《 光电子技术 》本科期末考试试卷(A卷)

西南科技大学2013-2014-2学期
《光电子技术》本科期末考试试卷（A卷）
一、单选题（每题2分，共20分）
1、光电子技术主要研究（）。

A. 光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的一门技术
B. 光电子材料制备的一门技术
C. 光信息转换成电信息的一门技术
D. 介绍光电器件的原理、结构和性能参数的一门科学
2、波长为0.78μm的光子能量为（）。

A.3.2eV
B.1.59eV
C.1.24eV
D.2.4eV
3、光波在大气中传播时，气体分子及气溶胶的（）会引起光束能量的衰减。

A. 折射和反射
B.吸收和散射
C. 弯曲和漂移
D. 湍流和闪烁
4、将2012年诺贝尔物理学奖授予法国科学家沙吉·哈罗彻（Serge Haroche）与美国科学家大卫·温兰德（David J. Wineland）。

大卫·维因兰德是利用光或光子来捕捉、控制以及测量带电原子或者离子，而沙吉·哈罗彻通过发射原子穿过阱，控制并测量捕获的（）。

A.光子或粒子
B.电子
C.载流子
D.声子
5、光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导，其结构上由（）组成。

A.纤芯、包层和护套
B.单模和多模
C. 塑料、晶体和硅
D.阶跃和梯度光纤
6、直接调制是把要传递的信息转变为（）信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。

A.电流
B.电压
C. 光脉冲
D.正弦波
7、以下基于光电导效应制成的光电器件是（）。

A.光敏电阻
B.光电管
C.雪崩光敏二极管
D.光电池
8、光电成像转换过程需要研究（）。

A. 能量、成像、噪声和传递
B. 产生、存储、转移和检测
C. 调制、探测、成像和显示
D.共轭、放大、分辨和聚焦
9、微光光电成像系统的工作条件就是环境照度低于（）lx。

A. 0.1
B. 0.01
C. 0.001
D. 0.0001
10、PDP单元虽是脉冲放电，但在一个周期内它发光（）次，维持电压脉冲宽度通常5~10μs，幅度90V~100V，工作频率范围30KHz~50KHz，因此光脉冲重复频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。

A. 2
B.3
C. 4
D. 5
二、判断题（每题2分，共20分，对用“√”、错用“×”表示）
11、光电子技术是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴综合性的交叉学科。

（）
12、光照度的物理单位是勒克斯（lx）。

（）
13、KDP晶体沿Z（主）轴加电场时，由单轴晶变成了双轴晶体。

（）
14、当光波通过磁性物质时，其传播特性发生变化，这种现象称为磁光效应。

（）
15、在电光调制器中作为线性调制的判据是外加调制信号电压的相位差不能大于1rad。

（）
16、电光数字式扫描是由电光晶体和双折射晶体组合而成。

（）
17、光电二极管的受光面一般都涂有SiO2防反射膜，并含有少量的钠、钾、氢等正离子，这些正离子在SiO2中是不能移动的，但它们的静电感应却可以使P-Si表面产生一个感应电子层。

（）
18、为了探测远距离的微弱目标，红外光学系统的孔径一般比较大，一般使用各类扫描器，如平面反射镜、多面反射镜、折射棱镜及光楔等。

（）
19、MRTD是景物空间频率的函数，是表征系统受信噪比限制的温度分辨率的量度。

（）
20、向列型液晶由长径比很大的棒状分子组成，并保持与轴向平行排列，是显示器主用材料。

（）
三、填空题（每题1分，共10分）
21、设一个功率100W的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其辐射强度为W/sr。

22、常见的固体激光器有（写出两种）。

23、光在大雾中传播时主要发生散射。

24、表征光纤的集光本领的物理量是光纤的。

25、光束调制按其调制的性质可分为。

26、要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：、和。

27、光束扫描根据其应用的目的来可以分为和两种。

28、PN结光伏探测器的两种工作模式是和。

29、CCD的基本功能为和。

30、作为显示技术应用的液晶都是液晶。

四、简答题（每题10分，共30分）
31、简述光子的基本特性。

32、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。

33、简述光束调制的基本原理。

五、综合计算题（共20分）
34、一束波长为10.6微米的激光经过一块长度为3cm 的 450-z 切割GaAs 晶体，如果沿z 方向上施加电压为50V ，求纵向运用时的相位延迟。

（提示：GaAs 的电光张量为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=414141000000
000000000γγγγij ，34.3,/106.112
41==⨯=-e o n n V m γ）
西南科技大学2013-2014-2学期
《光电子技术》本科期末考试试卷（A 卷）
参考答案及评分细则
一、单选题（每小题2分，共20分）
四、简答题（每小题10分，共30分）
31、答：光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有能量、动量和质量。

它的粒
子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：（5分）（1）ων ==h E ；
（1分）（2）22c
h c E m ν==，光子具有运动质量，但静止质量为零；（1分）（3）k P =；（1分）（4）、
光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向；（1分）（5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子。

（1分）
32、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”。

（3分）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。

（3分）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。

（2分）衍射光各高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。

（2分）
33、答：（1）、以激光为载体，将信息加载到激光的过程，称为调制或光束调制。

（2分）（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分）（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。

（2分）（4）、具体的激光光束的调制方法，常见的有光电调制、声光调制、磁光调制、直接调制等。

（3分）
五、综合计算题（共20分）
34、解：GaAs 晶体为各向同性晶体，其电光张量为：
⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=414141000000000000000γγγγij
z 轴加电场时，E E z =，0
==y x E E （2分）。

晶体折射率椭球方程为：
124122
222
2=+++xy E n z n y n x e
o o γ （3分） 经坐标变换，坐标轴绕z 轴旋转45度后得新坐标轴，方程变为：
1
''1'122
24122412=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+e o
o n z y E n x E n γγ （4分）
可求出三个感应主轴x’、y’、z’（仍在z 方向上）上的主折射率变成：
e
z y x n n E
n n n E
n n n =+=-='413
00'413
00'2
121γγ （4分）
纵向应用时，两个正交的偏振分量将产生位相差：EL
n L n n o y x 4132)''(2γλ
π
λ
π
ϕ=
-=
∆ （4分）
纵向运用时的相位延迟：31235
108.150106.134.310
06.114
.32---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
∆φ (3分)
西南科技大学2013-2014-2学期
《光电子技术》本科期末考试试卷（B卷）
一、单选题（共20分，2分/题）
1、光电子技术与（）技术成为21世纪信息技术的核心和基础。

A.微电子
B.计算机
C.光通信
D.材料
2、光谱光视效率V(505nm)=0.40730，波长为505nm、1mW的辐射光，其光通量为（）。

A.683lm
B.0.683lm
C.278.2 lm
D.0.2782 lm
3、光在大气中传播时，出现分子的吸收特性强烈的依赖于（）。

A.分子的极性
B. 光波的频率
C.分子的密度
D.分子的大小。

4、将2010年诺贝尔物理学奖授予荷兰籍物理学家海姆和拥有英国与俄罗斯双重国籍的物理学家诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。

其中石墨烯可以用于制造（）。

A.光纤面板
D存贮器
C.电光晶体
D. 光子传感器
5、要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程，就是（）。

A.编码→抽样→量化
B. 编码→量化→抽样
C. 抽样→编码→量化
D. 抽样→量化→编码
6、下列有关量子效率的描述，其中正确说法的是（）。

A.量子效率就是探测器吸收的光子数与激发的电子数之比
B.量子效率只是探测器的宏观量的描述。

C.量子效率与灵敏度成反比而正比于波长
D.如果探测器吸收一个光子而产生一个电子，其量子效率为100%
7、光敏电阻的（）越大，说明该光敏电阻灵敏度越高、性能越好。

A.亮电阻
B.暗电阻
C.光电流
D.亮电流
8、CCD是以（）作为信号。

A.声子
B.离子
C. 光子
D. 电荷
9、CRT中的电子枪主要功能是（）。

A.电信号转换成光信号
B.光信号转换成电信号
C.光信号先转换成电信号，再转换成光图像
D.电子束的发射、调制、加速、聚集
10、关于液晶的分类，下列说法正确的是( )。

A.向列相液晶中分子分层排列，逐层叠合，相邻两层间分子长轴逐层有微小的转角
B.向列相液晶分子呈棒状，并分层排列，液晶材料富于流动性，黏度较小
C.胆甾相液晶分子呈棒状，分子长轴互相平行，不分层，液晶材料富于流动性，黏度较小
D.胆甾相液晶中分子分层排列，逐层叠合；相邻两层间分子长轴逐层有微小的转角
二、判断题（共20分，2分/题）
11、世界上第一台激光器是氦氖激光器。

（）
12、当光通量离开一个表面时，一般采用辐射亮度来描述。

（）
13、激光的大气湍流效应，本质是大气吸收和散射的效应。

（）
14、在声光介质中平面波的波阵面变成一个折皱曲面，其主要原因是超声波频率太高导致的。

（）
15、在磁光调制器的磁性膜表面上镀成一条金属蛇形线路，其主要目的是增加电场强度。

（）
16、机械扫描技术利用反射镜或棱镜等光学元件，采用平移实现光束扫描。

（）
17、通量阈是探测器所能探测的最大光信号功率。

（）
18、PIN管是在P型和N型半导体之间夹着一层（相对）很厚的掺杂半导体。

（）
19、红外成像光学系统在各种红外光传输情况下均满足物像共轭关系。

（）
20、注入电致发光显示在半导体PN结上加反偏压产生少数载流子注入，与多数载流子复合发光。

（）
三、填空题（共10分，1分/题）
21、光是一种以光速运动的光子流，具有能量、动量和质量；其静止质量为。

22、设100W灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在2m远处形成的辐射照度为W/m2。

23、光在洁净的大气中传播时主要发生散射。

24、横向电光调制的半波电压是纵向电光调制半波电压的 倍。

25、实验证明:声光调制器的声束和光束的发散角比为 ，其调制效果最佳。

26、光电探测器对入射功率 响应。

27、CCD 按结构可分为 和 。

28、红外成像系统总的传递函数为各分系统传递函数的 。

29、PDP 中气体放电处于 区。

30、热致液晶可以分为： 、 和 。

四、简答题（共30分，10分/题）
31、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？
32、何为直接调制？简述用LD 和LED 进行直接调制的特点及应用。

33、简述光子效应和光热效应。

五、综合计算题（共20分）
34、光在向列液晶中传播且4
πθ=，
试分析当位相差为0，4/π，2/π，4/3π，4/5π，2/3π，4
/7π和π2时，输出光的偏振状态。

西南科技大学2013-2014-2学期
《光电子技术》本科期末考试试卷（B卷）
参考答案及评分细则
四、简答题（每小题10分，共30分）
31、答：纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等优点。

（1分）其缺点是半波电压太高，在调制频率较高时，功率损耗比较大。

（1分）
横向效应运用时，存在自然双折射产生的固有相位延迟，它们和外加电场无关。

（2分）在没有外加电场时，入射光的两个偏振分量通过晶后其偏振面已转过了一个角度，这对光调制器等应用不利，应设法消除。

（2分）
横向效应运用时，总的相位延迟不仅与所加电压成正比，而且与晶体的长宽 比(L/d)有关。

（2分）而纵向应用时相位差只和V=E z L 有关。

因此，增大L 或减小d 就可大大降低半波电压，但必须采用两块晶体，结构复杂，而且其尺寸加工要求高，对环境温度敏感。

（2分）
32、答：（1）、直接调制是指：把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源,从而直接获得调制光信号；（2分）（2）、LD 的输出特性中存在阈值It ，而LED 不存在；（2分）（3）、LD 缺点：半导体激光器处于连续调制工作状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置，所以功耗较大，甚至引起温升，会影响或破坏器件的正常工作。

优点：调制速度快，常用于数字光纤通信系统中。

（3分）（4）优点：线性好、偏置电流小（功耗小）；缺点：调制速率低(小于100Mb/s)。

常用于模拟光纤通信。

（3分）
33、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。

（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，而是把其转化为晶格的热动能，引起探测元件温度上升，由此引起探测元件的电学性质或其它物理性质发生变化。

（3分）
光子效应常见的有：光电发射效应、光电导效应、光伏效应、光电磁效应等。

（2分） 光热效应常见的有：温差电效应、热释电效应等。

（2分）
五、综合计算题（共20分）
34、解：由公式 L αθ= （4分）
VH =α （4分）
和
L NI
H =
（4分）
计算，得到 ()/
310125.3-⨯==VNI θ （8分）。