光电信息技术习题.doc

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中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（首页）

2007－2008学年第 2 学期 试题名称 ： 光电技术（A卷） 共 4 页 第 1 页

专业年级 学号 姓名 授课教师 分数
（请将选择题和填空题答案写在试卷上，其余答案写在答题纸上）
题号
一
二
三
四
五
总分
得分

一、单选题（下列选择题有一个答案）（14分，每题2分）

1、一个光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，在此方向上的辐强度为（1/683）W/sr，则该光源在该方向上发光强度为（ A ）。
A、1cd B、2cd C、3cd D、4cd
2、有两块材料制成的热敏电阻，A为半导体材料，B为白金，当温度升高，则两种材料的电阻将（ C ）
A、RA 变小； RB 变小 B、RA变大； RB变大
C、RA 变小； RB变大 D、RA变大； RB变小
3、常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型，这是按照（ C ）区分的。
A、光照度 B、光亮度
C、色温 D、光视效率
4、一束线偏光通过两个磁光法拉第转子后偏振方向旋转q角，经反射镜反射，再一次经过两个法拉第转子，其偏振方向与初始偏振方向的夹角为（ C）
A、0 B、q C、2q D、4q
5、光电倍增管中产生光电效应的是（ A ）
A、阴极 B、阳极 C、二次倍增极 D、玻璃窗
6、通过对半导体激光器采用（ B ）来获得调制光信号
A、外调制 B、直接调制 C、相位调制 D、电光调制
7、现有GDB－423型光电倍增管的阴极灵敏度为25 mA/lm，倍增系统的放大倍数为105，阳极的额定电流为25mA，则允许的最大光通量为（ A ）
A、1×10－5 lm B、1×10－3 lm V/W
C、无法判断 D、1 lm

二、多选题（下列选择题有两个或两个以上答案）（12分，每题3分）

1、下列器件运用外光电效应的是（ AC ）
A、光电倍增管 B、光电池 C、像增强管 D、光敏电阻
授课
教师

命题教师或命题负责人签字

院系负责人签字

年 月 日
中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页A）

2007-2008学年第 2 学期 试题名称 ：光电技术（A卷） 共 4 页 第2 页
2、对于大气对可见光的散射，下列说法正确是（ ABC ）
A、当光波长远大于散射粒子尺度时，即产生瑞利散射。
B、当光波长相当于或小于散射粒子的尺度时，即产生米氏散射。
C、对于瑞利散射，蓝光比红光散射强烈。
D、对于瑞利散射，波长越长，散射越强。
3、关于直接探测和外差探测下列说法正确的是（ ABD ）
A、外差探测基于两束光波在探测器光敏面上的相干效应。
B、外差探测适宜弱光信号的探测，直接探测适宜强光信号的探测。
C、与外差探测相比直接探测具有良好的滤波性能。
D、外差探测具有高的转换增益。
4、脉冲编码调制包括（ ACD ）
A、编码 B、模拟 C、量化 D、抽样
三、填空（25分）
1、（2分）光电探测器的平方律特性包含两个层次的含义：
光电流正比于光电场振幅的平方 和 电输出功率正比于入射光功率的平方。
2、 （3分）接受系统对被探测景物的分解方式决定了光电成像系统的类型，基本上可以分为三种： 光机扫描、 电子束扫描、 固体自扫描。
3、（2分）光热效应与单光子 能量无关，因而 频率没有选择性，响应速度慢。
4、（2分）光度量和辐射度量之间的关系可以用 和 表示。
5、（4分）黑白显象管由 、 、 和
组成 。
6、（4分）光束调制按其调制的性质可分为 、 、 、
和 等。
7、（4分）热致液晶可分为 、 和 三种类型,其中 液晶是目前显示器的主要材料。
8、 （2分）半导体激光器的发光属于 受激 辐射，发光二极管发光属于
辐射。
9、（2分）某一探测器灵敏度为10μA/μW，噪声电流为0.01μA，信号电流为
20 μA，此探测器的噪声等效功率（NEP）为 。
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中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页B）

2007-2008学年第 2 学期 试题名称 ：光电技术（A卷） 共4 页 第 3 页
四、简答题（15分）
1、（5分）简述光电三极管的工作原理。
2、（5分）简述声光相互作用中产生布喇格衍射的条件以及布喇格衍射的特点。
3、（5分）什么是热释电效应？热释电器件为什么不能工作在直流状态？

五、计算分析题（34分）
1、（5分）假设将人体作为黑体，正常人体体温为36.5°C。计算（1）正常人体所发出的辐射出射度；（2）正常人体的峰值辐射波长。（斯忒藩-玻尔兹曼常数 ，维恩常数为2897.9mm ）
2、（7分）用Si光电二极管测缓变光辐射，伏安特性曲线如图1所示，在入射光最大功率为8μW时，屈膝电压10V，反向偏置电压为40V，Si光电二极管的灵敏度S=0.5μA/μW，结电导为0.005μS，求（1）画出光电二极管的应用电路图（2）计算二极管的临界电导（3）计算最大线性输出时的负载RL。

图1 图2
3、（7分）与象限探测器相比PSD有什么特点？如何测试图中（如图2所示）光点A偏离中心的位置？
5、(8分)依据图3提供的结构和脉冲电压图说明CCD电荷转移的过程。

t1 t2 t3 t4

图3
中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页C）

2007-2008学年第 2 学期 试题名称 ：光电技术（A卷） 共 4 页 第4 页

4、（7分）在晶体横向调制器中，应尽量消除自然双折射对调制光的影响，通常采用“组合调制器”的结构进行补偿。现有两块尺寸、性能完全相同的KDP晶体，其中一块晶体如图4放置，请问另一块晶体如何放置才能消除双折射影响？并说明其原理。（需标明加电压后晶体主轴x’,y’,z的方向和电压正负）

x’

y’

KDP晶体

z

＋
－
入射光偏振方向

图4
2008 《光电技术》期末A卷参考答案

一、 选择题（14分每题2分）
二、 1、A 2、C 3、C 4、C 5、A 6、B 7、A
三、 多选题（8分每题2分）
1、AC 2、ABC 3、ABD 4、ACD
三、填空题（24分）
1、（2分）光电流正比于光电场振幅的平方 电输出功率正比于入射光功率的平方
2、（2分）光机扫描、电子束扫描、固体自扫描
3、（2分）能量 频率
4、（2分）光视效率和光视效能
5、（3分）电子枪、偏转系统、荧光屏、玻璃外壳
6、（2分）振幅调制、相位调制、强度调制、强度调制 、脉冲调制（任填四种）
7、4分）近晶相、向列相、胆甾相、 向列相
8、（2分）0.001μW
四、简答题
1、（5分）
光电三极管的工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是光电流放大。就是将两个pn结组合起来使用。以NPN型光电三极管为例，基极和集电极之间处于反偏状态，内建电场由集电极指向基极。光照射p区，产生光生载流子对，电子漂移到集电极，空穴留在基极，使基极与发射极之间电位升高，发射极便有大量电子经基极流向集电极，最后形成光电流。光照越强，由此形成的光电流越
2、（5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。(3分)
特点：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，合理选择参数，并使超声场足够强，可使入射光能量几乎全部转移到＋1级（或－1级）（2分）。
3、（5分）
答：热释电效应： 热释电晶体吸收光辐射温度改变，温度的变化引起了热电晶体的自发极化强度的变化，从而在晶体的特定方向上引起表面电荷的变化，这就是热释电效应。（3分）
根据热释电效应，热释电探测器的电流和温度的变化满足，如果照射光是恒定的，那么温度T是恒定值，电流为零，所以热电探测器是一种交流器件。（2分）

五、计算分析题
1、（5分）解：
（1） 人体正常的绝对温度T=36.5+273=309.5(K)，根据斯忒藩-玻尔兹曼辐射定律，正常人体所发出的辐射出射度为
（3分）
（2） 由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为
（3分）
2、（7分）

R

1分

解：根据公式
（2分）
（1分）
最大线性输出下，负载线正好通过M’点
(2分)

（1分）
3、（7分）
答：PSD是利用离子注入技术制成的一种可确定光的能量中心位置的结型光电器件，其特点是，(1)它对光斑的形状无严格要求，只与光的能量中心有关(2)光敏面上无须分割，消除了死区，可连续测量光斑位置，分辨率高。(3)可同时检测位置和光强，PSD器件输出总电流和入射光强有关，所以从总的电流可求得相应的入射光强。（3分）
工作原理：
当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点的距离为xA时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻p型层分别由电极1与2输出。设p型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L，流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过n型层上电极的电流I0为I1和I2之和（I0= I1+I2）。
计算公式为
4分

4、（7分）

（3分）

x’

y’

电光晶体

z

电光晶体

z

-x’

y’

＋
－
+
－

线偏光通过第一和第二块晶体两光束的相位差

由自然双折射引起的相位的符号相反所以相互抵消（4分）
5、(8分)
(1)在t1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。此时φ1电极下的表面势最大，势阱最深。假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。
(2)t2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。
(3)t3时刻，φ2仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。
(4)t4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t1时刻的情况相似，但电荷包向右移动了一个电极的位置。当经过一个时钟周期T后，电荷包将向右转移三个电极位置，即一个栅周期（也称一位）。因此，时钟的周期变化，就可使CCD中的电荷包在电极下被转移到输出端。