光电子技术试题.docx
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光电子技术试题.docx
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光电子技术试题
光电子技术
[填空题]
1光电子器件按功能分为哪几类?
每类大致包括哪些器件?
参考答案:
光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件、光显示器件。
光源器件分为相干光源和非相干光源。
相干光源主要包括激光器和非线性光学器件等。
非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。
光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。
光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。
光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。
光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。
光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。
[填空题]
2谈谈你对光电子技术的理解。
参考答案:
光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术,以光源激光化,传输波导(光纤)化,手段电子化,现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征,是一门新兴的综合性交叉学科。
[填空题]
3光的基本属性是光具有波粒二象性,光粒子性的典型现象有()等;光波动性的典型体现有()等。
参考答案:
光的吸收、发射以及光电效应;光的干涉、衍射、偏振
[填空题]
4两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定;最典型的干涉装置有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪;两束光相长干涉的条件是什么?
δ为光程差。
参考答案:
[填空题]
5波长λ的光经过孔径D的小孔在焦距f处的衍射爱里斑半径为多少?
参考答案:
[填空题]
6在玻璃(εr=2.25,μr=1)上涂一种透明的介质膜以消除红外线(λ=0.75μm)的反射。
⑴求该介质膜应有的介电常量及厚度。
⑵如紫外线(λ=0.42μm)垂直照射至涂有该介质膜的玻璃上,反射功率占入射功率百分之多少?
参考答案:
[填空题]
7最早的电光源是炭弧光灯,最早的激光器是()年由美国人梅曼制作的红宝石激光器。
参考答案:
1960
[填空题]
8光在各向同性介质中传播时,复极化率的实部表示()的关系,虚部表示物质()的关系。
参考答案:
色散与频率;吸收与频率
[填空题]
9今有一个球面谐振腔,r1=1.5m,r2=-1m,L=80cm,它属于()。
参考答案:
稳定腔
[填空题]
10受激发射过程
参考答案:
[填空题]
11谱线的自然加宽
参考答案:
自然加宽是由于粒子存在固有的自发跃迁,从而导致它在受激能级上寿命有限所形成的谱线加宽。
[填空题]
12光放大
参考答案:
[填空题]
13He-Ne激光器的反射镜间距为0.2m,求最靠近632.8nm跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。
如果增益曲线宽度为1.5×109Hz,则可能引起的纵模总数是多少?
参考答案:
[填空题]
14红宝石激光器的工作物质特性:
N2-N1=5×107/cm3、300K处,
,n=1.78,求其在中心频率处的增益系数G(v)。
参考答案:
[填空题]
15为什么二能级系统不能产生激光?
参考答案:
[填空题]
16以一个三能级原子系统为例,说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。
参考答案:
[填空题]
17简述光谱线展宽的分类,每类的特点与光谱线型函数的类型。
参考答案:
[填空题]
18激光器按激光工作介质来划分可分为几类?
各举出一个典型激光器,并给出其典型波长、转换效率、典型特点。
参考答案:
[填空题]
19分析同质结半导体激光器与发光二极管的区别与联系。
参考答案:
同质结半导体与发光二极管的联系:
正向偏压下,大量电子和空穴分别通过耗尽层注入到p侧和n侧,于是导带中存在电子而价带中不存在电子,形成粒子数反转分布;
同质结半导体与发光二极管的区别:
发光二极管的结构公差不严格,而半导体激光器需要精确控制制造工艺,以保证两个端面形成极为光滑平整、互相平行、而且有镀膜的光学谐振腔。
发光二极管是无阈值器件,是非相干光源,单色性、方向性差、亮度低;激光二极管是相干光源,注入电流超过阈值时发射单色性、方向性好的激光,亮度高。
[填空题]
20激光调Q技术于锁模技术的脉宽分别在哪个量级?
参考答案:
[填空题]
21常见的调Q方法有哪几种?
分别简述之。
参考答案:
⒈转镜调Q技术
将一个反射镜安装在旋转轴上,使其在每一转动周期中,只有当两个反射镜面平行时损耗最小,通过控制光腔的反射损耗达到调Q目的。
⒉染料调Q技术
利用染料对光的吸收系数随光强度变化的特性来调Q的方法称为染料调Q技术,这种调Q开关的延迟时间是由材料本身的特性决定的,不直接受人控制,属于被动调Q技术。
⒊电光调Q技术
在电光晶体的某个方向上加电压,可以使通过它的偏振光改变振动方向,且外加电压的数值与振动方向的改变之间有一定的关系,再辅以其他光学元件,就可以构成一个快速光开关,达到调Q目的。
⒋声光调Q技术
声光器件在腔内按布拉格条件放置。
当超声波通过时,光束偏离了谐振腔的轴向,此时腔损耗严重,Q值很低,不能形成激光振荡;当激光工作物质亚稳态上的粒子积累到一定程度时,瞬间撤销超声波,光无偏折地通过晶体,Q值突然增大,从而产生一个强的激光脉冲输出。
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[填空题]
22对光进行外调制有哪些典型方式?
参考答案:
光外调制是在激光谐振腔外的光路上放置调制器,将待传输的信号加载到调制器上,于是,当激光通过调制器时,激光的某一参量(强度、位相、频率等)将发生变化,从而实现调制。
外调制方式有电光调制、声光调制、磁光调制。
[填空题]
23简述磁光偏转与天然双折射之间的区别。
参考答案:
天然旋光效应与磁光效应的本质区别在于:
光束返回通过天然旋光介质时,旋转角度与正向入射时相反,因而往返通过介质的总效果是偏转角为零;而由于磁致旋光方向与磁场方向有关,而与光的传播方向无关,因而光往返通过法拉第旋光物质时,偏转角度增加一倍。
[填空题]
24某晶体在550nm时的γ63=5.5×10-12m/v,无外场时的主折射率为1.58,求其半波电压。
参考答案:
[填空题]
25有一声光偏转器,以重火石玻璃为声光介质,声波中心频率为100MHz,带宽是40MHz,入射光束直径是1cm,查得声速V=3.1×103m/s,求偏转器的偏转时间τ和分辨点数N。
参考答案:
[填空题]
26光探测器的物理效应主要有哪几类?
每类有哪些典型效应?
参考答案:
光电探测器的物理效应可以分为三大类:
光电效应、光热效应和波相互作用效应。
光电效应是入射光的光子与物质中的电子相互作用并产生载流子的效应。
根据效应发生的部位和性质,习惯上将其分为外光电效应和内光电效应。
外光电效应是指发生在物质表面上的光电转换现象;内光电效应指发生在物质内部的光电转换现象。
光热效应是物体吸收光,引起温度升高的一种效应。
光热效应中典型的有温差电效应和热释电效应。
温差电效应指当两种不同的导体或半导体材料两端并联熔接时,在接点处可产生电动势,这种电动势的大小和方向与该接点处两种不同材料的性质和接点处温差有关,即与光辐射功率有关。
热释电效应指热点晶体的自发极化矢量随温度变化,从而使入射光可引起电容器电容改变的现象。
波相互作用效应是指激光与某些敏感材料相互作用过程中产生的一些参量效应,包括非线性光学效应和超导量子效应等。
[填空题]
27总结选用光探测器的一般原则。
参考答案:
光电探测的特点是对波长选择性好,响应速度快(微秒至纳秒)。
热探测基本属于无选择性的探测,另一方面热效应具有积累的特性,与探测器件的热容量及散热的快慢都有关。
[填空题]
28说明内光电效应和外光电效应的差别。
参考答案:
根据效应发生的部位和性质,习惯上将其分为外光电效应和内光电效应。
外光电效应是指发生在物质表面上的光电转换现象,主要包括光阴极直接向外部放出电子的现象,典型的例子是物质表面的光电发射;内光电效应指发生在物质内部的光电转换现象,特别是半导体内部载流子产生效应,主要包括光电导效应与光伏效应。
概括起来就是:
(1)内光电效应发生在物质内部,外光电效应发生在物质表面;
(2)内光电效应主要体现为载流子的产生效应,外光电效应主要体现为表面电子发射现象;
(3)内光电效应中的红限与半导体禁带宽度成反比,而外光电效应中的红限与表面逸出功成反比。
[填空题]
29说明光电倍增管的基本组成及其作用。
参考答案:
电倍增管由光电阴极C、一系列倍增电极D、收集阳极A三大部分密封在真空外壳中组成。
光电阴极:
光电阴极是光电倍增管的关键部分,它将入射光转换为电流,决定着探测器的波长响应特性及极限灵敏度。
倍增电极,即能发射二次电子的电极,其电位与阴极相比逐渐升高,一般极间电位差为100V。
收集阳极用来汇总经一系列光电倍增管作用而在最后一级倍增阴极产生出的数目巨大的二次电子。
[填空题]
30什么是三基色原理?
彩色重现是什么含义?
参考答案:
三基色原理指自然界中客观存在的任一种颜色均可以表示为三个确定的相互独立的基色的线性组合。
实用上常选择红(R)、绿(G)、蓝(B)作为三基色。
将三基色按一定比例混和调配,就可模拟各种显示颜色。
荧光粉与白场选定后,对图像的亮度、色调和饱和度三参量的电信号进行色度编码,通过矩阵电路使其何曾为发送端的编码矩阵,并使摄像端的综合光谱相应曲线分别与显像三基色混色曲线一致,从而使输出的三路电信号功率谱正好与显像端要求的比例关系相吻合;在接受端,用矩阵电路实现解码,用取出的三基色图像信号控制彩色显象管的三个电子束,激发相应荧光粉发光,即可实现彩色重现。
[填空题]
31什么是发光现象?
参考答案:
[填空题]
32简述液晶的种类和特点。
参考答案:
[填空题]
33简述发光和显示技术的主要分类。
参考答案:
[填空题]
34PIN光电二极管,受波长为1.55μm的6×1012个光子的照射,其间输出端产生2×1012个光子。
计算量子效率和响应度(电流灵敏度)。
参考答案:
[填空题]
35比较直接探测和外差探测技术的应用特点。
参考答案:
直接探测法能检测光强及光强的变化,具有简单、方便、室温运转等优点,但它不能反映光载波频率及相位的变化,因而探测灵敏度低,信噪比差。
外差探测法可以消除背景噪声和暗电流的影响,大大提高探测灵敏度,达到近乎理想量子极限,它不仅可以探测光强调制信号,还可用于频率或相位调制波的探测,但外差探测系统复杂,对信号光与本振光要求均很高,技术难度大,成本高。
[填空题]
36列出光探测器的基本参数并说明其含义。
参考答案:
[填空题]
37什么叫声光调制?
分哪几种类型?
其判据是什么?
参考答案:
[填空题]
38分别简述几种常见的激光锁模实现方法。
参考答案:
激光器一般有多个不同的振荡模式,他们本身是不关联、非相干的,振幅与相位彼此独立;如果能使得各个独立模式在时间上同步、振荡相位一致,则总光场是各个模式光场得相干叠加,输出为一超短脉冲。
这种通过把激光中所有的模耦合在一起并把各个模的彼此相位关系锁定得方法称为锁模,相应得技术称为锁模技术。
实现锁模的方法有很多,大致分为一下几类:
⒈主动锁模
是一种内调制锁模,通过在腔内插入一个电光或声光调制器实现模式锁定,要求调制频率精确地等于激光器的纵模间隔,从而使所有参与振荡的模式相位同步。
⒉被动锁模
类似染料被动开关,把弛豫时间小于脉冲周期的可饱和吸收体插入腔内,利用其可饱和吸收特性实现锁模。
⒊自锁模
利用增益介质的非线性效应,即自振幅调制和自相位调制,辅以色散补偿达到锁模。
[填空题]
39简述尖峰振荡效应过程。
参考答案:
[填空题]
40分析激光产生的条件。
参考答案:
[填空题]
41简述激光的特点。
参考答案:
激光的特点主要表现在以下四个方面:
①激光的方向性很好;
②激光的单色性很好;
③激光的相干性很好;
④激光具有极高的亮度和单色亮度。
[填空题]
42λ=0.5μm时,什么温度下自发辐射率与受激辐射几率相等?
T=300K时,什么波长下自发辐射与受激辐射几率相等?
参考答案:
[填空题]
43谱线的多普勒加宽
参考答案:
多普勒展宽是由于气体物质中热运动速度不同的发光粒子发出的光的表观中心频率不同造成的谱线加宽。
[填空题]
44激光器的基本结构包括()。
激光产生的充分条件是(),必要条件包括()。
参考答案:
激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔;阈值条件和增益饱和效应;粒子数反转分布和减少振荡模式数
[填空题]
45输出波长λ=632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和MgF2形成的,这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。
问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系数大于99.5%?
参考答案:
[填空题]
46两列同频平面简谐波振幅分别为E01、E02,位相差为
,则其干涉光强为多少?
两列波干涉相长的条件为多少?
参考答案:
[填空题]
47据你了解,继阴极射线管显示(CRT)之后,哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体?
参考答案:
等离子体显示(PDP),液晶显示(LCD),场致发射显示(EL),LED显示。
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