光电材料与器件--考试卷--B-(1)

B卷第1页（共页）B卷第2页（共页）皖西学院2016–2017学年度第1学期考试试卷（B卷）电气学院光电信息专业2014级光电材料与器件课程题号一二三四五六七八总分得分一．填空题：本大题共10小题，每空1.5分，共15分。1．在本征半导体中，电子浓度n与空穴浓度p_相等_。2．半导体pn结附近载流子被耗尽的区域，称为_空间电荷区_，或者耗尽区。3．间接带隙半导体发光效率比直接带隙半导体发光效率_低_。4．半导体发光二极管的外部量子效率等于__内部量子效率_与取出效率的乘积。5．半导体激光器出射激光的三大条件为粒子数反转、_阈值条件_与驻波条件。6．玻璃基质是激光重要的材料之一，与晶体基质相比，有两个重要的区别：一、玻璃的热导率远__低__于绝大多数晶体基质材料；二、玻璃中激活离子的固有发射谱线比晶体中的宽，线宽加宽增大了激光阈值。7．光纤的特性参数包括_数值孔径_、相对折射率差、归一化频率、折射率分布与截止波长。8．单模光纤的色散包括_材料色散_和波导色散。9．在非线性光学现象中，和频属于__二__阶非线性光学效应。10．光敏电阻在一定的外加电压条件下，当没有光照的时候，流过的电流称为_暗电流__。二．判断题：本大题共15小题，每小题1分，共15分。1．GaP是直接带隙半导体发光材料。×2．发光二极管的发射光谱单色性非常好，辐射光的波长只有单一的值。×3．固体激光器由泵浦源、固体激光工作物质与光学谐振腔所组成。√4．Nd:YAG晶体不是激光晶体。×5．半导体激光器中，对PN结施加反向偏压也能产生激光。×6．只要形成光放大，以及满足阈值条件就可以产生稳定出射的激光。×7．光纤激光器属于光纤无源器件。×8．光参量振荡与频率调谐技术的基本原理是非线性光学中的差频。√9．NaCl晶体不是非线性光学晶体。√10．光纤激光器结构中，也包含有光学谐振腔。√11．声光调制属于光的外调制。√12．光探测器件中，噪声等效功率NEP越大，器件的探测能力越强。×13．光电二极管的原理为光生伏特效应。√14．扭曲向列相液晶显示（TN-LCD）的电光响应非常快，可用于运动较快的画面。×15．光子晶体是一种折射率在空间中呈现周期性分布的物质结构，通常由两种或者两种以上的具有不同折射率的材料构成。√三．选择题：本大题共15小题，每小题2分，共30分。1．电子浓度低于空穴浓度的半导体是_B_。A．n型半导体B．p型半导体C．本征半导体D．不能确定2．InGaN属于_A__。A．直接带隙半导体B．间接带隙半导体C．p型半导体D．n型半导体3．发光二极管做成圆顶的原因是_C__。A．美观B．改善力学性能C．减少全反射的影响D．改善热学性能4．在阈值电流之上，半导体激光器出射激光功率与所加电流呈B_关系。A．二次函数B．线性C．指数D．对数5．光纤的损耗不包括_C_。A．吸收损耗B．散射损耗C．插入损耗D．弯曲损耗6．将某一光纤浸入水中，与该光纤在空气中相比，其受光角_B。A．变大B．变小C．不变D．不能确定7．某一无源树形光纤耦合器（1X4耦合器）输入功率是10.2mW，输出总功率为10mW，其中3个输出端口分别输出光功率为4mW、4mW、1mW、1mW。则该光纤耦合器各端口分光比分别为_D_。A．35%，20%，35%，10%B．20%，50%，10%，20%C．15%，45%，20%，20%D．40%，40%，10%，10%8．以下光纤器件中，是光纤有源器件的是__B_。A．光纤连接器B．光纤放大器C．光纤耦合器D．光波分复用器9．以下是光纤通讯窗口的波长是_D_。A．500nmB．700nmC．1000nmD．1550nm10．光开关可分为___A_三类。A．机械式光开关、固体式光开关、半导体光波导开关B．机械式光开关、固体式光开关、热电式光开关C．机械式光开关、热电式光开关、半导体光波导开关D．热电式光开关、固体式光开关、半导体光波导开关11．下列材料中，属于非线性光学晶体的是_B__。A．CuB．KTPC．SiD．SiO212．激光外调制器可分为__A__与光波导调制器两大类。A．体调制器B．面调制器C．线调制器D．点调制器得分得分得分密封线内不要答题，班级、姓名、学号必须写在密封线内。班级姓名学号………………………………密………………………………封………………………………线………………………………B卷第1页（共页）B卷第2页（共页）13．光敏电阻是光电导型器件，其工作原理为__C__。A．光生伏打效应B．光电效应C．光电导效应D．不能确定14．光电二极管的光照特性（光电流-光照度关系）是呈_B_关系。A．二次函数B．线性C．指数D．对数15．对于等离子体显示与交流电致发光显示的原理，以下叙述中正确的是_A_。A．显示工作时都有壁电荷B．等离子体显示工作时有壁电荷，交流电致放光显示工作时没有壁电荷C．等离子体显示工作时没有壁电荷，交流电致放光显示工作时有壁电荷D．显示工作时都没有壁电荷四．解答（计算）题：本大题共5小题，每小题8分，共40分。1．发光二极管的发光原理是什么？答：发光二极管的核心是PN结，PN结的P区与N区均为重掺杂，已形成P区与N区的简并分布。在未加偏置电压下，由于载流子的扩散运动，PN结附近会形成没有电子和空穴分布的耗尽区。在PN结附近，由于没有电子与空穴，无法通过电子-空穴对的辐射复合而产生光辐射。（如果对发光二极管施加一个U0~Eg/e正向偏置电压，耗尽层消失，P区空穴向N区扩散，N区电子向P区扩散，在PN结附近形成一个空穴和电子同时存在的区域。电子与空穴在该区域通过辐射复合，辐射出能量约为Eg的光子。复合掉的电子和空穴由外电路驱动的电流补充，当然，同时也可能发生非辐射复合，能量以热的形式耗散。2．什么是子午光线？简述他们在光纤中的特性。数值孔径的定义是什么？试写出跃迁型光纤中，子午光线的数值孔径的具体表达式。（空气折射率近似为1）答：当入射光线通过光纤轴线，且入射角大于临界角θc=arcsin(n2/n1)时，光线将在纤芯/包层的界面上不断发生全反射，形成曲折光线，传导光线的轨迹始终处于入射光线与轴线所决定的平面内，这种光线称为子午光线，包含子午光线的平面称为子午面。子午光线的特性在于入射光线通过光纤轴线，传导光线的轨迹始终处于入射光线与轴线所决定的平面内。数值孔径的定义为光纤接受外来入射光的最大受光角（φ0max）的正弦与入射区折射率的乘积。在跃迁型光纤中，子午光线的数值孔径的表达式为22012sinmmmNAnn3．光探测器件通常分为光子器件和热电器件两大类，请问光子器件与热电器件的区别是什么？答：光子器件与热电器件的区别主要在于：（1）光子器件的响应与入射光的波长有关，一般具有截止波长，入射光的波长超过截止波长时器件无响应。而热电器件的响应与波长无关，热电器件对于各种波长的光都能够响应。光子器件响应快，从吸收辐射到产生信号需要的时间短，频率响应快。热电器件响应慢，响应时间最快为数毫秒，频率响应慢。4．相对于PN光电二极管，PIN光电二极管的主要优点有哪些？答：相对PN二极管，PIN光电二极管有以下优点：（1）i区是一层接近本征层的掺杂浓度很低的n区，在这种结构中，零电场区（p+区和n+区）非常薄，而低掺杂的i区很厚，耗尽层几乎占据了整个pn结，从而使光子在耗尽区被充分吸收。有效减少了光生载流子在扩散过程中的复合，提高了量子效率。同时减小了暗电流，提高了频响特性。（2）本征层的掺杂浓度很低，电阻率很高，反偏电场主要集中在这一区域。高电阻使暗电流明显减少。同时光生电子-空穴被i区的强电场分离，并做快速漂移运动，有利于提高光电二极管的频率响应特性。（3）i区的引入显著加大了耗尽层厚度，减小了结电容。5．纳米光电材料主要在光学和电学性质上易于宏观光电材料的特性，这主要来源于哪些效应？并简述这些效应。答：纳米光电材料主要在光学和电学性质上易于宏观光电材料的特性，这主要来源于小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应。（1）小尺寸效应。因为纳米颗粒尺寸与光波波长、电子德布罗意波长等物理尺寸相近，材料的声、光、电、磁、热力学性质均发生改变。（2）表面效应。纳米颗粒尺寸变小，表面面积增大，增加了表面态密度，不但引起材料表面原子输运和构型的变化，同时也改变了表面电子自旋构想与电子能谱。（3）量子尺寸效应。电子在三维方向上均受到限制，电子能级表现出类似原子的离散能级结构，这使得材料的吸收特性和光发射特性均不同于宏观材料。得分