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光电子技术复习资料-2011(1)


一、填空
1. 由黑体辐射的普朗克定律,随着温度 T 的升高,黑体的单色辐射出射度极大 值所在位置?m 移向___________(长波、短波)方向。 3. 若原子在高能级 E2 到低能级的自发跃迁几率为 A21,则原子在高能级 E2 的 平均寿命为____。 4. 热辐射的基尔霍夫辐射定律指出,在同样的温度下,各种不同物体对相同波 长的__________与___________之比值都相等,并等于该温度下黑体对同一 波长的单色辐射出射度。 固体摄像器件主要有三大类: 电荷耦合器件 (CCD), 互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS) ,电荷注入器件(CID) ,电荷耦 合器件(CCD)与其他器件相比,最突出的特点是以电荷为信号。CCD 的工作 过程就是电荷的________、 ________、 ________和________的过程。 构成 CCD 的基本单元是________,它能够存储电荷。CCD 器件的积分时间越长,它的 灵敏度越______(高、低)。CCD 的噪声可归纳为 3 类:________、________、 ________。 5. 光束调制按其调制的性质可分为 、 、 、 。要实现脉冲编码调制,必须进行三个过程: 、 、 。 6. 光电二极管工作时,负载电阻上的光电流与 、 、 、 有关。 7. 激光器的基本结构包含 、 、 三部分,产 生激光的两个必要条件是:(1) ________________________________;(2) ___________________________________________。常见的激光器 有: 、 、 、 。 8. 声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动,按 照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同,声光相互作用可以分为 两种类型。 9. 根据调制器与激光器的关系,光束的调制方法可以分为内调制和外调制两 种。内调制是指 。 10. 在电光调制器中,为了得到线性调制,在调制器中插入一个?/4 波片,波片 的轴向取向为 时最好。 11. 若光电探测器的电流灵敏度 Ri=100?A/?W,噪声电流 in=0.01?A,则噪声等效 功率 NEP=_______________________。 12. 人体的温度以 36.5°C 计算,如把人体看作黑体,人体辐射峰值所对应的波 长为 。 13. 基尔霍夫定理是:在同样的温度下,各种不同物体对相同波长的 ___________________________________之比值都相等。 14. 光在水中传播的时候会产生前向散射(光在传输方向的散射)和后向散射 (光在与传输相反的方向的散射),请说出两种克服后向散射的方法: (1) ____________________________________________________; (2) ____________________________________________________。 15. 光电探测器的量子效率是指__________________________________。

16. 17. 18. 19.

常见的光源有:_________、_________、_________、_________。 辐射亮度的单位是__________。 球面电磁波的三角函数表达式为:_____________。 光纤传输中的色散是由于不同成分的光信号的时间延迟不同而产生的一种 物理效应,色散一般包括______色散、______色散和_____色散等。 20. 实现光束扫描的方式有__________、_______、_________。 21. 光电探测器中最常见的噪声有________噪声、 ________噪声、 ________噪声。

二、计算
22. 考虑熔融石英中的声光布拉格衍射,若取?0=0.6328?m,n=1.46, vs=5.97?103m/s,fs=100MHz,计算布拉格角?B。 23. 一台氦氖激光器发出波长为 0.6328?m 的激光束, 其功率为 3mW, 光束平面发 散角为 0.02mrad,放电毛细管直径为 1mm。试求: (1) 若光视效率 V=0.235, 此光束的辐射通量?e?、 光通量?v?、 发光强度 Iv?、 光出射度 Mv?各为多少? (2) 若将其投射到 10m 远处的屏幕上,屏幕的光照度为多少? 24. 压电陶瓷特性及振动的干涉测量实验中,示波器上得到的压电陶瓷驱动波形 和光电二极管检测的信号波形如图所示,设激光器的波长为 650.4nm,求压 电陶瓷的振幅(要求说明求解根据)。
光电信号(V)

A

时间 t(s) 驱动电压(V)

时间 t(s)

25. 一束波长为 0.46?m 的蓝光的光通量是 620lm,其视见函数 Vl=0.06,入射到一 个屏幕上,求在 1min 时间内该屏所接收的辐射能量。

三、简答
26. 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。 27. 光波在大气中传播时按什么规律衰减?引起衰减的原因有哪些,为什么晴朗 的天空看上去是蓝色的? 28. 刚粉刷完的房间从远处看,窗口总显得特别黑暗,这是为什么?

29. CCD 的暗电流是什么?CCD 中暗电流为什么会限制器件的低频限?CCD 的高 频限与什么因素有关? 30. 光波是一种电磁波,请简述电磁波的主要性质,画出电磁波谱,举例说明从 ?射线到无线电波的不同谱段的应用; 31. 压电陶瓷特性及振动的干涉测量实验中,测量压电陶瓷的压电常数时,为什 么要将干涉条纹调节得比较粗大,直到屏幕上只能看到 2~3 个条纹最好? 32. 什么是电光晶体的倍频失真?为什么会产生这种失真?什么是电光晶体的 半波电压?如果驱动电压超过半波电压,电光调制系统的输出光强会怎样变 化? 33. 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?

四、作图并说明
34. 光电池有哪些结构特点?什么是光电池的短路电流和开路电压?如何利用 作图法求光电池的最佳负载电阻? 35. KDP 晶体电光相位延有纵向电光效应和横向电光效应两种,画出产生横向电 光效应的示意图并说明原理,推导光波通过晶体后两个偏振分量的相位差公 式,根据结果说明横向电光效应的优缺点。 36. 在光电信号的二值化及应用实验中是如何确定阈值的大小的?(要求画出光 路图和输出信号)。 37. 在同一图中画出光伏探测器在几种不同光照下的一组伏安特性曲线,说明探 测器分别工作于第一、三、四象限时的主要特点(分别画出电路示意图)。 38. 作图(包括 CCD 结构图、驱动信号图、势阱及电荷分布图)并说明三相 CCD 的 电荷转移原理。 39. 画出纵向电光效应强度调制器的结构图,说明它的工作原理,推导出输出光 强 I0 与调制电压 V 的关系式,绘制光强调制特性曲线。根据该曲线说明要实 现线性调制应该采用什么方法。 40. 什么是直接调制?画出半导体激光器的光电特性曲线和直接调制电路图? 41. 请举出或设计一个光电子技术应用的实例,尽量结合图形、公式等说明其系 统结构和原理, 对可能涉及到的如器件选择、 信号传输和处理、 系统稳定性、 灵敏度、速度、成本等方面的问题,结合光电子技术相关理论知识,从解决 方案、优缺点等方面进行阐述。


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