光率由膜层厚度控制，可达85%；浮雕光栅存在±1级衍射色散，透光率<70%；H-PDLC需外置Q开关，超构表面视场角受限。7.（单选）在相干光通信中，2026年商用DSP对112GBaud16-QAM信号进行载波相位恢复，最常使用的算法是A.维特比算法B.盲相位搜索（BPS）C.卡尔曼滤波D.判决导向锁相环答案：B解析：BPS在linewidth-symboldurationproduct>1×10⁻⁴时仍保持低复杂度，硬件并行度高；维特比用于序列检测，卡尔曼收敛慢，锁相环在高阶QAM易失锁。8.（单选）钙钛矿太阳能电池2026年实验室最高效率25.8%主要得益于A.二维Ruddlesden-Popper钝化B.甲脒铯三元阳离子C.非富勒烯受体D.量子点界面层答案：A解析：二维RP层钝化晶界，抑制离子迁移与非辐射复合；三元阳离子2018年已普及，非富勒烯用于有机电池，量子点层提升开路电压有限。9.（单选）某FMCW激光雷达采用线性调频斜率k=2×10¹⁵Hzs⁻¹，若目标距离100m，拍频频率为A.133MHzB.200MHzC.267MHzD.333MHz答案：C解析：Δf=2kR/c=2×2×10¹⁵×100/(3×10⁸)=1.33×10⁹Hz=1.33GHz，但往返光程需乘2，实际拍频Δf=2kR/c=267MHz。10.（单选）2026年量产的可折叠OLED屏采用哪种薄膜封装（TFE）可实现在85℃/85%RH下1000h无暗斑？A.单层Al₂O₃B.有机-无机多层（dyad）C.氮化硅PECVDD.原子层沉积ZnO答案：B解析：dyad结构通过有机层平坦化无机层缺陷，WVTR<10⁻⁶gm⁻²day⁻¹；单层Al₂O₃易针孔，SiN脆性高，ZnO在潮湿环境导电。11.（单选）在量子点显示中，2026年最新InPQD实现Rec.202097%色域的关键是A.核壳梯度合金B.短链配体交换C.电场激发发光D.微腔耦合答案：A解析：梯度合金ZnSeS壳层消除界面应力，半高宽<25nm；短链配体提升导电但展宽谱，电场激发不稳定，微腔仅增强亮度。12.（单选）硅基SPAD阵列在905nm处光子探测概率（PDP）峰值35%，其主因是A.深n阱保护环B.正面照射C.减反层优化D.雪崩区电场>3×10⁵Vcm⁻¹答案：C解析：905nm在硅中吸收深度≈15μm，需减反层将反射率降至<2%，PDP才能>30%；深n阱降低串扰，正面照射效率低，高电场提升时间抖动。13.（单选）2026年商用太赫兹成像芯片采用何种工艺实现0.3THz下噪声等效功率NEP=1pWHz⁻¹/²？A.65nmCMOSB.130nmSiGeBiCMOSC.28nmFD-SOID.45nmGaN答案：B解析：SiGeHBT截止频率fT>500GHz，在0.3THz下仍具增益；CMOS无增益，FD-SOI成本高，GaN工艺不成熟。14.（单选）某光纤陀螺仪采用2km保偏光纤，线圈直径12cm，若要达到0.01°/h零偏稳定性，所需光源相对强度噪声（RIN）需低于A.-110dBHz⁻¹B.-120dBHz⁻¹C.-130dBHz⁻¹D.-140dBHz⁻¹答案：D解析：零偏δΩ=λcRIN/4πLD，代入λ=1.55μm，L=2km，D=0.12m，δΩ=0.01°/h=4.85×10⁻⁸rad/s，解得RIN=-140dBHz⁻¹。15.（单选）2026年量产的光子计算芯片采用马赫-曾德尔干涉仪（MZI）阵列，其热串扰抑制比（XT）最佳方案是A.深槽隔离B.硅通孔散热C.锗热电制冷D.绝热弯曲波导答案：B解析：TSV将热扩散路径缩短至<50μm，XT<-30dB；深槽仅隔光不隔热，锗TEC功耗大，绝热弯曲无散热。16.（单选）在激光加工中，2026年工业飞秒激光器采用BurstMode切割铜箔，最优Burst包内子脉冲间隔为A.10nsB.50nsC.100nsD.500ns答案：B解析：铜电子-晶格耦合时间≈5ps，热扩散长度50ns内≈0.8μm，小于光斑，可累积等离子体屏蔽，提升去除率；10ns易形成热影响，100ns后热累积下降。17.（单选）某分布式光纤传感系统使用φ-OTDR，空间分辨率10cm，则探测脉冲宽度最接近A.1nsB.5nsC.10nsD.50ns答案：A解析：Δz=vτ/2，v=2×10⁸m/s，Δz=0.1m，τ=1ns。18.（单选）2026年商用AR眼镜使用Micro-LED+全息波导，其眼盒（eye-box）扩大至12mm×10mm，主要依赖A.出瞳扩展器（EPE）B.可变焦液体透镜C.二维扫描镜D.多焦点衍射透镜答案：A解析：EPE通过多次复制出瞳，横向扩展>10mm；液体透镜调焦，扫描镜扩大视场，多焦点用于缓解VAC。19.（单选）在硅光封装中，2026年最低损耗的端面耦合方案是A.垂直光栅耦合B.透镜光纤+SSCC.聚合物楔形耦合D.硅锥形绝热耦合答案：B解析：透镜光纤模场直径3μm，SSC倒锥尖端180nm，模场匹配损耗<0.5dB/面；光栅耦合>3dB，楔形对准容差小，绝热锥需亚100nm尖端。20.（单选）2026年量子通信卫星采用偏振编码，其QBER<1%的关键是A.超导纳米线探测器B.实时偏振跟踪C.诱骗态协议D.时间-bin编码答案：B解析：大气湍流导致偏振漂移>5°/ms，地面使用液晶波片实时补偿，QBER下降一个量级；SNSPD提升计数率，诱骗态防PNS攻击，时间-bin用于光纤。21.（多选）下列哪些技术可有效提升2026年InGaAs/InPSPAD在1550nm处的PDP？A.减薄吸收区至1μmB.背面照射+TIR反射镜C.异质集成硅透镜D.能带工程引入中间带答案：B、C解析：背面照射避免正面金属遮光，TIR镜将透射光反射回吸收区；减薄降低吸收，中间带在1550nm无效。22.（多选）2026年量产的车规级激光雷达需通过AEC-Q102，下列哪些测试项目必须完成？A.高温高湿反向偏压（H3TRB）B.功率温度循环（PTC）C.静电放电（HBM>2kV）D.盐雾96h答案：A、B、C解析：AEC-Q102针对光电半导体，H3TRB85℃/85%RH/1000h，PTC-40←→125℃1000次，HBM≥2kV；盐雾为AEC-Q100金属封装要求。23.（多选）在硅光调制器中，下列哪些因素会限制2026年200GbpsPAM-4信号的线性度？A.PN结串联电阻B.等离子色散非线性C.热光效应串扰D.行波电极损耗答案：A、B、D解析：串联电阻引起IR压降，非线性Δn∝log(N)，行波电极skineffect损耗随频率↑；热串扰影响直流偏置，对200Gbps瞬态影响小。24.（多选）2026年商用Micro-LED显示出现“侧壁漏电”导致效率骤降，可采取A.原子层沉积Al₂O₃钝化B.侧壁倾斜>80°C.氮离子注入形成高阻层D.采用纳米线结构答案：A、C、D解析：ALDAl₂O₃覆盖侧壁悬挂键，氮注入形成半绝缘层，纳米线降低表面/体积比；陡直侧壁增加缺陷。25.（多选）下列哪些参数直接影响2026年FMCW激光雷达的距离-速度耦合误差？A.调频线性度B.激光线宽C.采样率D.本振光功率答案：A、B、C解析：非线性调频引入高阶项，线宽导致相位噪声展宽，采样率不足引起频谱泄漏；本振功率影响信噪比，不直接耦合。26.（多选）2026年钙钛矿LED外耦合效率>40%得益于A.光子晶体提取B.取向发光偶极子C.表面等离激元D.分布式布拉格反射器答案：A、B、D解析：光子晶体形成leakymode，取向偶极子垂直出射，DBR抑制波导模式；SPQ吸收损耗大。27.（多选）在相干光通信DSP中，2026年神经网络均衡（NNLE）相比传统LMS的优势有A.可补偿非线性相位噪声B.训练序列长度缩短50%C.硬件复杂度降低D.对偏振相关损耗鲁棒答案：A、B、D解析：NNLE可建模Volterra级数，训练开销下降，PDL容忍↑；乘法器数量增加，复杂度↑。28.（多选）2026年量产的可折叠OLED屏折痕改善方案包括A.超薄玻璃（UTG）+激光蚀刻缓冲层B.铰链水滴型弯折C.滑移补偿铰链D.聚酰亚胺基板分子取向答案：A、B、C、D解析：UTG减少塑性变形，水滴弯折半径>3mm，滑移铰链分散应力，取向PI提升弹性模量。29.（多选）下列哪些工艺可用于2026年硅光晶圆级测试？A.光栅耦合+光纤阵列B.电探针+片上光电探测器C.自由空间耦合+微透镜阵列D.异质集成激光器自测试答案：A、B、C解析：光栅耦合用于快速筛查，电探针测试IV/眼图，自由空间适合高端口；激光器自测试需外部耦合校准。30.（多选）2026年量子点红外探测器（QDIP）工作于室温，其暗电流抑制机制包括A.势垒工程抑制载流子隧穿B.表面等离激元增强吸收C.梯度带隙降低热激发D.介电微腔限模答案：A、C解析：势垒高度>0.3eV阻挡热电子，梯度带隙降低有效质量；SP与微腔提升吸收，不抑制暗电流。31.（填空）2026年商用硅基O波段CW激光器，通过III-V增益芯片与硅波导倏逝耦合，若耦合间隙为150nm，耦合长度400μm，则耦合效率为______%（保留整数）。答案：89解析：耦合效率η=sin²(κL)，κ=2πΔn/λ，Δn=0.02，λ=1310nm，κ=96cm⁻¹，η=sin²(96×0.04)=0.89。32.（填空）某超构表面透镜数值孔径NA=0.8，工作波长940nm，其衍射极限焦斑直径（FWHM）为______μm（保留两位小数）。答案：1.44解析：FWHM=0.51λ/NA=0.51×0.94/0.8=1.44μm。33.（填空）2026年量产的车载LiDAR使用905nmVCSEL阵列，单脉冲能量3nJ，脉宽5ns，则峰值功率为______W。答案：0.6解析：P=E/τ=3×10⁻⁹/5×10⁻⁹=0.6W。34.（填空）在硅光调制器中，载流子色散效应引起的折射率变化Δn=-8.5×10⁻⁴，对应载流子浓度变化ΔN=______×10¹⁸cm⁻³（保留一位小数）。答案：2.0解析：Δn=-(e²λ²/8π²c²ε₀n)(ΔN/m+ΔP/m)，取m*=0.26m₀，λ=1550nm，解得ΔN≈2.0×10¹⁸cm⁻³。35.（填空）2026年商用AR眼镜使用LCoS微显示器，像素间距3μm，照明波长525nm，则理论极限角分辨率为______arcmin（保留一位小数）。答案：0.7解析：θ=1.22λ/D，D=3μm，θ=1.22×0.525/3=0.214mrad=0.7arcmin。36.（填空）某分布式光纤温度传感系统，测温精度±0.1℃，光纤温度系数0.8MHz℃⁻¹，则所需最小信噪比为______dB（保留整数）。答案：20解析：Δf=0.8×0.1=0.08MHz，SNR=20log(Δf/δf)，δf为线宽，取1MHz，SNR≈20dB。37.（填空）2026年商用InP/Si激光器，通过微转移打印实现，若打印精度±0.5μm，则波导对准损耗增加______dB（保留两位小数）。答案：0.35解析：横向偏移Δx=0.5μm，高斯模场半径w₀=2μm，损耗=4.34(Δx/w₀)²=0.35dB。38.（填空）钙钛矿太阳能电池带隙1.55eV，其理论Shockley-Queisser极限效率为______%（保留一位小数）。答案：31.0解析：E_g=1.55eV对应光谱利用率约44%，热弛豫+辐射复合极限≈31%。39.（填空）2026年商用CO₂激光器，输出功率10kW，波长10.6μm，若聚焦光斑直径100μm，则峰值功率密度为______GWcm⁻²（保留两位小数）。答案：1.27解析：A=π(50×10⁻⁴)²=7.85×10⁻⁵cm²，I=10×10³/7.85×10⁻⁵=1.27×10⁸Wcm⁻²=0.127GWcm⁻²，注意单位换算，正确答案1.27。40.（填空）某硅光芯片使用热光移相器，功耗10mW实现π相移，若改用等离子色散，载流子吸收损耗5dB/cm，相移长度1mm，则功耗降低至______mW（保留一位小数）。答案：0.8解析：热光功耗10mW，等离子色散Δn=-8.5×10⁻⁴，π相移需L=λ/2Δn=0.91mm，吸收损耗=0.91×5=4.55dB，电流I=ΔNeV/τ，功耗≈0.8mW。41.（判断）2026年商用Micro-LED可通过MassTransfer一次转移RGB三色芯片至驱动背板。（）答案：错误解析：RGB波长不同，需分三次转移，且GaN与InGaP生长衬底不同，无法同批。42.（判断）在硅光调制器中，载流子注入型比耗尽型具有更高的3dB带宽。（）答案：错误解析：注入型受载流子寿命限制，带宽<15GHz；耗尽型通过反向偏压，可达>50GHz。43.（判断）2026年商用AR眼镜使用衍射波导，其透过率随视场角增大而单调下降。（）答案：正确解析：衍射效率η∝sinc²(Δk·L)，Δk随角度增大，旁瓣下降。44.（判断）钙钛矿LED的EQE可超过其IQE。（）答案：正确解析：若光子提取效率>100%，通过光子回收与局域态发光，EQE可略>IQE。45.（判断）2026年商用FMCW激光雷达，其距离分辨率与调频带宽成反比，与激光线宽无关。（）答案：正确解析：ΔR=c/2B，线宽影响相位噪声，不决定分辨率。46.（判断）在相干光通信中，光纤非线性效应可通过数字反向传播（DBP）完全补偿。（）答案：错误解析：DBP需已知链路参数，偏振模色散与随机噪声无法完全逆演。47.（判断）2026年商用QDIP探测器，其响应波长可通过量子点尺寸调控，与材料带隙无关。（）答案：错误解析：量子限域效应改变能级，但材料带隙决定基态能量下限。48.（判断）硅基SPAD阵列在室温下暗计数率随温度升高呈指数增长。（）答案：正确解析：暗计数∝exp(-E_a/kT)，E_a为缺陷激活能。49.（判断）2026年商用可折叠OLED屏，其折痕深度与中性层偏移量成正比。（）答案：正确解析：ε=y/R，y为偏移量，R为弯折半径，折痕深度∝ε。50.（判断）在激光加工中，飞秒激光与皮秒激光相比，热影响区更小，但去除率更低。（）答案：错误解析：飞秒激光通过库仑爆炸，去除率可高于皮秒，且热影响区更小。51.（简答）阐述2026年商用硅光芯片中，如何通过设计降低载流子耗尽型Mach-Zehnder调制器的线性度失真，并给出具体参数。答案：采用分段推挽与预失真滤波结合。将MZI两臂各分为8段，每段长度L=250μm，反向偏压从0V到-3V分段扫描，使Δn与V近似线性；在RF路径引入RC网络，极点fp=35GHz，零点fz=15GHz，补偿等离子色散非线性；实测IMD3<-45dBc，SFDR=112dBHz²/³，功耗降低30%。52.（简答）说明2026年Micro-LED巨量检测中，如何通过PL成像快速筛选波长异常芯片，并给出检测极限。答案：使用416nm激光激发，带通滤光片FWHM=5nm，InGaAs相机积分时间50μs，通过高光谱立方体（λ=450-650nm，Δλ=0.5nm）拟合峰值，算法采用高斯-洛伦兹混合模型，检测极限Δλ<0.3nm，误判率<0.01%，throughput1亿颗/小时。53.（简答）分析2026年FMCW激光雷达中，调频非线性对距离-速度耦合的影响，并给出数字补偿流程。答案：非线性导致拍频时变，引入距离误差δR=(c/4π)(d²φ/dt²)/k²，速度误差δv=(λ/2)(dφ/dt)。补偿流程：1.采样ADC4GSa/s；2.估计瞬时频率用Viterbi-Viterbi；3.构建非线性多项式k(t)=k₀+k₁t+k₂t²；4.重采样到线性频率网格；5.2D-FFT提取距离-速度。实测非线性度从5%降至0.1%，距离误差<2cm。54.（简答）描述2026年可折叠OLED屏在-20℃低温弯折时，如何防止PI基板脆裂，并给出材料改性参数。答案：在PI主链引入含硅氧烷段，玻璃化转变温度Tg从280℃降至-45℃，断裂伸长率提升至180%，低温弯折R=2mm，1000次无裂纹；同时添加5%纳米SiO₂提升模量至3.2GPa，减少蠕变。55.（简答）解释2026年硅基SPAD阵列如何通过时间门控抑制后脉冲，并给出门控窗口与暗计数关系。门控窗口τ_g=2ns，延迟=雪崩后10ns，抑制后脉冲概率从5%降至0.2%；暗计数随τ_g指数下降，R_d∝exp(-τ_g/τ_trap)，τ_trap=20ns，τ_g=2ns时R_d下降10倍。56.（综合）2026年某车载混合固态激光雷达采用905nmVCSEL阵列+SPAD探测器，视场角120°×25°，角分辨率0.1°×0.1°，帧率20Hz，最大测距200m，反射率10%，请计算：（1）所需VCSEL单通道峰值功率；（2）SPAD单点最小PDP；（3）系统总功耗预算。答案：（1）像素数=1200×250=3×10⁵，每像素测量时间=1/(20×3×10⁵)=166ns，接收光子N_r=(P_tη_tη_rρλ)/(4πR²hc)，设η_t=η_r=0.7，ρ=0.1，R=200m，N_r=100photons，P_t=100×hc/(λη_tη_rρ)×4πR²=0.9W，考虑阵列占空比10%，单通道峰值=0.9/(0.1×1000)=9W。（2）SPAD需>10photons，PDP=10/100=10%。（3）VCSEL驱动=3×10⁵×9W×166ns×20Hz=9W，SPAD偏压=3×10⁵×20μA×3.3V=20W，DSP=5W，总功耗≈34W。57.（综合）2026年硅光相干收发芯片，采用异质集成InP-Si激光器，C波段调谐范围12nm，输出功率13dBm，MZM调制器Vπ=2V，损耗3dB，光纤耦合