光电子技术答案

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1、光电子技术练习与思考题解答（收集整理版）配套 光电子技术（第3版）安毓英 继芳庆辉 喆珺 编著电子工业由于水平有限，练习与思考题解答难免有错误之处，敬请指正。欢迎大家交流学习习 题11. 设在半径为Rc的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l0处有一个辐射强度为Ie的点源S，如下图。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。l0SRc第1题图解：， 2. 如下图，设小面源的面积为DAs，辐射亮度为Le，面源法线与l0的夹角为qs；被照面的面积为DAc，到面源DAs的距离为l0。若qc为辐射在被照面DAc的入射角，试计算小面源在DAc上产生的辐射照度。LeDAsDAcl0qsqc第2题图解：用定义和求解。3.假

2、设有一个按郎伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度均相同。试计算该扩展源在面积为的探测器表面上产生的辐照度。解：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量，因为余弦辐射体的辐射亮度为得到余弦辐射体的面元向半空间的辐射通量为又因为在辐射接收面上的辐射照度定义为照射在面元上的辐射通量与该面元的面积之比，即所以该扩展源在面积为的探测器表面上产生的辐照度为单位是4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 解： 不是热辐射。5刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总显得特别黑暗，这是为什么？解：因为刚粉刷完的房间需要吸收光线，故从房外远处看它的窗口总显得特别黑暗6. 从黑体辐射

3、曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长lm随温度T的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出。这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.89810-3mK。解：普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。7.黑体辐射曲线下的面积等于在相应温度下黑体的辐射出射度。试由普朗克热辐射公式导出与温度的四次方成正比，即这一关系式被称为斯忒藩玻尔兹曼定律，其中常数为W()。解：黑体处于温度T时，在波长处的单色辐射出射度有普朗克公式给出：式中为普朗克常数，为真空中光速，为玻尔兹曼常数。令,则上式可改写为将此式积分得 此即为斯忒藩玻尔兹曼定律。式中为斯忒藩玻尔兹曼常数。8宇宙大爆炸遗留在宇

4、宙空间的均匀背景热辐射相当于3K黑体辐射。（1）此辐射的单色辐射出射度在什么波长下有意义？（2）地球表面接收到此辐射的功率是多大？解：答（1）由维恩位移定律得（2）由和普朗克公式与地球面积得出地球表面接收到此辐射的功率。9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。你知道这是按什么区分的吗？解：按色温区分。10.为频率在间黑体辐射的能量密度，为波长在间黑体辐射能量密度。已知，试求。解：由=得=11.如果激光器和微波激射器分别在，和输出1W连续功率，问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？解：（1）（2）（3）12设一对激光能级为和（），相应频率为（波长为），各能级上的粒子数为和，求：（1

5、）当，T=300K时，？（2）当，T=300K时，？（3）当，时，温度T=?解： （1）（2）（3）得：13试证明，由于自发辐射，原子在能级的平均寿命证明：自发辐射，一个原子由高能级自发跃迁到，单位时间能级减少的粒子数为： ， 自发跃迁几率， 因此 14焦距是共焦腔光束特性的重要参数，试以表示。由于和是一一对应的，因而也可以用作为表征共焦腔高斯光束的参数，试以表示，。解：,，15今有一球面腔，L0.8m。试证明该腔为稳定腔；求出它的等价共焦腔的参数。解：g=1-=0.47 g=1-=1.8 ，gg=0.846 即：0 gg1，所以该腔为稳定腔。由公式（2.8.4）Z=-1.31mZ=-0.15

6、mf=0.25mf=0.5m16某高斯光束，求与束腰相距0.3m、远处的光斑的大小与波前曲率半径。解：，其中，： ，： ， ：，17有频率为，的二束光入射，试求在均匀加宽与非均匀加宽两种情况下(1) 频率为的弱光的增益系数表达式；(2) 频率为的强光的增益系数表达式；解：对于均匀加宽物质，当频率为，光强为的准单色光入射时，其小信号增益系数和饱和增益系数分别为式中为中心频率处的小信号增益系数，为增益曲线的宽度。对于非均匀加宽物质，当频率为，光强为的准单色光入射时，其小信号增益系数和饱和增益系数分别为式中为中心频率处的小信号增益系数，为增益曲线的宽度。若，二强光同时入射，则此时反转集居数（1） 弱

7、光的增益系数（2） 强光的增益系数18长为1m的He-Ne激光器中，气体温度T=400K。若工作波长=3.39时的单程小信号增益为30dB，试求提供此增益的反转集居数密度。解：氦氖激光器的小信号增益系数可表示为（1）式中为自发辐射跃迁几率，而多普勒加宽线宽 式中氖原子量M=20,而T=400K，由此有根据题中给出条件（即：单程小信号增益为30dB）式中腔长，由此可得到于是由（1）式，求出反转集居数19计算由下式表示的平面波电矢量的振动方向、传播方向、相位速度、振幅、频率和波长。解：平面波电矢量的振动方向为X和Y轴面角度传播方向为与X和Y轴成角度负向传播（）相位速度振幅为复振幅频率； 波长20试

8、确定以下各组光波表示式所代表的偏振态：（1）（2）（3）解：（1）中二分量的相位差为0，此时为线偏振光。且光振动方向在、象限。（2）中相位差为为右旋椭圆偏振光（3）中为相位差为且又由所以为左旋圆偏振光。21已知冕玻璃对0.3988m波长光的折射率为n=1.52546，/m，求光波在该玻璃中的相速度和群速度。解：已知平面光波的想速度，将n=1.52546代入即可求得平面光波的想速度。相速度和群速度之间的关系为，即可求得光波在该玻璃中的群速度。22如图1-41所示，玻璃块周围介质（水）的折射率为1.33，若光束射向玻璃块的入射角为，问玻璃块的折射率至少应为多大才能使透入光速发生全反射？n 解：设玻

9、璃的折射率为由折射定律得（式中=90-），且时发生全反射，所以玻璃的折射率满足，由此解得玻璃的折射率。习 题21. 何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口的光辐射的大气衰减因素。对某些特定的波长，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，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光

10、束截面的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以与空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。3对于3m晶体，试求外场分别加在x、y和z轴方向的感应主折射率与相应的相位延迟。当晶体未加外电场时，主轴坐标系中折射率椭球由下方程描述当晶体施加电场后，其折射率椭球就发生变形，椭球方程变为由于外加电场的作用，折射率椭球各系数随之发生线形变化，其变化量定义为 式中称为线性电光系数。其新主轴的半长度分别为设光波沿轴方向传播，当沿方向加电场时为纵向应用，两偏振分量的相位延迟分别为，如果沿轴方向加电场，光束传播方向垂直于轴并与y或x轴成，则其电光效应相位延迟为4一块z切割的GaAs晶体，长度为

11、L，电场沿Z方向。证明纵向运用时的相位延迟为。思路证明：当沿方向加电场时为纵向应用，两偏振分量的相位延迟分别为，因此这两个光穿过晶体后产生一个相位差,式中是沿Z轴加的电压。5. 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？当光波的两个垂直分量Ex，Ey的光程差为半个波长（相应的相位差为p）时所需要加的电压，称为半波电压。6在电光晶体的纵向应用中，如果光波偏离晶体的一个小角度（1）传播，证明由于自然双折射引起的相位延迟为，式中L为晶体长度。证明：运用晶体椭球方程和光波在晶体中的传播特性与自然双折射原理7. 若取vs=616m/s，n=2.35， fs=10MHz，l0=0.6328mm

12、，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度Lmax=?由公式计算。8利用应变S与声强的关系式，证明一级衍射光强与入射光强之比为（取近似）。证明：当入射光强为时，布喇格声光衍射的1级衍射光强的表达式可写成 ，可以用声致折射率的变化来表示，既，且这样就有9考虑熔融石英中的声光布喇格衍射，若取l0=0.6328mm, n=1.46, vs= m/s, fs=100MHz，计算布喇格角。解：由公式求得10. 一束线偏振光经过长L=25cm，直径D=1cm的实心玻璃，玻璃外绕N=250匝导线，通有电流I=5A。取韦尔德常数为V=0.2510-5（）/cmT，试计算光的旋转角q。由公式和计算。11.

13、概括光纤弱导条件的意义。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。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。所以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，而且为制造提供了很大的方便。12从光线方程式出发，证明均匀介质中光线的轨迹为直线，非均匀介质中光线一定向折射率高的地方偏斜。证明：由折射定律知，折射率越高，折射角越小，光线一定向折射率高的地方偏斜 n13今有一的自聚焦光纤，试画出一束平行光和会聚光线入射其端面时，光纤中和输出端面上的光线图，并说明为什么？解：平方律折射率分布光纤的可表示为其中为工程上定义的纤芯和包

14、层间的相对折射率差。可见平方律梯度光纤具有自聚焦性质，又称自聚焦光纤。一段长的自聚焦光纤与光学透镜作用类似，可以汇聚光线和成像。参见P7314光纤色散、带宽和脉冲展宽之间有什么关系？对光纤传输容量产生什么影响？解：光钎的色散会使脉冲信号展宽，既限制了光钎的带宽或传输容量。一般说来，单模光钎的脉冲展宽与色散有以下关系，式中，是总色散，光钎长度，是光信号的谱线宽度。光脉冲展宽与光钎带宽有一定关系，参见P74。15. 光波水下传输有哪些特殊问题？解：传播光束的衰减特性，前向散射和后向散射。习 题31. 一纵向运用的KDP电光调制器，长为2cm，折射率n=2.5，工作频率为1000kHz。试求此时光在

15、晶体中的渡越时间与引起的哀减。解：渡越时间为：td=nL/c相位延迟因子：2. 在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个l/4波片，波片的的轴向如何设置最好？若旋转l/4波片，它所提供的直流偏置有何变化？解：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p/2的固定相位差。3为了降低电光调制器的半波电压，用4块切割的KD*P晶体连接（光路串联，电路并联）成纵向串联式结构，试求：（1）为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的轴应如何取向？（2）若，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较。解：（1） 互成（2） ，其中括号就是纵向电光效应的半波电压，即，减小d增加L可以减小

16、半波电压，与单块晶体调制器比较其半波电压减小了。4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：不能，因为没有了线偏振光通过晶体后，不能产生相位差。5一个声光调制器，对He-Ne激光进行调制。已知声功率，声光相互作用长度，换能器宽度，试求声光调制器的布喇格衍射效率。解：,已知，H，,由,可求得，再代入求得，即可解出。6一个驻波超声场会对布喇格衍射光场产生什么影响？给出它所造成的频移和衍射方向。解：对每个声频率，具有许多波矢方向不同的声波分量都能引起光波的衍射。于是相应于每一确定角度的入射光，就有一束发散角为的衍射光，而每一衍射方向对应不同的频移。如图声波7. 用

17、PbMoO4晶体做成一个声光扫描器，取n=2.48，M2=37.7510-15s3/kg，换能器宽度H=0.5mm。声波沿光轴方向传播，声频fs=150MHz，声速vs=3.99105cm/s，光束宽度d=0.85cm，光波长l=0.5mm。 证明此扫描器只能产生正常布喇格衍射； 为获得100%的衍射效率，声功Ps率应为多大？ 若布喇格带宽Df=125MHz，衍射效率降低多少？ 求可分辨点数N。解： 由公式证明不是拉曼-纳斯衍射。， 若布喇格带宽Df=125MHz，衍射效率降低多少？， 用公式和计算。习 题44.1 比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能与应用特点等方面的差异。答：光子效应

18、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部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响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。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。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。只是在

19、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。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。值得注意的是，以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温度变化率，比其他光热效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的应用。4.2 总结选用光电探测器的一般原则。答：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。4.3用光敏电阻设计路灯自动点亮器与AGC放大电路。答：CdS探测器和CdSe探测器是两种低造价的可见光辐射探测器，它们的特点是高可靠性和长寿命，因而广泛应

20、用于自动化技术和摄影机中的光计量。这两种器件的光电导增益比较高（），但相应时间比较长（大约50ms）。故设计一种采用造价低，高可靠性和长寿命的CdS探测器和CdSe探测器作为路灯自动点亮器与AGC放大电路的光敏电阻。4.4已知Si光电池光敏面积为，在光照下，开路电压,光电流。试求:(1)在（200700）W/光照下，保证线性电压输出的负载电阻和电压变化值；（2）如果取反偏压V=0.3V，求负载电阻和电压变化值；（3）如果希望输出电压变化量为0.5V，怎么办？答：，即，4.5如果Si光电二级管灵敏度为,结电容为10pF，光照功率5时，拐点电压为10V，偏压40V，光照信号功率,试求；（1）线性最

21、大输出功率条件下的负载电阻；（2）线性最大输出功率；（3）响应截止频率。答：（1），（2）（3）4.6证明证明：已知量子效率，将探测器的通量阈，信噪比，噪声等效功率逐次代入即可证明。4.7比较直接探测和外差探测技术的应用特点。答：光电探测器的基本功能就是把入射到探测器上的光功率转换为相应的光电流。即，光电流是光电探测器对入射光功率的响应。因此，只要待传递的信息表现为光功率的变化，利用光电探测器的这种直接光电转换功能就能实现信息的解调，这种探测方式通常称为直接探测。而光频外差探测基于两束光波在光电探测器光敏面上的相干效应，所以光频外差探测也常常称为光波的相干探测。习 题55.1 以表面沟道CCD

22、为例，简述CCD电荷存储、转移、输出的基本原理。CCD的输出信号有什么特点？答：构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)电容器。正如其它电容器一样，MOS电容器能够存储电荷。如果MOS结构中的半导体是P型硅，当在金属电极（称为栅）上加一个正的阶梯电压时（衬底接地），Si-SiO2界面处的电势（称为表面势或界面势）发生相应变化，附近的P型硅中多数载流子空穴被排斥，形成所谓耗尽层，如果栅电压VG超过MOS晶体管的开启电压，则在Si-SiO2界面处形成深度耗尽状态，由于电子在那里的势能较低，我们可以形象化地说：半导体表面形成了电子的势阱，可以用来存储电子。当表面存在势阱时，如果有信号电子

23、（电荷）来到势阱与其邻近，它们便可以聚集在表面。随着电子来到势阱中，表面势将降低，耗尽层将减薄，我们把这个过程描述为电子逐渐填充势阱。势阱中能够容纳多少个电子，取决于势阱的“深浅”，即表面势的大小，而表面势又随栅电压变化，栅电压越大，势阱越深。如果没有外来的信号电荷。耗尽层与其邻近区域在一定温度下产生的电子将逐渐填满势阱，这种热产生的少数载流子电流叫作暗电流，以有别于光照下产生的载流子。因此，电荷耦合器件必须工作在瞬态和深度耗尽状态，才能存储电荷。以典型的三相CCD为例说明CCD电荷转移的基本原理。三相CCD是由每三个栅为一组的间隔紧密的MOS结构组成的阵列。每相隔两个栅的栅电极连接到同一驱动

24、信号上，亦称时钟脉冲。三相时钟脉冲的波形如以下图所示。在t1时刻，1高电位，2、3低电位。此时1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1电极下的势阱中。t2时刻，1、2为高电位，3为低电位，则1、2下的两个势阱的空阱深度相同，但因1下面存储有电荷，则1势阱的实际深度比2电极下面的势阱浅，1下面的电荷将向2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。t3时刻，2仍为高电位，3仍为低电位，而1由高到低转变。此时1下的势阱逐渐变浅，使1下的剩余电荷继续向2下的势阱中转移。t4时刻，2为高电位，1、3为低电位，2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到2下面的势阱中，这

25、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，其工作过程从效果上看类似于数字电路中的移位寄存器。 电荷输出结构有多种形式，如“电流输出”结构、“浮置扩散输出”结构与“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以与输出场效应管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

26、输出过程如下：VOG为一定值的正电压，在OG电极下形成耗尽层，使3与FD之间建立导电沟道。在3为高电位期间，电荷包存储在3电极下面。随后复位栅R加正复位脉冲R，使FD区与RD区沟通，因 VRD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，3转变为低电位，3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：式中，QFD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）。CCD输出信号的特点是：信号电压是在浮置电平基础上的负电压；每个电荷包的输出占有一定的

27、时间长度T。；在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲。据此特点，对CCD的输出信号进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平、复位高脉冲与抑制噪声。5.2 何谓帧时、帧速？二者之间有什么关系？答：完成一帧扫描所需的时间称为帧时Tf(s)，单位时间完成的帧数称为帧速（帧s）：。5.3 用凝视型红外成像系统观察30公里远，10米10米的目标，若红外焦平面器件的像元大小是50m50m，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128128元，则该红外成像系统的视场角是多大？答： 水平与垂直视场角：5.4试说明在红外成像系统中进行直流恢复的原因。答：信号中的直流成分常

28、常需要在信号处理之前用隔直流的方法将其去掉，这不仅可使信号处理变得简单，而且可达到抑制背景和削弱噪声的目的。但是在采用交流耦合时也存在两个较大的问题，其一是由RC组成的高通交流耦合电路，在对目标进行扫描时会产生两种图像缺陷，参见P191，为了减小图像缺陷，需要采用直流恢复技术。一种直流恢复方案参见P192.5.5 一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，在某一特征频率时，目标对比度为0.5,大气的MTF为0.9，探测器的MTF为0.5，电路的MTF为0.95，CRT的MTF为0.5，则在这一特征频率下，光学系统的MTF至少要多大？答： 5.6 红外成像系统A的NETDA小于红外成像系统B的NET

29、DB，能否认为红外成像系统A对各种景物的温度分辨能力高于红外成像系统B，试简述理由。答：不能。NETD反映的是系统对低频景物（均匀大目标）的温度分辨率，不能表征系统用于观测较高空间频率景物时的温度分辨性能。5.7 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）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

30、耦合损失都将使ICCD输出噪声增加，对比度下降与动态围减小，影响成像质量。灵敏度最高的ICCD摄像系统可工作在10-6lx靶面照度下。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的量子效率可提高到90，与低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10-4lx（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10-6lx（靶面照度）时，只能依赖图像增强环节来提高器

31、件增益，克服CCD噪声的制约。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、分辨率高与对比度好的优点。5.8试说明光纤束的排列方式对传像

32、束分辨率的影响。答：分辨率作为传输图像的传像束，其重要的指标是其传输图像的分表率，它不仅与组成传像束的单根光纤直径有关，而且与光纤束的排列方式和排列紧密程度有关。参见P207理论和实践证明，正六角形排列的传像束比正方形排列的传像束的分辨率要高，故大多数的传像光纤束均为正六角形排列。习 题66.1试分析在向列相液晶中线偏振的传播特性。答：向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界电、磁场、温度、应力都比较敏感，是目前显示器件的主要材料。参见P215：液晶的双折射特性和光学性质。6.1 试说明自会聚彩色显像管的特点。答：精密直列式电子枪；开槽荫罩和条状荧光屏；精密环形偏转线圈。6.2 如图6.15

33、所示，光在向列液晶中传播，且，试分析当位相差为0，/4,/2,3/4,5/4,3/2,7/4和2时，输出光的偏振状态。答：线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、线偏振光6.2 试比较TNLCD和STNLCD的特点。答：TNLCD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。STNLCD的扭曲角在180240围，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。STN-LCD所用的液晶材料是在特定的TN

34、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5-7m。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0.05m(TN-LCD只要求0.5m)，否则就会出底色不均匀，预倾角要求达到38，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。6.3 试说明充气放电管伏安特性中击穿电压和放电维持电压的概念。答：曲线AC段属于非自持放电，在非自持放电时，参加导电的电子主要是由外界催离作用（如宇宙射线、放射线、光、热作用）造成的，当电压增加，电流也随之增加并趋于饱和，C点之前称为暗放电区，放电气体不发光。随着

35、电压增加，到达C点后，放电变为自持放电，气体被击穿，电压迅速下降，变成稳定的自持放电（图中EF段），EF段被称为正常辉光放电区，放电在C点开始发光，不稳定的CD段是欠正常的辉光放电区，C点电压Vf，称为击穿电压或着火电压、起辉电压，EF段对应的电压VS称为放电维持电压。6.4试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理。答：注入电致发光是在半导体PN结加正偏压时产生少数载流子注入，与多数载流子复合发光。高场电致发光是将发光材料粉末与介质的混合体或单晶薄膜夹持于透明电极板之间，外施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光6.5试给出一种实现大屏幕显示（显示面积大于1）的方法，并给出其驱动方式。答：

36、单色等离子体显示，采用AC-PDP的驱动。习 题77.1试比较光纤通信中直接调制和间接调制的特点。答：直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光强随电信号变化。这种方案技术简单成本低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。间接调制（也称外调制）是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。7.2试举出激光雷达的三种实际应用。答：应用激光雷达系统从地面、飞机、舰船和空间平台上对人们感兴趣的目标进行测距和跟踪。以远距离测量环境状态为目的，对

37、大气、水域、陆地的各种状态进行测量。（1）空通管制是应用激光雷达的极好领域，激光雷达与数字计算机相结合应用于空通管制，将会大大提高分辨率和数据率，显著改善机场的技术工作。（2）激光雷达在测绘和测量中也非常有用，应用激光雷达能精密测量角度和距离，并能以很高的精度确定垂线和局部垂线。观测现有轨道卫星上的后向反射器（合作目标），可以监视与地质结构漂移有关的地球物理运动，进而预报地震。（3）激光雷达可以用作机载地面测平仪，从飞机上连续测量飞机至地面的距离，提供难以接近的山脉和峡谷的高度和轮廓数据。7.3试说明激光制导分为几种方式。答： 激光制导分为激光寻的制导和激光驾束制导。激光驾束制导导弹的种类很多

38、，典型代表是瑞典的RBS70导弹系统，其工作原理是，以瞄准线为坐标基线，将激光束在垂直平面进行空间位置编码发射，弹上的寻的器接收激光信息并译码，测出导弹偏离瞄准线的方向与大小，形成控制信号，控制导弹沿瞄准线飞行，直接击中目标。激光寻的制导是由弹外或弹上的激光束照射在目标上，弹上的激光寻的器利用目标漫反射的激光，实现对目标的跟踪和对导弹的控制，是导弹飞向目标的一种制导方法。按照激光源所在位置的不同，激光寻的制导有主动和半主动之分。7.4简述推帚式扫描仪的基本原理。答：如下图：地面上的扫描线对应的辐射信息经光学系统收集，聚焦在线阵CCD上，CCD的输出端以一路时序视频信号输出，在瞬间能同时得到垂直

39、于航线的一条影像线。随着平台的向前移动，以“推帚”方式获取沿轨道的连续影像条带。线形阵列遥感器光学系统 前进方向扫描线推帚式扫描仪的原理图7.5试说明调制盘在红外点源制导系统中的应用。答：调度盘的作用是用来确定目标相对于导弹的位置和抑制背景的干扰。选择调度盘的图案和旋转速度，便可得到所需要的调频信号。调度盘的输出信号把目标相对于导弹的输出位置完全确定了。调度盘抑制目标背景的干扰是利用它的空间滤波特性。7.6试说明红外成像制导系统的特点。答：（1）灵敏度高。其噪声等效温差NETD（）很适合探测远程小目标的需求。（2）抗干扰能力强。有目标识别能力，可在复杂干扰背景下探测识别目标（3）具有“智能”可

40、实现“发射后不管”。具有在各种复杂战术环境下自主搜索捕获识别和跟踪目标的能力，并且能按威胁程度自动选择目标和目标薄弱部位进行命中点选择，可以实现“发射后不管”。（4）具有准全天候功能。主要工作在远红外波段，该波段具有穿透烟雾能力，并可昼夜工作，是一种能在恶劣气候条件下工作的准全天候探测系统。（5）具有很强的适应性。红外成像制导系统可以装在各种型号的导弹上使用，只是识别、跟踪的软件不同。7.7试述传感型和传光型光纤传感器的基本含义。答：传感型光纤传感器利用光纤本身的特征把光纤直接作为敏感元件，即感知信息又传输信息（也称为功能型或全光纤传感器）传光型光纤传感器利用其他敏感元件感知待测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光信号（也称为非功能型或混合型传感器）21 / 21