光電技術(shù)期末復(fù)習題

10緒論0-1．依據(jù)光電科學(xué)與光機電一體化技術(shù)之樹的根、干、枝、果關(guān)系，自己列舉兩個光電技術(shù)的應(yīng)用例子。第一章光電器件的物理根底1-1．可見光的波長、頻率和光子的能量范圍是多少？1-2．一塊半導(dǎo)體樣品，有光照時電阻為50Ω，無光照時電阻為5000Ω，求該樣品的光電導(dǎo)。1-3PN結(jié)簡圖表示出光生電壓的極性和光生電流的方向。假設(shè)光電PN結(jié)在照度E1下的開路電壓為Uoc1，求照度E2下的開路電壓Uoc2。1-4．為什么光電陰極都是用P型半導(dǎo)體材料制作的？其次章光電探測器件2-1n個倍增極，每個倍增極的二次電子放射系數(shù)均為δ，試推導(dǎo)電流增益M＝δn。2-2．試述光電池的工作原理，以及開路電壓、短路電流與光照度的關(guān)系。2-3．為什么結(jié)型光電器件只有反偏置或零偏置時才有明顯的光電效應(yīng)。2-4．2CR、2DR2CU、2DU在構(gòu)造上有何主要區(qū)分。2DU管設(shè)環(huán)極的目的何在，使用時應(yīng)如何接電。2-5．PIN管的頻率特性為什么比一般光電二極管好。第三章熱電探測器件3-1．熱電探測器與光電探測器比較，在原理上有何區(qū)分？3-2．熱電探測器與一般溫度計有何區(qū)分？第四章光電成象器件4-1．CCD器件中的電荷包為什么會沿著半導(dǎo)體外表轉(zhuǎn)移，以三相或二相CCD為例具體爭論一下它的轉(zhuǎn)移過程。4-CCD必需在動態(tài)下工作？其驅(qū)動脈沖的上第五章發(fā)光器件與光控器件5-1．半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的時間響應(yīng)如何？使用時以什么方式〔連續(xù)或脈沖〕驅(qū)動為宜？5-2．克爾盒和泡克耳斯盒的根本構(gòu)造如何？Uλ/2與o、e光的相差φ有何關(guān)系？5-3．聲光調(diào)制器的根本原理如何？在什么條件下是聲光調(diào)制器，在什么條件下是聲光偏轉(zhuǎn)器？5-4．磁光效應(yīng)與物質(zhì)的自然旋光性有何區(qū)分？磁光調(diào)制器的根本構(gòu)造如何？第六章光電檢測電路的設(shè)計6-1．光電檢測電路的設(shè)計應(yīng)留意滿足哪些技術(shù)要求？怎樣衡量一個檢測電路的好壞？6-2．為什么要進展檢測電路的靜態(tài)計算？要解決哪些問題？有哪些計算方法？6-3．光電二極管有哪些可能實現(xiàn)的電路方式？各種工作狀態(tài)有什么特點？對檢測電路有什么要求？6-4．光電檢測電路的動態(tài)計算包括哪些內(nèi)容？它們對檢測電路的工作有何要求？6-5．打算光電檢測電路的頻率特性有哪些因素？什么是截止頻率？有什么參數(shù)打算？第七章非相干光光電信號變換方法7-1．對于形式多樣的各種光信號，為了進展分析比較，應(yīng)當進展怎樣地分類和概括？7-2．舉例說明緩慢變化的光信號有哪些檢測方法。它們的特點是什么？主要檢測誤差源有哪些？7-3．什么是光學(xué)調(diào)制？有哪些調(diào)制方法？它們有什么特點和應(yīng)用？什么是調(diào)制器，調(diào)制器有哪些類型？7-4．什么是相敏檢波？相敏檢波中的參考電壓起什么作用？這種電路為什么要承受有單向?qū)щ姷钠骷?？在光電檢測技術(shù)中有何應(yīng)用？第八章相干光光電信號變換方法8-1．什么是光學(xué)干預(yù)和光電干預(yù)測量？怎樣理解干預(yù)現(xiàn)象的相幅變換作用。為什么說干預(yù)測量是一種有效的幾何參量和物理參量的傳感技術(shù)？8-2．舉例說明什么是直接探測和外差探測，它們的工作原理和特性是什么。怎樣理解光學(xué)外差測量為干預(yù)測量的進展供給了有效手段8-3．在形成和檢測干預(yù)條紋時，為了得到高質(zhì)量的光電條紋信號應(yīng)怎樣設(shè)計和調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)？怎樣選擇光電檢測器的參數(shù)？為什么？8-4．相干光的頻率調(diào)制和檢測有哪些主要類型？劃出它們的信號變換流程圖，解釋它們的工作原理和特點。8-5．什么是直接光頻率調(diào)制？為什么它能用于干預(yù)測量？承受直接調(diào)頻法測量物風光形和距離都有哪些方法？說明它們的工作原理。8-6．通過本章的介紹，怎樣生疏相干光信息的形成和檢測技術(shù)的演化過程？對干預(yù)測量技術(shù)的今后進展作怎樣的估量？1Rc的圓盤中心法線上，距盤圓中心為l0處有一個輻射強度為Ie的點源S，如下圖。試計算該點源放射到盤圓的輻射功率。Sl0Rc 1Sl0RcI e d c0e d， l20d Ie

dIe

cl20如下圖，設(shè)小面源的面積為AsLel0的夾角為s；被照面的面積為Ac，到面源As的距離為l0c為輻射在被照面Ac在Ac上產(chǎn)生的輻射照度。sLeAclAs0cL e

dIecos

d 2題圖E ee dA用定義

r r和

求解。霓虹燈發(fā)的光是熱輻射嗎？不是熱輻射。6.m隨溫度T的上升而減小。試由普朗克熱輻射公式導(dǎo)出 T常數(shù)m 。這一關(guān)系式稱為維恩位移定律，其中常數(shù)為2.89810-3mK。普朗克熱輻射公式求一階導(dǎo)數(shù)，令其等于0，即可求的。9.常用的彩色膠卷一般分為日光型和燈光型。你知道這是按什么區(qū)分的嗎？按色溫區(qū)分。2何為大氣窗口，試分析光譜位于大氣窗口內(nèi)的光輻射的大氣衰減因素。選擇吸取特性，一般把近紅外區(qū)分成八個區(qū)段，將透過率較高的波段稱為大氣窗口。何為大氣湍流效應(yīng)，大氣湍流對光束的傳播產(chǎn)生哪些影響？是一種無規(guī)章的漩渦流淌，流體質(zhì)點的運動軌跡格外簡單，既有橫向運動，又有縱向運動，空間每一點的運動速度圍繞某一平均值隨機起伏的彎曲和漂移〔亦稱方向抖動、光束彌散畸變以及空間相干性退化等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為大氣湍流效應(yīng)。5.何為電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的那些參數(shù)打算？當光波的兩個垂直重量Ex，Ey的光程差為半個波長〔相應(yīng)的相位差為〕時所需要加的電壓，稱為半波電壓。7.假設(shè)取vs=616m/s，n=2.35，fs=10MHz，0=0.6328m，試估算發(fā)生拉曼-納斯衍射所允許的最大晶體長度Lmax=?n2由公式

LL0

4s0計算。L=25cmD=1cmN=250匝導(dǎo)線，通有電流I=5A。取韋爾德常數(shù)為V=0.2510-5〔〕/cmT，試計算光的旋轉(zhuǎn)角。由公式L和VH計算。概括光纖弱導(dǎo)條件的意義。纖，特別是單模光纖，其摻雜濃度都很小，使纖芯和包層只有很小的折射率差。所以弱導(dǎo)的根本含義是指很小的折射率差就能構(gòu)成良好的光纖波導(dǎo)構(gòu)造，而且為制造供給了很大的方便。15.光波水下傳輸有那些特別問題？主要是設(shè)法抑制這種后向散射的影響。措施如下：⑴適當?shù)剡x擇濾光片和檢偏器，以區(qū)分無規(guī)章偏振的后向散射和有規(guī)章偏振的目標反射。⑵盡可能的分開放射光源和接收器。⑶承受如圖2-28所示的距離選通技術(shù)。當光源放射的光脈沖朝向目標傳播時，接收器的快水下后向散射的影響。3KDP2cmn=2.51000kHz。試求此時間在晶體中的渡越時間及引起的相位延遲。渡越時間為：d=nL/c相位延遲因子：ac

1eim(t)m

tn td

E(t)dt(0

mdim d

)eit/4波片，波片的的軸向如何設(shè)置最好？假設(shè)旋轉(zhuǎn)/4波片，它所供給的直流偏置有何變化？EEE其快慢軸與晶體的主軸x45角，從而使x和y兩個重量之間產(chǎn)生/2的固定相位差。7.用PbMoO4晶體做成一個聲光掃描器，取n=2.48，M2=37.7510-15s3/kg，換能器寬度H=0.5mm。聲波沿光軸方向傳播，聲頻fs=150MHz，聲速vs=3.99105cm/s，光束寬度d=0.85cm，光波長=0.5m。⑴證明此掃描器只能產(chǎn)生正常布喇格衍射；⑵為獲得100%的衍射效率，聲功Ps率應(yīng)為多大？⑶假設(shè)布喇格帶寬f=125MHz，衍射效率降低多少？⑷求可區(qū)分點數(shù)N。⑴由公式

LL0

n24s0證明不是拉曼-納斯衍射。I

PHLI

2cos2B

H s 2ML2 s⑵ 2 ，

s 2M L2

f⑶ f=125MHz

B 2nv ss ，n7P2 P

ss 0 vs

3cosB

H fN⑷用公式

(R) Nv和 s

sR 計算。4比較光子探測器和光熱探測器在作用機理、性能及應(yīng)用特點等方面的差異。答：光子效應(yīng)是指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)。探測部電子狀態(tài)轉(zhuǎn)變的大小。由于，光子能量是h，h是普朗克常數(shù),是光波頻率，所以，光比較快。又使探測元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。所以，光熱效應(yīng)與單光子能量h的大速度要快得多，并已獲得日益廣泛的應(yīng)用?？偨Y(jié)選用光電探測器的一般原則。答：用于測光的光源光譜特性必需與光電探測器的光譜響應(yīng)特性匹配；考慮時間響應(yīng)特性；考慮光電探測器的線性特性等。5CCDCCD電荷存儲、轉(zhuǎn)移、輸出的根本原理。CCD的輸出信號有什么特點？CCD的根本單元是MOS(MOS電容器能夠存儲電荷。假設(shè)MOS構(gòu)造中的半導(dǎo)體是P〔稱為柵〕上加一個正的階梯電壓時〔襯底接地Si-SiO界面處的電勢〔稱為外表勢或界面勢〕發(fā)生相應(yīng)變化，四周的P型硅中多數(shù)載流子——空穴被排斥，形成所謂耗盡層，假設(shè)柵電壓VGMOS晶體管的開啟電壓，則在Si-SiO2界面處形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那里的面存在勢阱時，假設(shè)有信號電子〔電荷〕來到勢阱及其鄰近，它們便可以聚攏在外表。隨著勢阱中能夠容納多少個電子，取決于勢阱的“深淺壓變化，柵電壓越大，勢阱越深。假設(shè)沒有外來的信號電荷下產(chǎn)生的載流子。因此，電荷耦合器件必需工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，才能存儲電荷。以典型的三相CCD為例說明CCD電荷轉(zhuǎn)移的根本原理。三相CCD是由每三個柵為一組的間隔嚴密的MOS構(gòu)造組成的陣列。每相隔兩個柵的柵電極連接到同一驅(qū)動信號上，亦稱時鐘脈沖。三相時鐘脈沖的波形如以下圖所示。在t1φ1高電位，φ2、φ3低電位。此時φ1電極下的外表勢最大，勢阱最深。假設(shè)此時已有信號電荷〔電子〕注入，則電荷就被存儲在φ1t2時刻，φ1、φ2φ3φ1、φ2兩個勢阱的空阱深度一樣，但因φ1φ1φ2面的勢阱淺，φ1下面的電荷將向φ2t3時刻，φ2φ3φ1φ1φ1φ2t4時刻，φ2φ1、φ3φ2φ2t1時刻的狀況相像，但電荷包向右移動了一個電極的位置。當經(jīng)過一個時鐘周期T后，電荷包將向右轉(zhuǎn)移三個電極位置，即一個柵周期〔也稱一位。因此，時鐘的周期變化，就可使CCD中的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端，其工作過程從效果上看類似于數(shù)字電路中的移位存放器。tttttt1234φ1φ1φ23 φ2t1 φt 32t3t4電荷輸出構(gòu)造有多種形式，如“電流輸出”構(gòu)造出”構(gòu)造。其中“浮置集中輸出”構(gòu)造應(yīng)用最廣泛OG、浮置集中FD、復(fù)位柵R、復(fù)位漏RD以及輸出場效應(yīng)管T等。所謂“浮置集中”是指在P型硅襯底外表用V族雜質(zhì)集中形成小塊的n+區(qū)域，當集中區(qū)不被偏置，即處于浮置狀態(tài)工作時，電荷包的輸出過程如下：VOG為肯定值的正電壓，在OG電極下形成耗盡層，使φ3FD之間建立導(dǎo)電溝道。在φ3為高電位期間，電荷包存儲在φ3電極下面。隨后復(fù)位柵R加正復(fù)位脈沖φRFDRD區(qū)溝通，因VRD為正十幾伏的直流偏置電壓，則FD區(qū)的RDFDRD區(qū)呈夾斷狀態(tài)，F(xiàn)D區(qū)具有肯定的浮置電位。之后，φ3轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢?，?OGFD區(qū)。此時FD區(qū)〔即A點〕的電位變化量為：QV FDA Cφ3φRt1t2t3t4t5φttφ3φRt1t2t3t4t5φtttt123 4t53φRCCD輸出信號的特點是：信號電壓是在浮置電平根底上的負電壓；每個電荷包的輸出占有肯定的時間長度TCCD的輸出信號進展處理時，較多地承受了取樣技術(shù)，以去除浮置電平、復(fù)位高脈沖及抑制噪聲。何謂幀時、幀速？二者之間有什么關(guān)系？答：完成一幀掃描所需的時間稱為幀時Tf(s，單位時間完成的幀數(shù)稱為幀速F〔幀／：1T f F。30公里遠，10米×10米的目標，假設(shè)紅外焦平面器件的像元50μm×50μm4個像元，則紅外光學(xué)系統(tǒng)的焦距應(yīng)為多少？假設(shè)紅外128×128元，則該紅外成像系統(tǒng)的視場角是多大？10 501032答：30103 f/f/300mm水平及垂直視場角：50103128 12105 1.190300 3600一目標經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀看，在某一特征頻率時，目標比照度為0.5,大氣MTF0.9，探測器的MTF0.5，電路的MTF0.95，CRT的MTF0.5，則在這一特征頻率下，光學(xué)系統(tǒng)的MTF至少要多大？0.50.90.50.950.5MTF 0.026答： oMTFo

0.24紅外成像系統(tǒng)A的NETDA小于紅外成像系統(tǒng)BNETDB，能否認為紅外成像系統(tǒng)A對各種景物的溫度區(qū)分力量高于紅外成像系統(tǒng)B，試簡述理由。NETD反映的是系統(tǒng)對低頻景物〔均勻大目標〕的溫度區(qū)分率，不能表征系統(tǒng)用于觀測較高空間頻率景物時的溫度區(qū)分性能。試比較帶像增加器的CCD、薄型背向照明CCD和電子轟擊型CCD器件的特點。答：帶像增加器的CCD器件是將光圖像聚焦在像增加器的光電陰極上，再經(jīng)像增加器增加后耦合到電荷耦合器件CC〕上實現(xiàn)微光攝像〔簡稱ICC。最好的ICCD是將像增加器熒光屏上產(chǎn)生的可見光圖像通過光纖光錐直接耦合到一般CCD芯片上。像增加器內(nèi)光子將使ICCDICCD10-6lx靶面照度下。薄型、背向照明CCD器件抑制了一般前向照明CCD的缺陷。光從反面射入，遠離多晶硅，的多晶硅埋層。由于避開了多晶硅吸取，CCD的量子效率可提高到90％，與低噪聲制造技術(shù)相結(jié)合后可得到30個電子噪聲背景的CCD，相當于在沒有任何增加手段下照度為10-4lx〔靶面照度〕的水平。盡管薄型背向照明CCD器件的靈敏度高、噪聲低，但當照度低于10-6lx〔靶面照度〕時，只能依靠圖像增加環(huán)節(jié)來提高器件增益，抑制CCD噪聲的制約。電子轟擊型CCD器件是將背向照明CCD當作電子轟擊型CCD轟擊型CCD的“光陰極”放射直接“近貼聚焦”到CCD基體上，光電子通過CCD反面進產(chǎn)生的噪聲比用微通道板倍增產(chǎn)生的噪聲低得多，與它獲得的3000倍以上增益相比是微缺乏到的。電子轟擊型CCDCCD基體的成像方法，簡化了光子被屢次轉(zhuǎn)換的過程，信噪比大大提高，與ICCD相比，電子轟擊型CCD具有體積小、重量輕、牢靠性高、區(qū)分率高及比照度好的優(yōu)點。6試說明自會聚彩色顯像管的特點。答：周密直列式電子槍；開槽蔭罩和條狀熒光屏；周密環(huán)形偏轉(zhuǎn)線圈。如圖6.15所示，光在向列液晶中傳播，且 4，試分析當位相差為0，π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3π/2,7π/42π時，輸出光的偏振狀態(tài)。答：線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光、線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光、線偏振光試比較TN－LCDSTN－LCD的特點。答：TN－LCD90o，它的電光特性曲線不夠陡