南京工业大学学报-南京工业大学学报
西南科技大学
2007
—
2008
学年第
1
学期
《光电子技术》期末考试试卷（
A
卷）
课
程
代
码
4
1
3
8
命题单
理学院光信息与应用物理
位
教研室
学院：
理学院
_
班级
:
光信息科学与技术
2004
级
姓名：
学号：
____
一、选择题（
10
分，
2
分
/
题，多选、少选、错选和不选均不得分）
1
、光电子技术主要应用在（
）
A.
光纤通信
B.
在线检测
C.
精密测量
D.
遥感测量
2
、描述时间相干性的等效物理量是（
）
A.
相干时间
B.
相干长度
C.
谱线宽度
D.
简并度
3
、光调制按照调制方式分类分有（
）等，所有这些调制过程都可以归结为将一 个携
带信息的信号叠加到载波光波上。
A.
振幅调制
B.
强度调制
C.
相位调制
D.
频率调制
4
、掺杂型探测器是由（
） 之间的电子
-
空穴对复合产生的，激励过程是使半导体中的载流
< br>子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。
A.
禁带
B.
分子
C.
粒子
D.
能带
5
、
CCD< /p>
摄像器件的基本工作原理是
( )
A.
势阱的形成
B.
少数载流子的捕获
C.
少数载流子的转移
D.
电荷检测
二、是非题（
10
分，
2
分
/
题，正确用
“√ ”
表示，错误用
“×”
表示）
< br>6
、任意一种朗伯体的辐射亮度都是均匀的，与辐射的方向角没有关系。
7
、
KDP
晶体沿
Z
（主）轴加电场时，由单轴晶变成了双轴晶体。
< p>
8
、光波通过超声频率为
f
s
的介质后所得到的调制光的频率将为声频率的两倍。
9
、
当光辐射照在某些材料的表面上时，
若入射光的光子能量足 够大，
就能使材料的电子逸出表面，
向外发射出电子，这种现象叫外光电
效应。
西南科技大学
2007
—
2008
学年第
1
学期
《光电子技术》期末考试试卷（
A
卷）
10
、现在市场销售的液晶显示器主要应用
P
< p>型液晶。
三、填空题（
10
分，< /p>
2
分
/
题）
11
、色温是指
。
12
、
磁光效应包括法拉第旋转效应、
克尔效应和磁双折射效应等。
其中最主要的是
效应，
它使一束线偏振光在外加磁场
作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转。
13
、在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于
。
14
、
决定红外成像光学系统的衍射分辨率及像面上的辐照度。
15
、在显像管中电子束的扫描是通过
转来实现的。
< p>
四、简答题（
50
分，
10
分
/
题）
16
、简述光子的基本特性。
17
、
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？
18
、比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。
19
、试比较带像增强器的
CCD
、 薄型背向照明
CCD
和电子轰击型
CCD
器件的特 点。
20
、试比较
TN
－
LCD
和
STN
－
LCD
的特点。
五、计算题（
20
分 ，
10
分
/
题）
21
、
用凝视型红外成像系统观察
40
公 里远，
5
米
×
5
米的目标，若红外 焦平面器件的像元大小是
50
μm
×<
/p>
50
μm
，若目标像占
4
个像元，则红外光学系
西南科技大学
2007< /p>
—
2008
学年第
1
学期
< p>
《光电子技术》期末考试试卷（
A
卷）
统的焦距应为多少？若红外焦平面器件是
128×
128
元，则该红外成像系统的视场角是多大？
22
、
一束线偏振光经过长
L
=25
c
m
，
直径
D
=1
cm
的实心玻璃，
玻璃外绕
N
=250< /p>
匝导线，
通有电流
I
=5
A
。
取韦尔德常数为
V
=0.25
?
10
-5
（
?
）
/
cm
?
T
< p>，试计算光的旋转角
?
。
西南科技大学
2007
—
2008
学年第
1
学期
《光电子技术》期末考
试答案及评分细则（
A
卷）
一、选择题
（
10
分，
2
分
/
题，多选、少选、错选和不选均不得分）
1
、光电子技术主要应用在（
A
、
B
、
C
、
D
）
A.
光纤通信
B.
在线检测
C.
精密测量
D.
遥感测量
2
、描述时间相干性的等效物理量（
A
、
B
、
C
）
A.
相干时间
B.
相干长度
C.
谱线宽度
D.
简并度
3
、光调制按照调制方式分类分有（
A
、
B
、
C
、
D
）等，所有这些调制过程都可以归结为
将一个携带信息的信
号叠加到载波光波上。
A.
振幅调制
B.
强度调制
C.
相位调制
D.
频率调制
4
、掺杂型探测器是由（
D
）之间的电子
-
空穴对复合产 生的，激励过程是使半导体中的
载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。
A.
禁带
B.
分子
C.
粒子
D.
能带
5
、
CCD
摄像器件的基本工作原理是
(
A
、
B
、
C
、
D
)
A.
势阱的形成
B.
少数载流子的捕获
C.
少数载流子的转移
D.
电荷检测
二、
是非题（
10
分，
2
分
/
题，正确用
“√”
表示，错误用
“×”
表示 ）
6
、任意一种朗伯体的辐射亮度都是均匀的，与辐射 的方向角没有关系。
（
√
）
7
、
KDP
晶体沿
Z
（主）轴加电场时，由单轴晶变成了双轴晶体。
（
√
）
8
、光波通过超声频率为
< p>f
s
的介质后所得到的调制光的频率将为声频率的两倍。<
/p>
（
√
）
9
、当光辐射照在某些材料的表面上 时，若入射光的光子能量足够大，就能使材料的电子逸
出表面，向外发射出电子，这种现
象叫外光电效应。
（
×
）
10
、现在市场销售的液晶显示器主要应用
P
型液晶。
（
√
）
三、填空题（<
/p>
10
分，
2
分
/
题）
11
、色温是指
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。
12
、磁光 效应包括法拉第旋转效应、克尔效应、磁双折射效应等。其中最主要的是
法拉第旋转
效应，它使
一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转。<
/p>
13
、在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于
内光电效应或光导效应
。
14
、
相对孔径
决定红外成像光学系统的衍射分辨率及像面上的辐照度。
15
、在显像管中电子束的扫描是通过
磁偏
转来实现的。
四、简答题（
50
分，
10
分
/
题）
16
、简述光子的基本特性。
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
）
E
?
h
?
?
?
?
；
（
1
分）
（
2
）
m
?
E
h
?
?
2
，光子具有运动质量，但静止质量
2
c
c
?
?
< br>为零；
（
1
分）
（
3
）
P
?
?
k
；
（
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）
17
、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？
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。其缺点是半波电压太高，
特别是在调制频率较高时，功率损耗比
较大。
（
3
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。在没有外加电场时，入射光的两个偏振分量通过晶体后其偏
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。
（
3
分）
横向效应运用时，总的相位延迟不仅
与所加电压成正比，且与晶体的长宽比
(
L/d
)
有
关。而纵向应用时相位差只和
V
=
E< /p>
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。
（
4
分）
18
、比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。
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。光子能量的大
小，直接影响
内部电子状态改变的大小。
因为，
光子能量 是
h
?
，
h
是普 朗克常数
,
?
是光波频率，
所 以，
光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应
速度
一般比较快。
（
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，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升
,
温度上升
的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变
化。所以，光热效应与单光子能量
h
?
的大小没有直接关系。
（
3
分）原则上，
光热效应 对光波频率没有选择性。只是在红外波
段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以
广泛用于对红外线辐射的探测。
（
2
分）
因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温
度变化的影响。
（
2
分）
19
、试比较带像增强器的
CCD
、薄型背向照明
CCD
和电子轰击型
CCD
器件的特点。
答：带像增强器的
CCD
器件是将光图像聚焦在像增强器的光 电阴极上，再经像增强
器增强后耦合到电荷耦合器件（
CCD
< p>）上实现微光摄像（简称ICCD
）
。最好的
ICCD
是
将像增强器荧光屏上产生的可见光图像通过光纤光锥直接耦合
到普通
CCD
芯片上。像增
强器内光子－电子的多次转换
过程使图像质量受到损失，光锥中光纤光栅干涉波纹、折断
和耦合损失都将使
输出噪声增加，对比度下降及动态范围减小，影响成像质量。灵
敏度最高的
ICCD
摄像系统可工作在
10
< br>-6
lx
靶面照度下。
（
3
分）
薄型、背向照明
CCD
器 件克服了普通前向照明
CCD
的缺陷。光从背面射入，远离多
晶硅，由衬底向上进行光电转换，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接电极引线
部分很少的多晶硅埋层。
由于避开了多晶硅吸收，
CCD< /p>
的量子效率可提高到
90
％，
与低
< br>噪声制造技术相结合后可得到
30
个电子噪声背景的
CCD
，
相当于在没有任何增强手段下
照度为
1 0
-4
lx
（靶面照度）的水平。尽管薄型背向 照明
CCD
器件的灵敏度高、噪声低，
但当照度低于
10
-6
lx
（靶面照度）时，只能 依赖图像增强环节来提高器件增益，克服
CCD
噪声的制约。
3
分）
电子轰 击型
CCD
器件是将背向照明
CCD
当作电子轰击 型
CCD
的
“
阳极
”
，
光电子从
电子轰击型
CCD
的
“
光阴极
”
发射直接
“
近 贴聚焦
”
到
CCD
基体上，
光电子 通过
CCD
背面
进入后，硅消耗入射光子能量产生电子空
穴对，进而发生电子轰击半导体倍增，电子轰击
过程产生的噪声比用微通道板倍增产生的
噪声低得多，与它获得的
3000
倍以上增益相比
是微不
足到的。
电子轰击型
CCD
器件采用电子从
“
光阴极
”
直接射入
CCD
基体的成像方 法，
简化了光子被多次转换的过程，信噪比大大提高，与
ICCD
相比，电子轰击型
CCD
具有
体积小、重量轻、
可靠性高、分辨率高及对比度好的优点。
（
4
分）
20
、试比较
TN
－
LC D
和
STN
－
LCD
的特点。
答：
TN
－
LCD
利用了扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为
90?
，它的电光
特性曲线不够陡峻，由于交叉效应，在采用无源矩阵驱动时，限制了其多路驱动能力。<
/p>
（
2
分）
STN
－
LCD
的扭曲角在
180?
—
240?
范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的
扫描行数下，利用了超扭曲和
双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。
（
2
分）
STN-LCD
所用的液晶材料是在特定的
TN
材料中添加少量手征性液晶以增加它的扭曲程
度，盒厚较薄，一般
5-7
μm
。
（
2
分）< /p>
STN-LCD
的工艺流程基本上和
TN- LCD
类似，但由
于
STN-LCD
是基 于光干涉效应的显示器件，
对盒厚的不均匀性要求＜
0.05μm(TN
-LCD
只要求＜
0.5μm)
，否则就会出底色 不均匀，预倾角要求达到
3?
～
8?
，电极精细， 器件尺
寸较大，因此其规模生产难度较
TN- LCD
大许多。
（
4
分）
五、计算题（
20
分，
10
分< /p>
/
题）
21
、
< p>用凝视型红外成像系统观察40
公里远，
10
米
×
10
米的目标，若红外焦平面器件的像元
大小是
50μm×50μm
，假设目标像占
4
个像元，则红外光学系统的焦距应为多少？若红外焦
平面器件是
128×
128
元，则该红外成像系统的视场角是多大？
解：由已知条件得到：
10
50
?
10
?
3
?
2
?
40
?
10
3
f
/
（
3
分）
（
1
分）
f
/
?
400
mm
水平及垂直视场角：
50<
/p>
?
10
?
3
?
128
1
?
2
?
10
5
?
?
0
.
89
0
400
3600
（
6
分）
电子科技大学成都学院学费-电子科技大学成都学院学费
香港理工大学地址-香港理工大学地址
沈阳大学科技工程学院-沈阳大学科技工程学院
杭州师范大学学报-杭州师范大学学报
山东科技大学教务处-山东科技大学教务处
吉林财经大学信息经济学院-吉林财经大学信息经济学院
厦门大学嘉庚学院吧-厦门大学嘉庚学院吧
高校专项的大学降分表-高校专项的大学降分表
-
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