1、1西南科技大学试题(A 卷)参考答案理学院 课程名称：光电子技术 课程代码：1695 命题人：命题组 学院：理学院 专业班级： 光信息科学与技术 2004 级 学号： 共 4 页 第 页一、选择题（10 分，2 分/题）1、光电子技术主要应用在（ A、B、C、D ）A.光纤通信 B. 光传感 C. 光存储 D. 遥感测量2、描述时间相干性的等效物理量（ A、B、C ）A. 相干时间 B. 相干长度 C. 谱线宽度 D. 简并度3、按照调制方式分类，光调制可以分为（ A、B、C、D ）等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。A. 偏振调制 B. 强度调制 C. 相位
2、调制 D. 频率调制4、掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子- 空穴对复合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带5、CCD 摄像器件的基本工作原理是 ( A、B、C、D ) A. 势阱的形成 B. 少数载流子的捕获 C. 少数载流子的转移 D. 电荷检测 二、判断题（10 分，2 分/题）6、任意一种朗伯体的辐射亮度都是均匀的，与辐射的方向角没有关系。 （ ）7、KDP 晶体沿 Z（主）轴加电场时，由 单轴晶变成了双轴晶体。 （ ）8、拉曼纳斯型声光调制器只限于低 频工作，同 时具有有限的 带宽。 （ ）9、当光辐射照在某
3、些材料的表面上 时，若入射光的光子能量足够大，就能使材料的电子逸出表面，向外发射出电子，这种现象叫内光电效应或光电子 发射效应。 （ ） 10、目前液晶显示器主要应用 N 型液晶。 （ ）三、填空题（10 分，2 分/题）211、红外线，它是一种人眼看不见的光线，但实际上它与其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物质，只要它的温度高于 OK ，就会有红外线向周围空间辐射。 12、磁光效应包括法拉第旋转 效应、克 尔效应、磁双折射效应等。其中最主要的是 法拉第旋转 效应，它使一束线偏振光在外加磁 场作用下的介 质中传播时，其偏振方向 发生旋转。13、 相对孔径 决定红外成像光学系 统的衍
4、射分辨率及像面上的 辐照度。14、在显像管中电子束的扫描是通 过 磁偏 转来实现的。15、光照增强的同时，载流子浓度不断的增加，同时光敏电阻的温度也在升高，从而导致载流子运动加剧，因此复合几率也增大，光电流呈 饱和 趋势。四、简答题（50 分，10 分/题）16、何为大气窗口，试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。 （3 分）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
5、和微波段才呈现 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。 （2 分）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。 （2 分）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。 （3 分）17、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，波片的轴向如何设置最好？若旋转/4波
6、片，它所提供的直流偏置有何 变化？ 答：其快慢轴与晶体的主轴 x 成 45角，从而使 和 两个分量之间产生/2 的固定xEy3相位差。 （5 分）若旋转/4 波片，它所提供的直流偏置 ，%502sini2VITo得到直流偏值 随偏振片改变而改变（5 分）。V418、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：光子效应是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改变的大小。因 为，光子能量是 h ，h 是普朗克常数 , 是光波频率，所以，光子效应就对光波频率
7、表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响 应速度一般比较快。 （3 分）光热效应和光子效应完全不同。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。所以，光热效应与单光子能量h的大小没有直接关系。 （3分）原 则上，光 热效应对光波频率没有 选择性。只是在红外波段上，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。 （2分）因为温度升高是热积累的作用，所以光 热效应的响应速度一般比 较慢，而且容易受 环境温度变化的影响。 （2分）
8、19、试比较带像增强器的CCD、薄型背向照明 CCD和电子轰击型CCD器件的特点。答：带像增强器的 CCD 器件是将光图像聚焦在像增强器的光电阴极上，再 经像增强器增强后耦合到电荷耦合器件（CCD）上实现微光摄像（简称 ICCD）。最好的 ICCD 是将像增强器荧光屏上产生的可见光图像通过光纤光锥直接耦合到普通 CCD 芯片上。像增 强器内光子电子的多次转换过程使图像质量受到损失，光 锥中光 纤光栅干涉波纹、折断和耦合损失都将使 ICCD 输出噪声增加，对比度下降及动态范围减小，影响成像质量。灵敏度最高的 ICCD 摄像系统可工作在 10-6lx 靶面照度下。 （3 分）薄型、背向照明 CCD
9、 器件克服了普通前向照明 CCD 的缺陷。光从背面射入，远离多晶硅，由衬底向上进行光电转换 ，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接 电极引线部分很少的多晶硅埋层。由于避开了多晶硅吸收， CCD 的量子效率可提高到 90，与低噪声制造技术相结合后可得到 30 个电子噪声背景的 CCD，相当于在没有任何增 强手段下4照度为 10-4lx（靶面照度）的水平。尽管薄型背向照明 CCD 器件的灵敏度高、噪声低，但当照度低于 10-6lx（靶面照度）时，只能依赖图像增强环节来提高器件增益，克服 CCD 噪声的制约。 （3 分）电子轰击型 CCD 器件是将背向照明 CCD 当作电子轰击型 CCD 的“阳
10、极”，光 电子从电子轰击型 CCD 的“光阴极”发射直接“近贴聚焦”到 CCD 基体上，光电子通过 CCD 背面进入后，硅消耗入射光子能量 产生电子空穴对， 进而发生 电子轰击半导体倍增，电子轰击过程产生的噪声比用微通道板倍增产生的噪声低得多，与它获得的 3000 倍以上增益相比是微不足到的。电子轰击型 CCD 器件采用电子从“光阴极 ”直接射入 CCD 基体的成像方法，简化了光子被多次转换 的过程，信噪比大大提高，与 ICCD 相比，电子轰击型 CCD具有体积小、重量轻、可靠性高、分辨率高及对比度好的优点。 （4 分）20、试比较TNLCD和STNLCD的特点。答：TNLCD 利用了扭曲向列
11、相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为90，它的电光特性曲线不够陡峻，由于交叉效应 ，在采用无源矩 阵驱动时，限制了其多路驱动能力。 （2分）STNLCD的扭曲角在180 240范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的扫描行数下，利用了超扭曲和双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。 （2分） STN-LCD所用的液晶材料是在特定的TN材料中添加少量手征性液晶以增加它的扭曲程度，盒厚 较薄，一般5-7m。 （2分）STN-LCD 的工 艺流程基本上和TN-LCD类似，但由于STN-LCD是基于光干涉效应的显示器件，对盒厚的不均匀性要求 0.05m(TN-LCD只要求0.5m) ，否则就会出底
12、色不均匀，预倾角要求达到 38，电极精细，器件尺寸较大，因此其规模生产难度较TN-LCD大许多。 （4分）五、计算题（20 分，10 分/题）21、用凝视型红外成像系统观察30公里远，10米10米的目 标，若 红外焦平面器件的像元大小是50m50m，假设目标像占4个像元，则红外光学系统的焦距应为多少？若红外焦平面器件是128128元，则该红 外成像系统的视场角是多大？解：由已知条件得到： （3分）/332105f（1分）m5水平及垂直视场角： （6分）05319.32018522、一束线偏振光经过长L=25cm ，直径D =1cm的实心玻璃，玻璃外绕N=250 匝导线，通有电流I=5A。取韦尔德常数为V=0.2510 -5（）/cmT，试计算光的旋 转角 。解：由公式 （3分）L（3分）VH和 （2分）NI计算，得到 （2分）。/3105.VNI
