光电技术期末复习题

绪论

0-1．依据光电科学与光机电一体化技术之树的根、干、枝、果关系，自己列举两个光电技术的应用例子。

第一章光电器件的物理基础

1-1．可见光的波长、频率和光子的能量范围是多少？

1-2．一块半导体样品，有光照时电阻为50Ω，无光照时电阻为5000Ω，求该样品的光电导。

1-3．用PN结简图表示出光生电压的极性和光生电流的方向。若光电PN结在照度E1下的开路电压为Uoc1，求照度E2下的开路电压Uoc2。

1-4．为什么光电阴极都是用P型半导体材料制作的？

第二章光电探测器件

2-1．试述光电倍增管的原理。设管中有n个倍增极，每个倍增极的二次电子发射系数均为δ，试推导电流增益M＝δn。

2-2．试述光电池的工作原理，以及开路电压、短路电流与光照度的关系。

2-3．为什么结型光电器件只有反偏置或零偏置时才有明显的光电效应。

2-4．2CR、2DR和2CU、2DU在结构上有何主要区别。2DU管设环极的目的何在，使用时应如何接电。

2-5．PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好。

第三章热电探测器件

3-1．热电探测器与光电探测器比较，在原理上有何区别？

3-2．热电探测器与普通温度计有何区别？

第四章光电成象器件

4-1．CCD器件中的电荷包为什么会沿着半导体表面转移，以三相或二相CCD为例具体研究一下它的转移过程。

4-2．为什么CCD必须在动态下工作？其驱动脉冲的上、下限受哪些条件限制，应如何估算？

第五章发光器件与光控器件

5-1．半导体激光器和发光二极管的时间响应如何？使用时以什么方式（连续或脉冲）驱动为宜？

5-2．克尔盒和泡克耳斯盒的基本结构如何？Uλ/2与o、e光的相差φ有何关系？

5-3．声光调制器的基本原理如何？在什么条件下是声光调制器，在什么条件下是声光偏转器？

5-4．磁光效应与物质的天然旋光性有何区别？磁光调制器的基本结构如何？

第六章光电检测电路的设计

6-1．光电检测电路的设计应注意满足哪些技术要求？怎样衡量一个检测电路的好坏？

6-2．为什么要进行检测电路的静态计算？要解决哪些问题？有哪些计算方法？

6-3．光电二极管有哪些可能实现的电路方式？各种工作状态有什么特点？对检测电路有什么要求？

6-4．光电检测电路的动态计算包括哪些内容？它们对检测电路的工作有何要求？

6-5．决定光电检测电路的频率特性有哪些因素？什么是截止频率？有什么参数决定？

第七章非相干光光电信号变换方法

7-1．对于形式多样的各种光信号，为了进行分析比较，应该进行怎样地分类和概括？

7-2．举例说明缓慢变化的光信号有哪些检测方法。它们的特点是什么？主要检测误差源有哪些？

7-3．什么是光学调制？有哪些调制方法？它们有什么特点和应用？什么是调制器，调制器有哪些类型？

7-4．什么是相敏检波？相敏检波中的参考电压起什么作用？这种电路为什么要采用有单向导电的器件？在光电检测技术中有何应用？

第八章相干光光电信号变换方法

8-1．什么是光学干涉和光电干涉测量？怎样理解干涉现象的相幅变换作用。为什么说干涉测量是一种有效的几何参量和物理参量的传感技术？

8-2．举例说明什么是直接探测和外差探测，它们的工作原理和特性是什么。怎样理解光学外差测量为干涉测量的发展提供了有效手段

8-3．在形成和检测干涉条纹时，为了得到高质量的光电条纹信号应怎样设计和调整光学系统？怎样选择光电检测器的参数？为什么？

8-4．相干光的频率调制和检测有哪些主要类型？划出它们的信号变换流程图，解释它们的工作原理和特点。

8-5．什么是直接光频率调制？为什么它能用于干涉测量？采用直接调频法测量物体面形和距离都有哪些方法？说明它们的工作原理。

8-6．通过本章的介绍，怎样认识相干光信息的形成和检测技术的演变过程？对干涉测量技术的今后发展作怎样的估计？

习 题1

1. 设在半径为Rc 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l0处有一个辐射强度为Ie 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。

ΩΦd d e e I =， 20

d l c =Ω

202e πd d l R I I c e e ==ΩΦ

2. 如图所示，设小面源的面积为∆As ，辐射亮度为Le ，面源法线与l0的夹角为θs ；被照面的面积为∆Ac ，到面源∆As 的距离为l0。若θc 为辐射在被照面∆Ac 的入射角，试计算小面源在∆Ac 上产生的辐射照度。

用定义

r r e e A dI L θ∆cos =

和

A E e e d d Φ=求解。 第1题图 第2题图

4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？

不是热辐射。

6. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长λm 随温度T 的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出

常数=T m λ。

这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.898⨯10-3m •K 。

普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。

9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。你知道这是按什么区分的吗？

按色温区分。

习 题2

1. 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。

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。

2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？

是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。

5. 何为电光晶体的半波电压？半波电压由晶体的那些参数决定？

当光波的两个垂直分量Ex '，Ey '的光程差为半个波长（相应的相位差为π）时所需要加的电压，称为半波电压。

7. 若取vs=616m/s ，n=2.35， fs=10MHz ，λ0=0.6328μm ，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度Lmax=? 由公式

02

04λλs

n L L ≈<计算。 10. 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=0.25⨯10-5（'）/cm •T ，试计算光的旋转角θ。

由公式L αθ=和VH =α计算。

11. 概括光纤弱导条件的意义。

从理论上讲，光纤的弱导特性是光纤与微波圆波导之间的重要差别之一。实际使用的光纤，特别是单模光纤，其掺杂浓度都很小，使纤芯和包层只有很小的折射率差。所以弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构，而且为制造提供了很大的方便。

15. 光波水下传输有那些特殊问题？

主要是设法克服这种后向散射的影响。措施如下：

⑴适当地选择滤光片和检偏器，以分辨无规则偏振的后向散射和有规则偏振的目标反射。 ⑵尽可能的分开发射光源和接收器。

⑶采用如图2-28所示的距离选通技术。当光源发射的光脉冲朝向目标传播时，接收器的快门关闭，这时朝向接收器的连续后向散射光便无法进入接收器。当水下目标反射的光脉冲信