光电子技术题库

填空1.光在大气中传播，将会使光束的能量衰减，其主要原因来源于大气衰减、大气湍流效应。

2.按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光相互作用可以分为拉曼拉斯衍射和布喇格衍射两种类型。

D的工作过程就是产生，存储，传输，检测的过程。

4.实现脉冲编码调制，必须进行三项过程：抽样，量化，编码。

5.光束调制按其调制的性质可以分为调频，调幅，调相，强度调制。

D的基本功能为电荷存储，电荷转移。

名词解释1.电磁波谱：按照波长或频率的顺序把电磁波排列成图表。

2.色温：在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。

3.光电发射效应：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子的现象。

4.辐照度：辐射接受面上的辐射强度Ee定义为照射在面元上的辐射通量d与该面元的面积dA之比。

5.辐射能：一辐射能形式发射或传输的电磁波（紫外光，可见光，和红外辐射）能量。

6.光子效应：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。

7.温差电动势：当两种不同的配偶材料（金属，半导体）两端并联熔断时，如果两个接头的温度不同，并联回路就会产生电动势，即温差电动势。

8.热噪声：光电探测器本质上可用一个电流源来等价，即他有一个等效电阻R，电阻中自由电子的随机热（碰撞）运动将在电阻器两端产生起伏电压，称为热噪声。

9.暗电流：CCD成像器件在既无光注入有没点注入的情况下的输出信号称为暗信号，称为暗电流。

简答题1.何为大气窗口？简单分析大气衰减因素。

对于某些特定的波长，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，一般把红外区分为八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。

大气中N2、O2含量最多，但他们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对红外和微波才呈现出很大的吸收。

因此，在可见光和红外区，一般不考虑其吸收作用。

大气中除包含上述分子外，还包含有其他的稀有气体等，这些分子在可见光和近红外有很可观的吸收谱线，但因他们在大气中的含量很少，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，才考虑他们的吸收作用。

H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动与纯振动结构，因此是可见光和红外区最重要的吸收分子，是晴天大气衰减的主要因素。

2．解释半波电压当光波两个垂直分量Ex和Ey的光程差为半个波长时所需要的电压，称为半波电压。

3．什么是光束的直接调制？请解释其中的脉冲编码调制过程。

直接调制就是内调制，内调制是指加载信号实在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器的输出特性，以实现调制。

数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM，即脉冲编码调制，抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码称为一个二进制码组输出。

这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生，简单说就是模/数转换。

4．光热效应的特点有哪些？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变化，而是把吸收的光能转化为晶格的热运动能量，引起探测元件温度的上升，温度上升是探测元件的光学性质火其他物理性质发生变化。

光热效应对光波频率没有选择性，其速度比较慢。

光热效应有温差电效应、热释电效应。

5. 选用光敏电阻应当注意什么？用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻的光敏特性匹配；要防止光敏电阻受杂散光的影响；要防止光敏电阻的点参数（电压，功耗）超过允许值；根据不同用途，选用不同特性的光敏电阻。

7. 研究 光电导弛豫时间的意义是什么？光敏电阻受脉冲光照射时，光电流并不立刻上升到最大饱和值，而光照去掉后，光电流也立刻下降到零。

这说明光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个落后，这就是光电导的弛豫现象。

8. 简述激光器的组成及各组成部分的作用。

组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。

作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。

泵浦源：将粒子从低能级抽运到高能级态装置。

谐振腔：（1）使激光具有极好的方向性（沿轴线）。

（3）增强光放大作用（延长了工作物质）。

（3）使激光具有极好的单色性。

9. 选用光电探测器的一般原则：用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配，考虑时间响应特性，考虑光电探测器的线性特性等。

10. 何为大气湍流效应？大气的折射率随空间和时间做无规则的变化，这种湍流状态是激光辐射在传播过程中随机的改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓的光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，这些统称为大气湍流效应。

11. 光波在大气中传播衰减的因素大气分子的吸收 大气分子的散射 大气气溶胶的衰减。

12. 光电发射效应与光电导效应的区别13. 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？答：当光波的两个垂直分量'x E 、'y E 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”，通常以V π或2V λ表示。

30632V n πλγ=半波电压是表征电光晶体的一个重要的参数，这个电压越小越好，特别是在宽频带高频率的情况下，半波电压越小，需要的调制功率越小。

晶体的半波电压是波长的函数。

由上式可知，半波电压还跟n 0和63γ有关。

14. 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=?解：由公式计算。

0204λλsn L L ≈<由公式02202044λλλs s s f nv n L L =≈<计算，得到 6122022max 106328.0410********.24-⨯⨯⨯⨯⨯==λs s f nv L =3.523mm15. 考虑熔岩石英中的声光布喇格衍射，若取00.6238m λμ=，n=1.46，35.9710/s v m s =⨯，100s f MHz =，计算布喇格角B θ。

思路分析：根据公式sin 2B s n λθλ=求解，过程如下：解： s s s v f λ=代入公式得：sin 22B s s s f n nv λλθλ== 代入数据得：sin 0.00363B θ= 由于B θ很小，故可近似为： 0.00363B θ=16. 在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个λ/4波片，波片的的轴向如何设置最好？若旋转λ/4波片，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π/2的固定相位差。

若旋转波片，出射光的光强会变小，故应加大其直流偏压。

为了降低电光调制器的半波电压，用4块z 切割的KD*P 晶体连接（光路串联，电路并联）成纵向串联式结构，为了使4块晶体的光电效应逐块叠加，各晶体的x 轴和y 轴应如何取向？并计算其半波电压。

应使4块晶体成纵向排列，且相邻晶体的光轴应互成90°排列，即一块晶体的'y 和z 轴分别与另一块晶体的z 和'y 轴平行，这样排列后第一块和第三块晶体的光轴平行，第二块和第四块晶体的光轴平行。

经过第一块晶体后，亮光束的相位差31'006321()2x z e z n n n E L πϕϕϕγλ∆=-=-+经过第二块后，其相位差 32'006321()2z x e z n n n E L πϕϕϕγλ∆=-=-+于是，通过两块晶体之后的相位差为 3120632L n V d πϕϕϕγλ∆=∆+∆=x E 'y E '由于第一块和第三块晶体的光轴平行，第二块和第四块晶体的光轴平行，故总的相位差为 3120634'22()Ln V d πϕϕϕϕγλ∆=∆=∆+∆=3063()4d V n L πλλ=17. 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强度调制？为什么？解答：不能得到强度调制。

因为自然光偏振方向是任意的。

自然光通过电光调制器后，不能形成固定相位差18. 6 一个驻波超声场会对布喇格衍射光场产生什么影响？给出造成的频移和衍射方向。

解答： 新的光子沿着光的散射方向传播。

根据动量守恒和能量守恒定律：()d i s k k k =+ ，即 ()d i s k k k =+ （动量守恒）i s d ωωω+= （能量守恒）（能量守恒）——衍射级相对于入射光发生频率移动,根据光波矢量的定义，可以用矢量图来表示上述关系，如图所示图中s s k λπ2=为声波矢量，'22c k i i πυλπ== 为入射光波矢量。

()'22c f d k s d +==υπλπ为衍射光波矢量。

因为s f >>υ，fs 在1010Hz 以下，υ在1013Hz 以上，所以衍射光的频率偏移可以忽略不计。

则 i i s d ωωωω≈+=在上面的等腰三角形中B i s k k θsin 2= 布拉格条件： s i B λλθ2sin =和书中推导的布拉格条件相同。

入射光的布拉格角只由光波长，声波长决定。