2025年超星爾雅學(xué)習(xí)通《光電技術(shù)》考試備考題庫及答案解析就讀院校：________姓名：________考場號：________考生號：________一、選擇題1.光電效應(yīng)中，光電子的最大初動能（）A.與入射光的強(qiáng)度成正比B.與入射光的頻率成正比C.與入射光的頻率有關(guān)，與強(qiáng)度無關(guān)D.與入射光的強(qiáng)度和頻率都有關(guān)答案：C解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動能為E_km=hν-W_0，其中h為普朗克常數(shù)，ν為入射光頻率，W_0為材料的逸出功。由此可見，光電子的最大初動能僅與入射光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān)。強(qiáng)度增加只會增加光電子的數(shù)量，不會增加單個光電子的能量。2.激光器中，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的關(guān)鍵是（）A.使用特殊材料B.調(diào)諧激光頻率C.提供外部激勵能源D.限制光子的輸出方向答案：C解析：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)，指的是在某個光譜范圍內(nèi)，處于激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)多于處于基態(tài)的粒子數(shù)。實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)需要通過外部激勵能源（如光泵、電激勵等）將粒子從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，從而在特定能級上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。3.光纖通信中，光纖的色散主要來源于（）A.光纖材料的吸收損耗B.光纖直徑的變化C.不同波長光的速度差異D.光纖彎曲引起的損耗答案：C解析：光纖的色散是指不同波長（顏色）的光在光纖中傳播速度不同，導(dǎo)致光脈沖展寬的現(xiàn)象。這是光纖材料本身固有的一種物理特性，主要表現(xiàn)為模式色散和材料色散。其中，材料色散是由于光纖材料的折射率隨波長變化而引起的，是光纖色散的主要來源。4.光探測器的工作原理基于（）A.光的干涉B.光的衍射C.光的吸收或散射D.光的偏振答案：C解析：光探測器的基本工作原理是利用材料對光的吸收或散射效應(yīng)來探測光信號。當(dāng)光照射到探測器材料上時，光子與材料中的電子相互作用，導(dǎo)致材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化（如產(chǎn)生電流、電壓或電阻變化），從而將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。常見的光探測器類型如光電二極管、光電倍增管等都是基于這一原理工作。5.半導(dǎo)體PN結(jié)的形成是由于（）A.摻雜劑的加入B.擴(kuò)散和漂移的平衡C.外加電壓的作用D.半導(dǎo)體材料的自發(fā)電離答案：B解析：PN結(jié)是半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其形成過程是當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接觸時，由于兩種半導(dǎo)體中載流子（空穴和電子）濃度分布不均勻，會引發(fā)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動。擴(kuò)散的結(jié)果是界面附近形成了耗盡層，其中載流子被復(fù)合掉，留下固定電離的雜質(zhì)離子。最終，擴(kuò)散和漂移電流達(dá)到動態(tài)平衡，在PN結(jié)界面形成穩(wěn)定的內(nèi)建電場，這個電場阻止了進(jìn)一步的擴(kuò)散，從而形成了PN結(jié)。6.光放大器中，摻鉺光纖的作用是（）A.抵消光纖的色散B.增強(qiáng)光纖的彎曲損耗C.提供放大波段的光信號D.降低光纖的傳輸損耗答案：C解析：摻鉺光纖放大器（EDFA）是現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的光放大器。它通過在光纖中摻雜稀土元素鉺（Er）離子，當(dāng)泵浦光（通常是980nm或1480nm）注入摻鉺光纖時，能量通過能量轉(zhuǎn)移過程傳遞給鉺離子，使其從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。當(dāng)1550nm波長的信號光通過時，會誘導(dǎo)鉺離子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，同時釋放能量，從而放大1550nm波長的光信號。7.光纖連接器的主要性能指標(biāo)不包括（）A.回波損耗B.傳輸帶寬C.連接器的插入損耗D.接口尺寸答案：B解析：光纖連接器的主要性能指標(biāo)包括插入損耗、回波損耗、極化相關(guān)損耗、重復(fù)性和互換性等。插入損耗是指信號通過連接器后功率的損耗，回波損耗是指反射回光源的功率比例，重復(fù)性是指同一連接器多次插拔后性能的穩(wěn)定性，互換性是指不同制造商生產(chǎn)的連接器可以互換使用的程度。接口尺寸屬于連接器的物理規(guī)格參數(shù)，而非性能指標(biāo)。8.光源的發(fā)光效率通常用（）A.發(fā)光強(qiáng)度表示B.發(fā)光功率表示C.光通量與電功率之比D.光譜分布表示答案：C解析：光源的發(fā)光效率是指光源將輸入的電功率轉(zhuǎn)化為可見光的能力，通常用總光通量（單位流明）與輸入電功率（單位瓦特）的比值來表示，單位是流明每瓦（lm/W）。這個指標(biāo)反映了光源的能量轉(zhuǎn)換效率，是評價光源性能的重要參數(shù)。發(fā)光強(qiáng)度表示光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光功率，發(fā)光功率表示光源的總輸出功率，光譜分布表示光源在不同波長的發(fā)光強(qiáng)度分布。9.光波導(dǎo)中，模式色散產(chǎn)生的原因是（）A.光波在波導(dǎo)中傳播速度不同B.光波導(dǎo)材料吸收損耗C.光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷D.外部電磁干擾答案：A解析：模式色散是指在同一光纖中，不同模式（不同傳播路徑或偏振態(tài)）的光信號傳播速度不同，導(dǎo)致光脈沖展寬的現(xiàn)象。這是光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)本身固有的特性，特別是對于多模光纖，不同模式在光纖波導(dǎo)中的有效折射率不同，從而導(dǎo)致它們在光纖中傳播的群速度不同。對于單模光纖，雖然理論上只有一種模式，但由于偏振模色散（PMD）的存在，不同偏振態(tài)的光信號傳播速度也會有微小差異，產(chǎn)生模式色散。10.光纖的數(shù)值孔徑（NA）決定（）A.光纖的彎曲半徑B.光纖的傳輸損耗C.光纖與光源的耦合效率D.光纖的色散特性答案：C解析：光纖的數(shù)值孔徑（NA）是描述光纖收集光能能力的參數(shù)，定義為光纖端面處入射光的最大角度的正弦值。數(shù)值孔徑越大，光纖端面能夠收集的光錐角度越大，意味著光纖與光源（如LED或激光器）耦合時，更容易將光源發(fā)出的光進(jìn)入光纖。因此，數(shù)值孔徑直接影響光纖與光源的耦合效率。它不直接決定光纖的彎曲半徑、傳輸損耗或色散特性。11.在光電效應(yīng)中，發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的（）A.強(qiáng)度足夠大B.頻率足夠高C.波長足夠短D.速度足夠快答案：B解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)理論，發(fā)生光電效應(yīng)的關(guān)鍵條件是入射光的頻率必須大于某種閾值頻率（ν_0），這個閾值頻率對應(yīng)于金屬材料的逸出功（W_0）除以普朗克常數(shù)（h）。只有當(dāng)入射光子的能量（hν）大于或等于逸出功時（hν≥W_0），光子才能將電子從材料中打出，形成光電子。光的強(qiáng)度只影響光電子的數(shù)量，不影響單個光電子能否被打出。波長與頻率互為倒數(shù)關(guān)系（ν=c/λ），因此頻率越高，波長越短。光在真空中的速度是恒定的，不是決定光電效應(yīng)發(fā)生的條件。12.激光器中，諧振腔的作用是（）A.提供粒子數(shù)反轉(zhuǎn)B.降低激光器的閾值電流C.選模并增強(qiáng)特定頻率的光D.減少激光器的散熱損耗答案：C解析：激光器諧振腔通常由兩個反射鏡構(gòu)成，其中一個或兩個是部分透射的。諧振腔的主要功能是提供光子的反饋路徑，使得光子在腔內(nèi)來回傳播。只有頻率滿足特定條件（與腔長整數(shù)倍相關(guān)）的光波才能在腔內(nèi)形成穩(wěn)定駐波并不斷得到放大，其他頻率的光波則很快衰減。這個過程稱為選模，它確保激光器輸出的是單一或少數(shù)幾個離散的頻率（譜線），從而實現(xiàn)高度相干的光束。諧振腔也通過增強(qiáng)光子與激活介質(zhì)相互作用的時間來放大光信號。13.在光纖通信系統(tǒng)中，色散會導(dǎo)致（）A.光纖損耗增大B.信號傳輸速率降低C.光纖彎曲半徑減小D.光源壽命縮短答案：B解析：色散是指不同波長（顏色）的光在光纖中傳播速度不同，導(dǎo)致光脈沖隨著傳輸距離的增加而展寬的現(xiàn)象。脈沖展寬會使得傳輸信號中不同時刻的脈沖相互重疊，降低信號區(qū)分度，從而限制了能夠傳輸?shù)淖罡邤?shù)據(jù)速率。色散是光纖傳輸系統(tǒng)的主要限制因素之一，尤其在高速率、長距離傳輸中需要考慮和控制。光纖損耗是光信號強(qiáng)度隨距離衰減，彎曲半徑影響光纖機(jī)械性能，光源壽命與材料和工作條件有關(guān)，這些都不是色散直接導(dǎo)致的后果。14.光電二極管的工作原理是（）A.利用電致發(fā)光效應(yīng)B.利用外光電效應(yīng)C.利用內(nèi)光電效應(yīng)D.利用熱電效應(yīng)答案：C解析：光電二極管是一種利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的半導(dǎo)體光電器件。當(dāng)光子照射到光電二極管的PN結(jié)或PIN結(jié)構(gòu)上時，如果光子能量足夠大（大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度），光子會被半導(dǎo)體吸收，其能量傳遞給半導(dǎo)體中的電子，使電子躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，同時產(chǎn)生一個空穴。這些被光子激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對在PN結(jié)內(nèi)建電場的作用下，被分別驅(qū)趕到N區(qū)和P區(qū)，形成光電流。這個過程中，光能直接轉(zhuǎn)換為電信號，屬于內(nèi)光電效應(yīng)。電致發(fā)光是PN結(jié)注入載流子后發(fā)光，外光電效應(yīng)是光電子逸出材料表面，熱電效應(yīng)是利用溫差產(chǎn)生電壓。15.光纖的彎曲損耗是指（）A.光纖材料吸收光能導(dǎo)致的損耗B.光纖連接處反射光能導(dǎo)致的損耗C.光纖彎曲時傳輸光功率減少的現(xiàn)象D.光纖中模式耦合導(dǎo)致的損耗答案：C解析：彎曲損耗是指當(dāng)光纖被彎曲到一定曲率半徑時，光纖中的傳輸光波會泄漏到包層中或偏離光纖軸線，導(dǎo)致光功率在傳輸過程中逐漸減少的現(xiàn)象。這是光纖的一種固有損耗機(jī)制。這種損耗與光纖的彎曲半徑密切相關(guān)，當(dāng)彎曲半徑小于某個臨界值時，損耗會急劇增加。它與材料吸收損耗（光在材料中傳播能量衰減）、連接處反射損耗（光在接口處向不同方向反射）以及模式耦合損耗（不同模式間能量交換）是不同的概念。16.半導(dǎo)體中，載流子的產(chǎn)生主要來源于（）A.材料的自發(fā)電離B.外加電場的作用C.光照或高能粒子轟擊D.材料摻雜答案：C解析：在半導(dǎo)體材料中，載流子（電子和空穴）的產(chǎn)生主要有兩種方式：本征激發(fā)和extrinsec激發(fā)。本征激發(fā)是由于半導(dǎo)體熱運(yùn)動，部分電子獲得足夠能量躍遷到導(dǎo)帶，留下空穴，但這在室溫下產(chǎn)生的載流子數(shù)量很少。extrinsec激發(fā)是更主要的載流子來源，它包括光照（光子能量足夠大時，光子被吸收產(chǎn)生電子-空穴對）和高能粒子轟擊（高能粒子與原子碰撞使電子脫離共價鍵成為自由電子）。材料摻雜是通過摻入雜質(zhì)元素來故意增加特定類型的載流子濃度，而不是產(chǎn)生載流子的根本來源。材料自發(fā)電離在室溫下可忽略不計。17.光放大器中，拉曼放大器利用的是（）A.受激輻射過程B.受激布里淵散射C.受激拉曼散射D.非線性光學(xué)效應(yīng)答案：C解析：拉曼放大器是一種利用受激拉曼散射效應(yīng)實現(xiàn)光放大的器件。當(dāng)強(qiáng)泵浦光通過介質(zhì)（如光纖）時，光子與介質(zhì)分子相互作用，引起分子振動能級之間的躍遷。如果入射光頻率與分子某個振動模式的非諧振頻率接近，會發(fā)生拉曼散射。在受激拉曼散射過程中，泵浦光誘導(dǎo)分子從低振動能級躍遷到高振動能級，同時發(fā)射出頻率移動（紅移或藍(lán)移）的新光子，這個新光子與泵浦光具有相同的頻率和相位，起到了光放大的作用。受激布里淵散射是光與介質(zhì)聲波相互作用的現(xiàn)象，非線性光學(xué)效應(yīng)則包括倍頻、和頻、差頻等。18.光纖連接器中，影響其重復(fù)性的主要因素是（）A.連接器端面的清潔度B.連接器套筒的材料C.連接器的插入角度D.連接器的長度答案：A解析：光纖連接器的重復(fù)性是指將同一個連接器拆下后重新插入到同一個連接器孔中時，其光學(xué)性能（主要是插入損耗和回波損耗）保持一致的程度。影響重復(fù)性的因素很多，其中最主要的是連接器端面的質(zhì)量和清潔度。微小的灰塵、劃痕、污漬或端面形狀偏差都會在連接過程中引入變化，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定。連接器套筒材料主要影響機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，插入角度影響耦合效率和穩(wěn)定性，但不是重復(fù)性的主要決定因素。連接器的長度對連接器本身的光學(xué)性能沒有影響。19.光源的色溫通常用（）A.流明表示B.瓦特表示C.開爾文表示D.坎德拉表示答案：C解析：光源的色溫是用來描述光源發(fā)光顏色的一個參數(shù)，它表示一個理想黑體輻射體在特定溫度下發(fā)出的光與該光源的光色最接近時的絕對溫度。色溫的國際單位是開爾文（K）。色溫通常分為暖色光（低于3300K）、中間色光（3300K-5300K）和冷色光（高于5300K）。流明是光通量的單位，瓦特是功率的單位，坎德拉是發(fā)光強(qiáng)度的單位，它們都不用來表示色溫。20.光波導(dǎo)中，單模光纖的工作條件是（）A.波導(dǎo)尺寸遠(yuǎn)小于光波長B.波導(dǎo)尺寸與光波長相當(dāng)C.波導(dǎo)尺寸遠(yuǎn)大于光波長D.波導(dǎo)尺寸等于光波長答案：B解析：單模光纖的設(shè)計原理是使其核心的尺寸（直徑）與傳輸?shù)墓獠ㄩL（通常在1550納米附近）大致相當(dāng)。這樣，當(dāng)光信號注入光纖時，只有滿足特定條件的基模（主模式）才能在纖芯中穩(wěn)定傳播，而高階模由于模態(tài)色散等原因會被抑制或迅速衰減。為了保證單模傳輸，光纖的核心直徑必須非常精確，并且光纖的數(shù)值孔徑要足夠小。如果波導(dǎo)尺寸遠(yuǎn)小于光波長，光無法有效傳輸；遠(yuǎn)大于光波長，則無法形成穩(wěn)定模式；等于光波長也不是具體的工作條件，而是設(shè)計的目標(biāo)狀態(tài)。二、多選題1.光電效應(yīng)主要有以下哪些類型（）A.外光電效應(yīng)B.內(nèi)光電效應(yīng)C.光致電離D.光致發(fā)光E.光電子發(fā)射答案：ABE解析：光電效應(yīng)是指光照射到某種物質(zhì)上時，物質(zhì)內(nèi)部的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。根據(jù)光電效應(yīng)發(fā)生的物理過程和現(xiàn)象，主要可分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光致電離等類型。外光電效應(yīng)是指光子照射到材料表面時，光子能量被電子吸收，如果能量足夠大，電子會克服表面勢壘逸出材料表面，形成光電子流，光電倍增管就是利用外光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)是指光子被材料吸收后，在材料內(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對，這些載流子在材料內(nèi)部形成光電流，光電二極管主要利用內(nèi)光電效應(yīng)。光致電離是指光子能量足以將材料中的原子或分子電離成離子和自由電子。光致發(fā)光是指材料吸收光能后，以發(fā)光形式釋放能量。選項D光致發(fā)光屬于輻射過程，而非光電效應(yīng)的分類類型。因此，外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光電子發(fā)射（屬于外光電效應(yīng)的具體表現(xiàn)形式）是光電效應(yīng)的主要類型。2.激光器的主要組成部分包括（）A.激活介質(zhì)B.泵浦源C.諧振腔D.光學(xué)耦合元件E.激光器外殼答案：ABC解析：一個完整的激光器通常由三個基本部分組成：激活介質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔。激活介質(zhì)是激光器產(chǎn)生光放大作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，可以是固體、液體、氣體或半導(dǎo)體等，其中包含能級結(jié)構(gòu)合適的粒子，用于實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。泵浦源提供能量，將激活介質(zhì)中的粒子從低能級激發(fā)到高能級，從而在特定能級上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。光學(xué)諧振腔由兩個反射鏡構(gòu)成，提供光子的反饋路徑，使光子在激活介質(zhì)中來回傳播并不斷得到放大，同時選擇出頻率滿足條件的激光輸出。光學(xué)耦合元件（如透鏡）用于將激光從激活介質(zhì)耦合輸出，激光器外殼主要用于保護(hù)內(nèi)部元件和環(huán)境適應(yīng)，它們通常不是激光器核心功能所必需的組成部分。因此，激活介質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔是激光器的三大主要組成部分。3.影響光纖傳輸帶寬的主要因素有（）A.光纖的色散B.光纖的損耗C.連接器的插入損耗D.光源的譜寬E.光纖的數(shù)值孔徑答案：ABCD解析：光纖傳輸系統(tǒng)的帶寬，即信號不失真?zhèn)鬏數(shù)淖罡哳l率，受到多種因素的限制。光纖的色散（包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散）是限制帶寬的主要因素之一，它導(dǎo)致不同頻率的光信號傳播速度不同，從而引起脈沖展寬，限制了傳輸速率。光纖的損耗（衰減）也會限制信號傳輸距離，從而間接影響有效帶寬。連接器的插入損耗會增加信號衰減，同樣影響傳輸距離和有效帶寬。光源的譜寬（即光源發(fā)射光波長范圍的大?。┡c色散密切相關(guān)，譜寬越寬，材料色散通常越大，帶寬越受限。數(shù)值孔徑主要影響光纖與光源的耦合效率和光纖支持的模式數(shù)量（對單模光纖，影響較小），對帶寬沒有直接的決定性作用。因此，色散、損耗、連接器插入損耗和光源譜寬是影響光纖傳輸帶寬的主要因素。4.光電二極管的工作特性包括（）A.正向偏置特性B.反向偏置特性C.光電流與照度成正比D.響應(yīng)速度快E.低功耗答案：BCDE解析：光電二極管是一種主要工作在反向偏置狀態(tài)下的光電探測器。其工作特性主要包括：在反向偏置下，PN結(jié)耗盡層加寬，只有少數(shù)載流子能在內(nèi)建電場作用下形成很小的反向飽和電流。當(dāng)光照射到PN結(jié)時，光子激發(fā)產(chǎn)生大量的電子-空穴對，這些載流子在電場作用下被迅速分離，形成較大的光電流。在一定照度范圍內(nèi)，光電流的大小與入射光的照度成正比，這是光電二極管作為探測器的基本原理。光電二極管通常具有較快的響應(yīng)速度，能夠探測快速變化的光信號。此外，光電二極管本身是耗盡型器件，其工作電流通常很小，因此具有低功耗的特點(diǎn)。光電二極管雖然也可以工作在正向偏置，但這并不是其主要的應(yīng)用模式，其正向偏置特性與普通二極管相似，用于其他目的。因此，反向偏置特性、光電流與照度成正比、響應(yīng)速度快和低功耗是光電二極管的主要工作特性。5.光纖連接器的關(guān)鍵性能指標(biāo)有（）A.插入損耗B.回波損耗C.重復(fù)性D.互換性E.連接器端面形貌答案：ABCD解析：光纖連接器用于實現(xiàn)兩根光纖之間的永久性或半永久性連接，其關(guān)鍵性能指標(biāo)直接關(guān)系到光纖傳輸系統(tǒng)的性能。插入損耗是指光信號通過連接器后功率的損耗，它由連接器本身的損耗和連接兩根光纖的纖芯對準(zhǔn)誤差引起。回波損耗是指反射回光源或探測器的光功率比例，高回波損耗（低反射）對于減少信號干擾和保證系統(tǒng)穩(wěn)定性至關(guān)重要。重復(fù)性是指將同一個連接器拆下后重新安裝到相同位置時，其插入損耗和回波損耗的穩(wěn)定性程度，反映了連接器的制造精度和裝配質(zhì)量?；Q性是指不同制造商生產(chǎn)的連接器可以相互配合并達(dá)到規(guī)定性能指標(biāo)的能力，是衡量連接器標(biāo)準(zhǔn)化程度的重要指標(biāo)。連接器端面形貌（如平面度、粗糙度）是影響插入損耗和回波損耗的重要因素，但它本身不是一個獨(dú)立的性能指標(biāo)，而是影響指標(biāo)實現(xiàn)的基礎(chǔ)。因此，插入損耗、回波損耗、重復(fù)性和互換性是光纖連接器的關(guān)鍵性能指標(biāo)。6.半導(dǎo)體PN結(jié)的特性包括（）A.單向?qū)щ娦訠.阻擋層特性C.電荷存儲效應(yīng)D.零偏壓時無電流（理想情況）E.能帶結(jié)構(gòu)改變答案：ABCD解析：半導(dǎo)體PN結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，其主要特性包括：單向?qū)щ娦?，即PN結(jié)加正向偏置時導(dǎo)通電阻很小，電流容易通過；加反向偏置時導(dǎo)通電阻很大，只有很小的反向飽和電流，表現(xiàn)出截止特性。阻擋層特性，指在PN結(jié)界面及其附近形成一個耗盡層（或空間電荷區(qū)），該區(qū)域內(nèi)缺少自由載流子，形成電場，阻止多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。電荷存儲效應(yīng)，指當(dāng)PN結(jié)偏置狀態(tài)改變時，結(jié)區(qū)及其附近的電荷分布會發(fā)生變化并需要一定時間才能達(dá)到新的平衡狀態(tài)，這會導(dǎo)致器件存在瞬態(tài)響應(yīng)特性。零偏壓時，理想PN結(jié)內(nèi)漂移電流和擴(kuò)散電流大小相等方向相反，總電流近似為零；實際結(jié)存在漏電流。能帶結(jié)構(gòu)改變是指外部電場或光照等可以改變半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，從而影響PN結(jié)的特性，但這描述的是一種條件而非結(jié)本身的固有特性。因此，單向?qū)щ娦?、阻擋層特性、電荷存儲效?yīng)和零偏壓時無電流（理想情況）是PN結(jié)的主要特性。7.光放大器的主要類型有（）A.半導(dǎo)體光放大器B.摻雜光纖放大器C.放大器D.激光器E.光子晶體放大器答案：ABE解析：光放大器是利用受激輻射效應(yīng)對光信號進(jìn)行放大的器件，其類型多樣。根據(jù)放大介質(zhì)的不同，主要可分為：基于半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體光放大器（SOA），它利用半導(dǎo)體芯片作為放大介質(zhì)；基于摻雜光纖的材料增益光纖放大器，最典型的是摻鉺光纖放大器（EDFA），通過在光纖中摻雜稀土元素（如鉺）來實現(xiàn)放大；基于特殊結(jié)構(gòu)介質(zhì)的光子晶體放大器等。選項C“放大器”和選項D“激光器”是更廣泛的概念，激光器是一種特殊的光放大器（能輸出相干光），而放大器是一個通用術(shù)語，可以包括電放大器、光放大器等，它們本身不是具體的光放大器類型。因此，半導(dǎo)體光放大器、摻雜光纖放大器和光子晶體放大器是光放大器的主要類型。8.影響半導(dǎo)體器件性能的環(huán)境因素有（）A.溫度B.濕度C.氣體成分D.射線輻射E.頻率答案：ABCD解析：半導(dǎo)體器件的性能對其工作環(huán)境非常敏感，多種環(huán)境因素會影響其工作狀態(tài)和可靠性。溫度是重要因素，它直接影響半導(dǎo)體的禁帶寬度、載流子遷移率、漏電流等參數(shù)，過高或過低的溫度都可能使器件性能下降甚至損壞。濕度可能導(dǎo)致器件表面腐蝕、漏電或內(nèi)部結(jié)露，影響器件的絕緣性能和可靠性。某些氣體成分，特別是氧氣、水汽、酸性或堿性氣體，可能腐蝕半導(dǎo)體材料或金屬接觸，改變器件的歐姆接觸特性或產(chǎn)生漏電流。射線輻射（如宇宙射線、X射線、伽馬射線）可以引起載流子產(chǎn)生和復(fù)合，導(dǎo)致器件性能漂移、噪聲增加甚至瞬時或永久性損壞。頻率是器件的工作參數(shù)，不是影響其性能的環(huán)境因素。因此，溫度、濕度、氣體成分和射線輻射是影響半導(dǎo)體器件性能的主要環(huán)境因素。9.光纖通信系統(tǒng)的基本組成包括（）A.光源B.光調(diào)制器C.光纖D.光探測器E.信號處理電路答案：ABCDE解析：一個完整的光纖通信系統(tǒng)用于實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換以及光信號在光纖中的傳輸和接收。其基本組成部分通常包括：光源，用于將電信號轉(zhuǎn)換成光信號發(fā)射到光纖中，常見的有激光器（用于高速系統(tǒng)）和發(fā)光二極管（LED，用于低速系統(tǒng)）；光調(diào)制器，用于將需要傳輸?shù)男畔ⅲㄈ鐢?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或模擬信號）加載到光載波上，改變光信號的某些參數(shù)（如強(qiáng)度、頻率或相位）；光纖，作為傳輸介質(zhì)，負(fù)責(zé)傳輸光信號；光探測器，用于接收光纖傳來的光信號，并將其轉(zhuǎn)換回電信號；信號處理電路，包括發(fā)送端的信號形成、調(diào)制、驅(qū)動電路和接收端的放大、解調(diào)、判決、再生等電路，用于處理和恢復(fù)原始信息。因此，這五個部分都是光纖通信系統(tǒng)不可或缺的基本組成部分。10.光波導(dǎo)中，模式色散產(chǎn)生的原因是（）A.不同模式在波導(dǎo)中傳播速度不同B.光波導(dǎo)材料吸收損耗C.光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷D.外部電磁干擾E.光源譜寬答案：A解析：光波導(dǎo)中的模式色散是指不同傳播模式（或偏振態(tài)）的光信號在波導(dǎo)中傳播速度不同，導(dǎo)致它們經(jīng)過相同距離后相位差不同，從而引起脈沖展寬的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在多模光纖中尤為顯著，因為不同模式在纖芯和包層中的有效折射率不同，導(dǎo)致它們的傳播常數(shù)（與相位速度相關(guān)）不同，即群速度不同。即使對于單模光纖，也存在偏振模色散（PMD），即兩個正交偏振態(tài)的光信號由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的不完美或環(huán)境變化導(dǎo)致的傳播速度差異。選項B材料吸收損耗是光信號強(qiáng)度衰減的原因，不直接導(dǎo)致脈沖展寬。選項C結(jié)構(gòu)缺陷可能引起散射損耗和模式耦合，但不是模式色散的根本原因。選項D外部電磁干擾是外部噪聲源，不是波導(dǎo)內(nèi)部模式的特性。選項E光源譜寬是影響材料色散的因素，它導(dǎo)致不同頻率的光信號有不同的群速度，是模式色散（特別是材料色散）的表現(xiàn)原因之一，而不是模式色散產(chǎn)生的原因本身。模式色散的根本原因是不同模式具有不同的傳播速度（群速度或相速度）。因此，不同模式在波導(dǎo)中傳播速度不同是模式色散產(chǎn)生的原因。11.光電效應(yīng)的實驗現(xiàn)象包括（）A.存在截止頻率B.光電子的最大初動能與入射光強(qiáng)度有關(guān)C.光電子的發(fā)射具有瞬時性D.光電流與入射光強(qiáng)度成正比E.存在康普頓效應(yīng)答案：ACD解析：光電效應(yīng)的實驗現(xiàn)象主要包括：存在截止頻率（A正確），即只有當(dāng)入射光的頻率大于材料的截止頻率（閾值頻率）時才會發(fā)生光電效應(yīng)，低于截止頻率的光無論多強(qiáng)都不發(fā)生；光電子的最大初動能與入射光頻率成正比，與入射光強(qiáng)度無關(guān)（B錯誤，C正確），這是愛因斯坦光電效應(yīng)方程E_km=hν-W_0的直接體現(xiàn)；光電子的發(fā)射具有瞬時性，幾乎沒有時間延遲（C正確）；光電流的大小與入射光強(qiáng)度成正比（D正確），因為光強(qiáng)度增加意味著單位時間內(nèi)到達(dá)材料表面的光子數(shù)增多，從而打出更多的光電子；康普頓效應(yīng)是光子與物質(zhì)中束縛較弱的電子發(fā)生碰撞導(dǎo)致光子波長發(fā)生改變的現(xiàn)象，它是光的粒子性的另一證明，但與光電效應(yīng)是不同的物理過程（E錯誤）。因此，存在截止頻率、光電子發(fā)射的瞬時性和光電流與光強(qiáng)度的正比關(guān)系是光電效應(yīng)的主要實驗現(xiàn)象。12.激光器實現(xiàn)光放大的條件包括（）A.必須有激活介質(zhì)B.必須有泵浦源提供能量C.必須滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件D.必須有光學(xué)諧振腔E.光源的譜線寬度要足夠窄答案：ABCD解析：激光器產(chǎn)生激光的核心條件是受激輻射必須占主導(dǎo)地位，而實現(xiàn)受激輻射需要滿足兩個基本條件。首先，必須有能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激活介質(zhì)（A正確），泵浦源提供能量將粒子從低能級抽運(yùn)到高能級，在特定能級上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。其次，必須有光學(xué)諧振腔（D正確），它提供光子的反饋路徑，使光子在激活介質(zhì)中來回傳播，不斷誘導(dǎo)受激輻射，并選擇出特定頻率（模式）的光得到放大形成激光輸出。泵浦源（B正確）是提供能量以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)所必需的。光源的譜線寬度對激光的單色性（相干性）有關(guān)鍵影響，窄譜線寬度有利于產(chǎn)生單色性好的激光，但實現(xiàn)激光并不絕對要求譜線寬度足夠窄，更關(guān)鍵的是諧振腔的選模作用，它可以將寬譜線中的某個或少數(shù)幾個頻率放大輸出。因此，激活介質(zhì)、泵浦源、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件、光學(xué)諧振腔是實現(xiàn)激光放大的四個必要條件。13.影響光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的主要因素有（）A.光纖的損耗B.光源的發(fā)射功率C.接收機(jī)的靈敏度D.信號碼率E.系統(tǒng)的色散累積答案：ACE解析：光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離受到光信號在傳輸過程中衰減和脈沖展寬的限制。光纖的損耗（A正確）會使光信號功率隨距離增加而指數(shù)衰減，當(dāng)信號功率衰減到接收機(jī)無法檢測的水平時，傳輸距離就達(dá)到了極限。因此，降低光纖損耗是增加傳輸距離的關(guān)鍵。接收機(jī)的靈敏度（C正確）決定了它能檢測到的最小光功率，靈敏度越低，在相同損耗下能傳輸?shù)木嚯x就越遠(yuǎn)。光源的發(fā)射功率（B）決定了信號初始的強(qiáng)度，可以補(bǔ)償部分損耗，但不是決定最大傳輸距離的根本因素，因為過高的功率可能引起非線性效應(yīng)。信號碼率（D）影響帶寬需求，與傳輸距離沒有直接的直接限制關(guān)系，更主要的是受色散和帶寬的限制。色散累積（E正確）是指光脈沖在長距離傳輸中因色散效應(yīng)逐漸展寬，當(dāng)脈沖展寬超過一定程度時，不同時刻發(fā)送的脈沖會相互重疊，導(dǎo)致碼間干擾，從而限制了可傳輸?shù)拇a率和距離。因此，光纖損耗、接收機(jī)靈敏度和色散累積是影響光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的主要因素。14.光電二極管的主要類型有（）A.PIN光電二極管B.APD雪崩光電二極管C.光電倍增管D.光電導(dǎo)型探測器E.Schottky光電二極管答案：ABDE解析：光電二極管根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理可分為多種類型。PIN光電二極管（A正確）是最常見的一種，結(jié)構(gòu)為P型半導(dǎo)體-本征半導(dǎo)體-I型半導(dǎo)體，具有較寬的響應(yīng)光譜和較低的本征噪聲。雪崩光電二極管（APD）（B正確）是在PIN結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個高反膜，利用雪崩倍增效應(yīng)來放大光電流，從而實現(xiàn)高靈敏度探測，但響應(yīng)速度相對較慢。光電倍增管（C）雖然利用光電效應(yīng)，但其結(jié)構(gòu)和工作原理（二次電子發(fā)射）與普通光電二極管（一次電子發(fā)射）有顯著不同，通常靈敏度極高，但體積大、需要高壓，不屬于典型的半導(dǎo)體光電二極管范疇。光電導(dǎo)型探測器（D正確）是利用光照射改變半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率來實現(xiàn)探測，其響應(yīng)速度通常比光電二極管快，但探測機(jī)理不同。Schottky光電二極管（E正確）是基于金屬-半導(dǎo)體結(jié)的探測器，響應(yīng)速度快，常用于高速光通信和光纖傳感。因此，PIN光電二極管、雪崩光電二極管、光電導(dǎo)型探測器和Schottky光電二極管都是光電二極管的主要類型。光電倍增管雖然也利用光電效應(yīng)，但通常不歸為半導(dǎo)體光電二極管的主要類型。15.光纖連接器的主要作用是（）A.實現(xiàn)光纖之間的永久連接B.提供光纖的機(jī)械保護(hù)C.改變光纖的傳輸模式D.提供光纖的測量接口E.實現(xiàn)光纖與設(shè)備的連接答案：ABE解析：光纖連接器的主要作用是實現(xiàn)兩根光纖之間可靠、穩(wěn)定、可重復(fù)連接的接口，以便光信號能夠從一個光纖順利傳輸?shù)搅硪粋€光纖。具體包括：實現(xiàn)光纖之間的永久或半永久性連接（A正確），將光纖系統(tǒng)中的各個部分連接起來，構(gòu)成完整的傳輸鏈路；提供光纖的機(jī)械保護(hù)（B正確），防止光纖在連接、存儲、使用過程中因彎曲、拉扯、振動等受到損壞；為光纖提供與光源、探測器、放大器等設(shè)備或測試儀器連接的接口（E正確），方便光信號的輸入和輸出以及系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和維護(hù)。光纖連接器本身不改變光纖的傳輸模式（C錯誤），也不主要用于提供測量接口（D錯誤，雖然可以用于測試，但這不是其主要設(shè)計目的）。因此，實現(xiàn)光纖連接、提供機(jī)械保護(hù)和作為連接接口是光纖連接器的主要作用。16.半導(dǎo)體材料的摻雜可以（）A.改變材料的導(dǎo)電性B.調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)C.增加材料的禁帶寬度D.提高材料的遷移率E.改變材料的發(fā)光顏色答案：ABE解析：半導(dǎo)體材料的摻雜是指在純凈的半導(dǎo)體晶體中有控制地?fù)饺肷倭科渌氐脑樱〒诫s劑），從而改變半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)。摻雜可以：改變材料的導(dǎo)電性（A正確），五價元素?fù)诫s（如磷、砷）會引入多余電子成為N型半導(dǎo)體，三價元素?fù)诫s（如硼、鋁）會引入空穴成為P型半導(dǎo)體，從而顯著提高材料的電導(dǎo)率。摻雜會調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)（B正確），在禁帶中引入雜質(zhì)能級，影響電子和空穴的能態(tài)分布。摻雜通常不會增加材料的禁帶寬度（C錯誤），對于N型和P型摻雜，禁帶寬度基本不變，只是雜質(zhì)能級位于禁帶中間。摻雜對遷移率的影響比較復(fù)雜，通常輕微摻雜會增加載流子濃度，可能導(dǎo)致遷移率略有下降，但有時特定摻雜也可以優(yōu)化遷移率（D錯誤）。對于發(fā)光二極管等器件，摻雜可以改變能級結(jié)構(gòu)，從而改變發(fā)光波長，即改變發(fā)光顏色（E正確）。因此，摻雜可以改變導(dǎo)電性、調(diào)整能帶結(jié)構(gòu)和改變發(fā)光顏色。17.光放大器的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括（）A.光纖通信系統(tǒng)B.光傳感C.激光雷達(dá)D.光存儲E.光顯示答案：ABC解析：光放大器作為補(bǔ)償光信號在光纖中傳輸時損耗的器件，在多個光電子學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。在光纖通信系統(tǒng)中（A正確），摻鉺光纖放大器（EDFA）等光放大器被廣泛用于對光信號進(jìn)行中繼放大，極大地提高了光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離和容量。在光傳感領(lǐng)域（B正確），利用光纖本身或特殊光纖作為敏感元件，結(jié)合光放大器可以構(gòu)成各種光纖傳感器，用于測量溫度、壓力、應(yīng)變等物理量。在激光雷達(dá)（LiDAR）系統(tǒng)（C正確）中，光放大器常用于放大接收到的微弱回波信號，提高探測距離和分辨率。光存儲（D）通常涉及光寫入和讀取過程，雖然可能用到光放大，但不是光放大器的主要應(yīng)用領(lǐng)域。光顯示（E）主要依賴光源和調(diào)制器，光放大器的作用相對較小。因此，光纖通信、光傳感和激光雷達(dá)是光放大器的主要應(yīng)用領(lǐng)域。18.光纖的色散類型主要包括（）A.材料色散B.模式色散C.波導(dǎo)色散D.模擬色散E.頻率色散答案：ABC解析：光纖中的色散是指不同波長（顏色）的光在光纖中傳播速度不同，導(dǎo)致光脈沖展寬的現(xiàn)象，主要類型包括：材料色散（A正確），是由于光纖材料的折射率隨波長變化而引起的，是光纖本身固有的色散，在單模光纖中，材料色散是主要色散來源；模式色散（B正確），是指在不同模式間傳播速度的差異，主要存在于多模光纖中，當(dāng)光纖彎曲半徑較小時，高階模式傳播速度與基模不同，導(dǎo)致脈沖展寬；波導(dǎo)色散（C正確），是由于光波在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播的路徑和模式特性決定的，即使在單模光纖中，由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的不完美或不同偏振態(tài)的傳播路徑差異，也會存在一定的波導(dǎo)色散。模擬色散（D）和頻率色散（E）不是光纖色散的標(biāo)準(zhǔn)分類術(shù)語。模擬色散可能指色散導(dǎo)致的信號失真，頻率色散可能指色散與頻率的關(guān)系，但不是具體色散類型的名稱。因此，材料色散、模式色散和波導(dǎo)色散是光纖的主要色散類型。19.光源的選擇需考慮的因素有（）A.發(fā)光波長B.發(fā)光強(qiáng)度C.亮度D.光譜寬度E.成本答案：ABDE解析：在選擇光源時，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求考慮多個因素。發(fā)光波長（A正確）是關(guān)鍵因素，不同的應(yīng)用需要特定波長的光源，例如，通信系統(tǒng)通常使用1550nm波長的激光器，而光纖傳感可能使用其他波長。發(fā)光強(qiáng)度或功率（B正確）決定了光源能夠輸出的光能量大小，需要滿足應(yīng)用對信號強(qiáng)度的要求。光譜寬度（D正確）影響光源的單色性，寬光譜光源和窄光譜光源適用于不同應(yīng)用場景。成本（E正確）是重要的經(jīng)濟(jì)考量因素。亮度（C）雖然與強(qiáng)度相關(guān)，但通常不是光源選擇的獨(dú)立技術(shù)參數(shù)，而是與強(qiáng)度共同描述光源輸出特性。因此，發(fā)光波長、發(fā)光強(qiáng)度、光譜寬度和成本是選擇光源時需要考慮的主要因素。20.光探測器的性能指標(biāo)主要有（）A.靈敏度B.響應(yīng)速度C.光譜響應(yīng)范圍D.噪聲等效功率E.功率答案：ABCD解析：光探測器的性能決定了其探測能力，主要性能指標(biāo)包括：靈敏度（A），通常指探測器能夠檢測到的最小光功率或信號電流，是衡量探測器探測能力的關(guān)鍵參數(shù)。響應(yīng)速度（B），指探測器對光信號變化的反應(yīng)快慢，即探測器的帶寬，對于高速光信號探測至關(guān)重要。光譜響應(yīng)范圍（C），指探測器能夠有效探測的光波長范圍，必須覆蓋應(yīng)用所需的光譜。噪聲等效功率（D），指探測器輸出信號等于其自身噪聲電流時輸入的光功率，是衡量探測器靈敏度的重要參數(shù)，通常數(shù)值越小，靈敏度越高。功率（E）不是探測器的性能指標(biāo)，而是指輸入或輸出的電功率。因此，靈敏度、響應(yīng)速度、光譜響應(yīng)范圍和噪聲等效功率是光探測器的主要性能指標(biāo)。三、判斷題1.光電效應(yīng)中，光電子的發(fā)射與入射光的強(qiáng)度成正比。（）答案：錯誤解析：根據(jù)光電效應(yīng)理論，光電子的最大初動能與入射光頻率成正比，而光電流的大?。▎挝粫r間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)量）與入射光強(qiáng)度成正比。強(qiáng)度增加意味著單位時間內(nèi)照射到材料表面的光子數(shù)增多，從而打出更多的光電子，導(dǎo)致光電流增大。但光電子的發(fā)射是單個光子與材料相互作用的結(jié)果，其初動能僅取決于光子能量（頻率），與強(qiáng)度無關(guān)。因此，光電子的發(fā)射數(shù)量與強(qiáng)度成正比，但不是光電子的初動能與強(qiáng)度成正比。2.激光器輸出的激光總是完全單色的。（）答案：錯誤解析：理想的激光器輸出的是單色光，但實際中由于各種原因，如激光器諧振腔的線寬、光源的非理想性等，輸出的激光并非絕對單色，而是存在一定的譜線寬度，即具有一定的色散。激光器的輸出光波長范圍雖然比普通光源窄得多，但仍然不是無限單色。因此，激光器輸出的激光通常被認(rèn)為是準(zhǔn)單色光，而非完全單色光。3.光纖通信系統(tǒng)中，光纖的彎曲損耗會隨著彎曲半徑的減小而增大。（）答案：正確解析：光纖的彎曲損耗是指光在光纖彎曲時，部分光能量會泄漏到包層或空氣中去的現(xiàn)象。光纖允許的彎曲半徑是有限的，當(dāng)光纖彎曲半徑過小，會顯著增加彎曲損耗。這是因為彎曲半徑減小，光纖表面的曲率增大，導(dǎo)致光波導(dǎo)模式場分布發(fā)生改變，使得模式耦合和泄漏效應(yīng)增強(qiáng)。因此，彎曲損耗隨著彎曲半徑的減小而增大。4.光電二極管工作在反向偏壓狀態(tài)，其輸出的光電流與入射光強(qiáng)度無關(guān)。（）答案：錯誤解析：光電二極管在反向偏壓工作時，其輸出的光電流（或光功率）與入射光強(qiáng)度成正比。入射光強(qiáng)度越大，照射到光電二極管的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的光電子數(shù)量也越多，從而導(dǎo)致光電流增大。因此，光電流與入射光強(qiáng)度有關(guān)。5.光纖的數(shù)值孔徑越大，其收集光能的能力越強(qiáng)。（）答案：正確解析：光纖的數(shù)值孔徑（NA）是描述光纖收集光能能力的參數(shù)，定義為光纖端面處入射光的最大角度的正弦值。數(shù)值孔徑越大，意味著光纖端面能夠收集的光錐角度越大，即光纖對光源（如LED或激光器）耦合效率越高，收集光能的能力越強(qiáng)。因此，光纖的數(shù)值孔徑越大，其收集光能的能力越強(qiáng)。6.半導(dǎo)體PN結(jié)的單向?qū)щ娦允怯捎趦?nèi)建電場阻止多數(shù)載流子擴(kuò)散。（）答案：正確解析：半導(dǎo)體PN結(jié)形成后，由于擴(kuò)散和漂移的平衡，在PN結(jié)界面附近形成了耗盡層，其中存在一個由固定電離的雜質(zhì)離子組成的內(nèi)建電場。這個電場對多數(shù)載流子（N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴）具有排斥