南邮光信息科学与技术导论

简述信息传递模型，并以光信息传递过程为例说明。信源——磁盘，变换——编码，调制，信道——光纤，还原——探测、解码，信宿——磁盘（图一）什么是光电子技术？光电子技术分为哪两大类？光电子技术就是光波段的电子技术，包括各种光电子器件及其应用的技术。什么是信息光电子技术？信息光电子技术按功能如何分类？光电子信息技术是由光学、光电子、微电子等技术结合而成的多学科综合信息技术，涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。与微波技术相比，光电子技术有哪些优点？角分变率高，距离分辨率高，频带宽、通信容量大，光谱分辨率大，非线性光学效应强按照国际惯例，光电子器件主要包含哪些？阴极射线管，电致发光显示器件，全息器件，变像管，激光器，发光二极管，光调制器，液晶显示器，光存储器，光波导，光探测器，太阳能电池，摄像管以及克耳盒之类的点光器件光电子技术在国民经济中主要有哪些应用？通信，工业生产，科研，诊断和医疗，印刷和办公自动化，交通运输，音像和娱乐，测绘和遥感，安全防卫，条形码识别光电子器件发展的主要趋势是什么？固态化、小型化、集成化和廉价化，工作波段范围扩大响应速度加快，更加适应恶劣环境什么是激光？通过辐射的受激发射实现光的放大激光的主要特点是什么？单色性好，方向性好，相干性好，瞬时性，亮度高光与原子的相互作用有哪三种基本过程？自发辐射，受激吸收，受激发射说明自发辐射和受激辐射的过程和特点？自发辐射的过程：如果原子处于高能级E2，处于高能级的原子是不稳定的，即使没有任何外来影响，它也必然会自发的向E1跃迁，同时释放出光子hv。特点：传播方向、初相位及偏振状态均呈随机分布受激辐射：同时释放出一个新的光子hv，连同外来光子变成两个光子。当外来光子能量hv =E2-E1时，处于E2上的原子就可能感受到外来光子的刺激（作用）而下跃迁到E1上，特点：受激辐射产生的光子与引起受激辐射的外来光子具有相同的特征（频率、相位、振动方向及传播方向均相同）。其主要区别是什么？自发辐射产生的光不相干，受激辐射产生相干光激光产生的条件是什么?必要：粒子数反转分布、减少震荡模式-开始光学谐振腔的作用，充分：起振条件-初始增益大于损耗，稳定震荡条件-饱和增益等于损耗光学谐振腔的构成及作用是什么？工作物质，两块反射镜：相互平行，与工作介质轴线垂直，平面或球面。作用：增加工作介质的有效长度，使受激辐射过程成为主导；维持光振荡，输出稳定激光束；对光束方向性加以选择，获得高度方向性的激光；选择激光频率。简述激光形成的全过程。由泵源激励具有亚稳态能级的激活粒子（存储在介质中，

两者统称为激光工作物质）实现粒子反转（内在依据，起决定性作用），同时由光学谐振腔（外部条件，影响激光束的特性）通过减少震荡模式压缩激光震荡的线宽从而产生激光激光器的主要发展趋势是什么？高功率高光束质量兼容发展，激光束的固态化趋势，发展新波长和波长可调谐技术，光纤放大器的产生常见的光波传播介质是什么？真空、大气、水、光纤什么叫“大气窗口”？水蒸气、空气（二氧化碳、氧气等）对不同波长的光有不同的吸收，因而不同波长的光在大气中有不同的透射率。说明光纤的主要成分、基本结构和基本类型。光纤的主要成分是二氧化硅(SiO2)，由纤芯、包层、涂覆层组成。纤芯为掺杂的二氧化硅（如二氧化锗），以提高纤芯折射率。直径一般5~50μm 。包层为纯二氧化硅，外径125 μm 。涂覆层为环氧树脂，硅橡胶等高分子材料，外径250 μm ，用于增强柔韧性和机械强度。类型：突变型多模光纤，渐变型多模光纤；单模光纤。什么是光纤的损耗？光波在光纤中传输，随着距离增加强度逐渐减弱，这种衰减作用称为光纤的损耗。光纤损耗遵循什么规律？指数衰减规律，光纤损耗系数影响光纤损耗的因素有哪些？吸收损耗：本征吸收损耗、杂质吸收损耗、原子缺陷吸收损耗。散射损耗：瑞利散射损耗、结构不完善散射损耗、非线性效应散射损耗。其它损耗：弯曲损耗、连接损耗、耦合损耗。什么是光纤的色散？由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传播过程中，因群速度不同互相散开，引起信号波形失真，脉冲展宽的物理现象光纤色散有哪几种类型？模式色散：多模光纤中，每种模式沿光纤轴向传播速度各不相同，到达接收端的时间也不一样，产生所谓模式色散。材料色散：光纤材料的折射率随传输的光波频率而变化，引起模内不同频率信号的传输速度不同而导致的色散。波导色散：光纤的几何结构所引起的色散。波导效应引起模内频率高的光信号进入包层，使信号一部分在纤芯，一部分在包层传播，引起模内不同频率信号的传输速度不同而导致的色散。偏振模色散：不同偏振态不同传输速度。光纤色散如何影响通信质量？光纤色散的存在将直接导致光信号在传输过程中的畸变，从而影响通信的可靠性。简述光纤色散产生的原因。上一题光缆由哪几部分组成？缆芯：光纤芯线；加强元件：钢丝或增强纤维；外护层：聚乙烯塑料，对光缆的芯线起保护作用。根据缆芯结构主要可分哪几种类型？层绞式、单位式、骨架式、带状光缆。光隔离器的作用是什么？光隔离器是保证光信号只能正向传输的光器件，以避免光路中由于各种原因产生的反射光，再次进入光源，而影响光源工作的稳定性。光电探测器的作用是什么？在探测过程中，光探测器的作用是发现信

号，测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光探测过程可以理解为一种光频解调。光探测器是现代光学仪器的重要组成部分。过去依靠人眼直接观察的光学仪器代之为利用光探测器把光辐射信号转换成电信号进行显示或控制。此外，光探测器可在现代智能仪器中充当视觉传感器的角色。什么是光电效应？光电效应有哪几种类型？光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，这类光致电变的现象统称为光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应。试述光电发射效应的基本实验现象。饱和光电流：饱和光电流强度与入射光强度成正比。截止频率：对某一种金属来说，只有当入射光的频率大于某一频率ν0时，电子才能从金属表面逸出，电路中才有光电流，这个频率ν0叫做截止频率——红限.线性特性：光电子从金属表面刚逸出时的最大初动能，与光的频率有线性关系，与入射光的强度无关。瞬时性：无论入射光的强度如何，只要其频率大于截止频率，则当光照射到金属表面时，几乎立即就有光电流逸出（延迟时间约为10-9s）试述光电发射效应的光量子理论解释光电发射效应中，每个电子的逸出都是由于吸收了一个光子能量的结果，而且一个光子的全部能量都由辐射转变成光电子的能量。因此，光线愈强，也就是作用于阴极表面的光子数愈多，这样就会有较多的电子从阴极表面逸出。同时，入射光线的频率愈高，也就是说每个光子的能量愈大，阴极材料中的电子在取得这个能量并克服势垒作用逸出界面之后，其具有的动能也较大。光电发射瞬时性的原因是由于它不牵涉到电子在原子内迁移到亚稳态能级的物理过程。图像传感器有哪些的类型？机械扫描器，飞点扫描器，电子束摄像管（视像管，硅靶摄像管），电荷耦合器（CCD）什么叫扫描成像方法？扫描成像是把二维图象信息用一定的取样孔径，按一定的扫描方式获取和记录的，然后以同样扫描方式重现图象。什么情况下需要扫描成像？把两维的图象信号转换为一维的时间信号。如电视、扫描电子显微镜、图象数字化，等。缺乏具有空间分辨率的二维图象接受器。如红外辐射、微波、声波等没有二维接受器，故遥感相机、声光显微镜、微波全息、声全息均采用单一接受器进行扫描接受。提高接收灵敏度或显示亮度。如荧光显微镜、激光拉曼显微镜、外差干涉显微镜、激光大屏幕显示，等。说明CCD的含义、功能和三大应用。CCD是英文Charge Coupled Device的缩写，中文译为“电荷耦合器件”。功能：CCD集光电转换、电荷存储、电荷转移和自扫描等功能于一体应用：信号处理、数字存储和图像传感。图示并说明CCD摄相器的电荷存储原理（图四）金属电极上加有正偏压，电场穿过SiO2薄层，排斥P型硅中的多数载流子（空穴），从而在电极下形