遼寧省專升本2025年光電子科學(xué)與工程模擬測(cè)試試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項(xiàng)選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.光在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，其光束的形狀取決于（）。A.光的波長(zhǎng)B.光源強(qiáng)度C.介質(zhì)折射率D.光的傳播方向2.下列哪個(gè)現(xiàn)象是光的波動(dòng)性直接證據(jù)？（）A.光的直線傳播B.光的反射C.光的衍射D.光的色散3.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若用白光光源替換單色光，則在屏幕上觀察到的干涉條紋將發(fā)生（）變化。A.變疏B.變密C.中心仍為白色，兩側(cè)變?yōu)椴噬獶.完全消失4.激光器諧振腔中，形成激光振蕩的必要條件之一是（）。A.光源功率足夠大B.腔長(zhǎng)為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍C.泉浦速率足夠高D.光在腔內(nèi)來回反射足夠次數(shù)5.氦氖激光器中最常用的激光介質(zhì)是（）。A.氣體放電管中的氦氣和氖氣混合物B.液體激光染料C.固體激光晶體D.半導(dǎo)體材料6.光纖通信中，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在纖芯中傳輸?shù)闹饕硎牵ǎ.光的全反射B.光的散射C.光的衍射D.光的干涉7.光纖的數(shù)值孔徑（NA）主要決定其（）。A.傳輸帶寬B.連接損耗C.接收光束范圍D.傳輸功率8.光探測(cè)器的基本工作原理是將接收到的（）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。A.光功率B.光頻率C.光相位D.光波長(zhǎng)9.光電二極管在工作時(shí)，其PN結(jié)通常處于（）狀態(tài)。A.正向偏置B.反向偏置C.零偏置D.交替偏置10.半導(dǎo)體材料硅（Si）屬于（）。A.直接帶隙半導(dǎo)體B.間接帶隙半導(dǎo)體C.金屬D.絕緣體二、填空題（本大題共5小題，每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填寫在題中橫線上。）1.光的傳播速度在真空中為_________m/s。2.光的反射定律包括反射角等于入射角，且反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。3.激光的主要特性包括方向性好、相干性好、單色性好和亮度高等。4.光纖通信系統(tǒng)中，常用的光波長(zhǎng)窗口有_________微米和1.55微米。5.光電效應(yīng)是指光照射到某些物質(zhì)上時(shí)，會(huì)引發(fā)_________現(xiàn)象。三、判斷題（本大題共5小題，每小題2分，共10分。請(qǐng)將判斷結(jié)果填在題后的括號(hào)內(nèi)，正確的填“√”，錯(cuò)誤的填“×”。）1.光的折射現(xiàn)象是光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。（）2.光的衍射現(xiàn)象是指光繞過障礙物或小孔傳播的現(xiàn)象，其顯著程度與波長(zhǎng)無關(guān)。（）3.激光器中的光學(xué)諧振腔的作用是選擇頻率，提高激光束的方向性和相干性。（）4.光纖通信中，光信號(hào)在纖芯和包層界面發(fā)生全反射的條件是入射角大于臨界角。（）5.光電二極管是一種利用光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，它具有光敏度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。（）四、簡(jiǎn)答題（本大題共3小題，每小題5分，共15分。）1.簡(jiǎn)述光的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。2.簡(jiǎn)述激光產(chǎn)生的原理（包括粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和光放大兩個(gè)過程）。3.簡(jiǎn)述光纖通信系統(tǒng)中，光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)主要的損耗類型及其產(chǎn)生原因。五、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題10分，共20分。）1.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，使用波長(zhǎng)為589.3納米的單色光，雙縫間距為0.5毫米，觀察屏幕與雙縫相距1米。求：（1）干涉條紋的間距；（2）第5級(jí)亮紋距中心亮紋的距離。2.一根階躍光纖的纖芯折射率為1.46，包層折射率為1.44。求：（1）該光纖的數(shù)值孔徑；（2）若要保證光信號(hào)能全反射，光信號(hào)入射到光纖端面的最大入射角（孔徑角）是多少？六、論述題（本大題共1小題，共15分。）論述光纖通信技術(shù)相比傳統(tǒng)電通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其在現(xiàn)代社會(huì)中的重要性。試卷答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.C3.C4.B5.A6.A7.C8.A9.B10.B二、填空題1.3×10^82.√3.相干性4.0.855.發(fā)出電子（或“外光電效應(yīng)”）三、判斷題1.√2.×3.√4.√5.√四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：干涉是波的疊加效應(yīng)。光干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的條件主要包括：①兩列光波必須滿足相干條件，即頻率相同、振動(dòng)方向相同（或平行）、相位差恒定；②兩列光波必須來自同一光源，或者來自同一光源發(fā)出的光經(jīng)過分割后形成的兩列光波。答：光的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的條件包括：兩列光波滿足相干條件（頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定），且通常要求兩列光波來自同一光源或同一光源發(fā)出的經(jīng)分割后的光波。2.解析思路：激光產(chǎn)生的核心是受激輻射。實(shí)現(xiàn)激光需要兩個(gè)必要條件：①粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即在高能級(jí)上的粒子數(shù)多于低能級(jí)上的粒子數(shù)；②光學(xué)諧振腔，提供光放大和反饋，使光子在其中獲得能量并形成光束。答：激光產(chǎn)生的原理包括：①粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即工作物質(zhì)中高能級(jí)上的粒子數(shù)密度大于低能級(jí)上的粒子數(shù)密度；②光放大和光反饋，通過光學(xué)諧振腔使光子在傳播過程中不斷誘導(dǎo)受激輻射，增強(qiáng)光束強(qiáng)度，形成激光。3.解析思路：光纖傳輸損耗主要分為兩大類：①衰減（吸收損耗和散射損耗）。吸收損耗是光在光纖材料中與物質(zhì)相互作用能量轉(zhuǎn)換而損失；散射損耗是光在光纖材料中傳播時(shí)因介質(zhì)不均勻引起的光散射，如瑞利散射、米氏散射等。②接頭損耗（或稱連接損耗），是由于光纖連接處（如接頭、熔接點(diǎn)）存在間隙、彎曲、端面不平整等引起的信號(hào)損失。其主要原因是光在連接處發(fā)生輻射損失或模式轉(zhuǎn)換。答：光纖通信系統(tǒng)中，光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)主要的損耗類型及其產(chǎn)生原因：①衰減，包括材料吸收損耗（光與光纖材料相互作用能量轉(zhuǎn)換）和散射損耗（光在光纖材料中傳播時(shí)因介質(zhì)不均勻發(fā)生散射）；②接頭損耗（連接損耗），主要由于光纖連接處存在間隙、彎曲、端面不平整等，導(dǎo)致光輻射損失或模式轉(zhuǎn)換。五、計(jì)算題1.解析思路：（1）根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx=λL/d計(jì)算。其中λ是光波長(zhǎng)，L是雙縫到屏幕距離，d是雙縫間距。（2）第5級(jí)亮紋距中心亮紋的距離是5倍的條紋間距。解：λ=589.3nm=589.3×10^-9m,L=1m,d=0.5mm=0.5×10^-3m。(1)Δx=λL/d=(589.3×10^-9m)×(1m)/(0.5×10^-3m)=1.1786×10^-3m=1.1786mm。(2)第5級(jí)亮紋距中心亮紋的距離x_5=5Δx=5×1.1786mm=5.893mm。答：（1）干涉條紋的間距為1.1786mm。（2）第5級(jí)亮紋距中心亮紋的距離為5.893mm。2.解析思路：（1）根據(jù)數(shù)值孔徑定義NA=n_core*sinθ_max，其中θ_max是最大入射角（孔徑角）。sinθ_max=√(2*Δn*n_core)，其中Δn=n_core-n_clad是纖芯與包層折射率差。NA=√(2*Δn*n_core)。（2）孔徑角θ_max是光信號(hào)入射到光纖端面的最大入射角。解：n_core=1.46,n_clad=1.44,Δn=n_core-n_clad=1.46-1.44=0.02。(1)NA=√(2*Δn*n_core