五邑大学光电子技术试题和答案1

五邑大学试卷答案

命题人：李阳审核人：试卷分类（A卷或B卷）B

学期： 2011至 2012 学年度第 1 学期

课程：光电子技术课程代号： 010A1860

填空题：（30分，每小题3分）

1

能量1分、动量1分和质量；其静止质量为零1分。

2、常见的固体激光器有红宝石激光器、钕激光器或钛宝石激光器 1.5分

（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne激光器、CO2激光器或Ar+激光器 1.5分（写出两种）。

3、电致折射率变化是指晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电场后，

将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小形变，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率变化的现象。3分

4、光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的带宽或传输容量；1.5分

多模光纤的色散主要有模色散、材料色散、波导色散。1.5分

5、光束扫描根据其应用的目的来可以分为模拟式扫描和数字式扫描2分两种；

前者主要应用各种显示1.5分后者主要应用于光存储 1.5分

6、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，

波片的轴向取向为快慢轴与晶体的主轴x成45︒角3分时最好。

7、单片硅光电池的开路电压约为0.45～0.6V 1.5分，短路电流密度约为

150～300A/m2 1.5分。

8、光子效应是指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1.5分，其主

要特点有：对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。1.5分

9、固体摄像器件主要有三大类，它们是电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体图像传感器、

10、液晶是液态晶体的简称；1分，热致液晶可以分为近晶相、向列相和胆甾相三种2分

问答题（50分，每小题10分）

1、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。（10分）

必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。2分

充分条件：起振——阈值条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗。1分

稳定振荡条件——增益饱和效应（形成稳定激光）。1分

组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。1分

作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。1分

泵浦源（激励源）：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。1分

谐振腔：(1) 使激光具有极好的方向性( 沿轴线) 1分

(2) 增强光放大作用( 延长了工作物质 ) 1分

(3) 使激光具有极好的单色性( 选频 ) 1分

2、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。（10分）

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。2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。3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

3、简述光束调制的基本原理。（10分）

[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

4、概括光纤弱导条件的意义（10分）

[答]：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. 2分

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。4分

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，其为制造提供了很大的方便。4分

5、简述等离子体的概念和等离子体显示板工作的基本原理。（10分）

等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气态外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的电场和磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。4分

等离子体显示搬是利用气体放电产生发光现象的平板显示的统称。1分

等离子体显示技术（Plasma Display）的基本原理：显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。5分

详述题（20分）

根据下图，请详述CCD 电荷检测的输出结构及详细工作过程。

电荷输出结构有多种形式，如“电流输出”结构、“浮置扩散输出”结构及“浮置栅输出”结构。其中“浮置扩散输出”结构应用最广泛。输出结构包括输出栅OG 、浮置扩散区FD 、复位栅R 、复位漏RD 以及输出场效应管T 等。所谓“浮置扩散”是指在P 型硅衬底表面用V 族杂质扩散形成小块的n +区域，当扩散区不被偏置，即处于浮置状态工作时，称作“浮置扩散区”。 电荷包的输出过程如下：V OG 为一定值的正电压，在OG 电极下形成耗尽层，使φ3与FD 之间建立导电沟道。在φ3为高电位期间，电荷包存储在φ3电极下面。随后复位栅R 加正复位脉冲φR ，使FD 区与RD 区沟通，因 V RD 为正十几伏的直流偏置电压，则 FD 区的电荷被RD 区抽走。复位正脉冲过去后FD 区与RD 区呈夹断状态，FD 区具有一定的浮置电位。之后，φ3转变为低电位，φ3下面的电荷包通过OG 下的沟道转移到FD 区。此时FD 区（即A 点）的电位变化量为：

C Q V FD

A =∆ 式中，Q FD 是信号电荷包的大小，C 是与FD 区有关的总电容（包括输出管T 的输入电容、分布电容等）。

t 1φ3φR t 2t 3t 5t 4