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1、光电子检测技术复习资料（选修课）一.填空题1. 声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。2. 激光器的三个主要组成部分是：工作物质，泵浦源，谐振腔3. 彩色阴极射线管（CRT）主要由电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃外壳五部分组成。4. 1917年，爱因斯坦提出了受激辐射可实现光放大的概念,为激光的发明奠定了理论基础。1960年7月，美国休斯公司实验室梅制成世界上第一台红宝石固态激光器,标志着激光器诞生。5. 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样,量化,编码。6. 光纤通信系统的三个传输窗口包括短波长的850nm波段,长波长的1300nm及1550nm波段。7按照形成
2、条件液晶可分为溶致液晶和热致液晶，作为显示技术应用的液晶都是热致液晶8常见的固体激光器有红宝石激光器,掺钕钇铝石榴石激光器（写出两种）,常见的气体激光器有He-Ne激光器，CO激光器或Ar+激光器（写出两种）29. 氦-氖（He-Ne）激光器的工作物质是氦氖混合气体,激光由氖发射.10. 光电探测器的物理效应通常分为两大类：光电效应和光热效应。11. 光纤色散主要有模式色散,材料色散,波导色散三种12. 光电池是根据光伏效应效应制成的将光能转换成电能的一种器件13激光器按按工作物质分类可分为:固体激光器,液体激光器,和气体激光器14. 半导体的载流子是电子和空穴。15. 在彩色电视中，通常选用
3、_、绿、蓝作为三种基色光。16. CCD的基本功能为电荷存储和电荷转移；CCD按结构可分为线阵CCD和面阵CCD。17. 热致液晶可以分为近晶相、向列相和胆甾相三种。18. 波分复用器分为发端的合波器器和收端的分波器器。19. 开放式光学谐振腔（开腔）通常可以分为稳定腔和非稳定腔，共轴球面腔的稳定性条件是:Ri丿1120. 光波在大气中传播时，由于大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起光束的能量衰减；由于空气折射率不均匀会引起光波的振幅和相位起伏。21. 液晶分为两大类:溶致液晶和热致液晶；作为显示技术应用的液晶都是遨致液晶。22氏纤主要由纤芯,包层,涂覆层三部分组成.23. 彩色三要素是指亮
4、度、色调和饱和度，由这三个参量可以确切地表示任何一种彩色光。24. 光与物质的三种相互作用过程包括自发辐射，受激辐射,受激吸收。二、单项选择题（每题只有一个正确选项，每小题2分,共40分）1.任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都等于1，称为（A）.A.黑体B.灰体C.黑洞D.绝对黑体2半导体中施主能级的位置位于（A）中.A.禁带B.价带C.导带D.满带3. 热效应较大的光是（C）.A.紫光B.红光C.红外D.紫外4. 波长为10pm的光线属（C）。A.近红外线B.中红外线C.远红外线D.极远红外线5.6.光纤折射率纤芯n1、包层n2、外套n3的关系是（B）.A.n1n2n3C.n3n2n
5、1波长为1mm的波属于（A.远红外线C.可见光23B.n1n3n2D.n2n3n1B).B.太赫兹波D.X射线#7. 硅光电二极管与硅光电池比较，前者（A）.A.掺杂浓度低B.电阻率低C.零偏工作D.光敏面积大8卤钨灯是一种（B）.A.气体光源B.热光源C.冷光源D.激光光源9. 下列光源中，最佳的彩色摄影用光源是（A）A.氙灯B.氢灯C.汞灯D.汞氙灯10. 光的发射，属于受激发射的器件是（A）.A.LDB.LEDC.CCDD.PMT#11. 在光电倍增管中，产生光电效应的是（A）.A.阴极B.阳极12. 半导体结中并不存在（DA.PN结C.肖特基结13. 斯乃尔公式是（A）.A.sin，二
6、n2-n2cns120C.sin,=、n2-n2cn0214. 可产生太赫兹辐射的光源是A.氙灯C.氦氖激光器C.倍增极D.玻璃窗）B.PIN结D.光电结B-sin,D.sin,1=、:n2一n2n2101_-=n2一n2n102D）B.CO2激光器D.飞秒脉冲激光器#15.面阵CCD主要是通过（A）工作.#B.电压D.电阻A.电荷C.电流二、简答题1什么是光电检测系统？其基本组成部分有哪些？答：指对待测光学量或由非光学待测物理量转换的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。组成部分：光源；被检测对象及光信号的形成；光信号的匹配处理；光电转换；电信号的放大与处理；微机；控制系统；显
7、示。2. 简要说明光电检测技术的重要应用范围？答：辐射度量和光度量的检测；光电元器件及光电成像系统特性的检测；光学材料、元件及系统特性的检测；非光学量的光电检测。3. 光电探测器的原理有几种效应？分别是什么？内容是什么？答：四种。光电子发射效应：在光辐射作用下，电子逸出材料表面，产生光电子发射。光电导效应：光照射某些半导体材料，某些电子吸收光子变成导电自由态，在外电场的作用下，半导体的电导增大。光生伏特效应：光照射在PN结及其附近，在结区中因电场作用，产生附加电动势。光磁电效应：半导体置于磁场中，用激光垂直照射，由于磁场产生洛伦兹力，形成电位差。4. 简答什么是光伏效应？并说明该效应在器件中的
8、应用。答：在无光照射时PN结内存在内部电场E。当光照射在PN结及其附近时，若光子的能量足够大，则在结区及其附近产生少数载流了（电子一空穴对）。它们在结区外时，靠扩散进入结区，它们在结区内时，则在电场E作用下电子漂移到N区，空穴漂移到P区。结果，N区带负电荷，P区带正电荷，产生附加电动势。此电动势称为光生电动势，此效应称为光生伏特效应。光电探测器，光电池.4. 从n和n的关系说明kdp晶体是负晶体，并写出不加电场时在主坐标系下的椭球方程答：neno负单轴晶体X2+y2+Z21n2n2n200e5. 简述液晶显示器的主要特点。答：优点：缺点：曲驱动电压低，功耗小视角小平板结构，体积小响应速度慢被动
9、显示型亮度不咼易彩色化寿命长无辐射，无污染6. 简述光电探测器的主要特性参数。答：1.灵敏度R.电压灵敏度R电流灵敏度RUi2.光谱灵敏度3.频率响应和响应时间4.量子效率5.噪声等效功率NEP6.归一化探测度7. 简述激光器的组成及各组成部分的作用。答：组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。泵浦源（激励源）：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。谐振腔：（1）使激光具有极好的方向性（沿轴线）（2）增强光放大作用（延长了工作物质（3）使激光具有极好的单色性（选频）8. 比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。答：光电效应（光子效
10、应）:指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态的改变。特点:对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。光热效应探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。特点:原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。9. 简述光束调制的基本概念。答：（1）以激光为载体，将信息加载到激
11、光的过程，称为调制或光束调制。（2）光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量，可以应用某些物理的方法，使其参量之一按照调制信号的规律变化，实现光束的调制，所以光束的调制可以分为调幅、调相、调频和强度调制等。（3）实现激光光束调制的方法根据调制器与激光器的关系，可以分为内调制和外调制两种10. 利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强度调制，纵向电光调制和横向电光调制各有什么优缺点？答：纵向调制器优点:具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等。缺点:电场方向与通光方向相互平行,必须使用透明电极,且半波电压达8600伏,特别在调制频率较高时，功率损耗比较大。横向调制器优点：半波电压与
12、晶体的长宽比（L/d）有关增大L或减小d就可大大降低半波电压。缺点：存在自然双折射引起的相位延迟，对环境温度敏感。必须采用两块晶体，结构复杂，而且其尺寸加工要求高11. 利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强度调制，纵向电光调制和横向电光调制各有什么优缺点？答：等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气态外，物质存在的第四态。等离子体显示搬是利用气体放电产生发光现象的平板显示的统称。等离子体显示技术的基本原理：显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫
13、外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到可见光。12. 声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。简述它们产生的条件和特征。答：产生拉曼-纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光，这就是拉曼-纳斯衍射的特点。产生布喇格衍射条件：声波频率较高，声光作用长度L较大，光束与声波波面间以一定的角度斜入射，介质具有“体光栅”的性质。衍射光各高
14、级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光，这是布喇格衍射的特点。13. 选用光电探测器的一般原则答：灵敏度高；用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配；考虑时间响应特性；噪声等效功率小；考虑光电探测器的线性特性；承受的温度范围和电压范围大等。14. 何为大气窗口?简单分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。答：对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。大气中N2、O2分子虽然含量最多（约90%）,但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波
15、段才呈现出很大的吸收。因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。大气中除包含上述分子外，还包含有He,Ar，Xe,O3,Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考虑其吸收作用。只是在高空处，其余衰减因素都已很弱，才考虑它们吸收作用。h2o和CO2分子，特别是h2o分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素。15、光纤传感器种类？答：光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器，又称FF型光纤传感器,它是利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件，既感知信息又传输信息，所以又称传感型光纤传感器。另一类是非功能型传感器，又称NF型光纤传感器，它是利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，用以传输来自于远处或难以接近场所的光信号，因此，也称为传光型光纤传感器。16、光电导效应：在物质受到辐射光的照射后，材
