2026年光電系統(tǒng)性能評估與優(yōu)化測試試題及答案考試時長：120分鐘滿分：100分考核對象：光電工程相關(guān)專業(yè)學(xué)生、行業(yè)從業(yè)者題型分值分布：-判斷題（10題，每題2分）總分20分-單選題（10題，每題2分）總分20分-多選題（10題，每題2分）總分20分-案例分析（3題，每題6分）總分18分-論述題（2題，每題11分）總分22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）1.光電系統(tǒng)的信噪比（SNR）越高，系統(tǒng)探測能力越強(qiáng)。2.光電探測器的工作波段與其探測效率成正比關(guān)系。3.光電系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）僅受光學(xué)系統(tǒng)像差影響。4.光電系統(tǒng)的噪聲等效功率（NEP）越小，系統(tǒng)靈敏度越高。5.光電系統(tǒng)的熱噪聲主要來源于探測器本身的溫度。6.光電系統(tǒng)的空間分辨率與探測器像素尺寸成正比。7.光電系統(tǒng)的調(diào)制深度越高，信號傳輸效率越低。8.光電系統(tǒng)的光闌孔徑越大，系統(tǒng)通光量越大。9.光電系統(tǒng)的像散會降低系統(tǒng)的成像質(zhì)量。10.光電系統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以完全消除大氣湍流影響。二、單選題（每題2分，共20分）1.以下哪種探測器適用于近紅外波段探測？A.碲鎘汞（HgCdTe）B.硫化鉛（PbS）C.碲化銦（InSb）D.碳化硅（SiC）2.光電系統(tǒng)的MTF在哪個頻率處開始顯著下降？A.0.1lp/mmB.0.5lp/mmC.1.0lp/mmD.1.5lp/mm3.光電系統(tǒng)的噪聲主要來源于以下哪項？A.光學(xué)系統(tǒng)像差B.探測器熱噪聲C.信號傳輸損耗D.電子噪聲4.光電系統(tǒng)的調(diào)制深度通?？刂圃谀膫€范圍內(nèi)？A.10%–20%B.30%–50%C.60%–80%D.90%–100%5.光電系統(tǒng)的空間分辨率主要受以下哪項限制？A.光闌孔徑B.探測器像素尺寸C.光學(xué)系統(tǒng)MTFD.信號傳輸帶寬6.光電系統(tǒng)的噪聲等效功率（NEP）單位是什么？A.WB.VC.AD.W/Hz7.光電系統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)主要解決什么問題？A.光學(xué)系統(tǒng)像差B.大氣湍流影響C.信號傳輸損耗D.探測器噪聲8.光電系統(tǒng)的信噪比（SNR）計算公式中，分母通常代表什么？A.信號功率B.噪聲功率C.光功率D.傳輸損耗9.光電系統(tǒng)的光闌孔徑越大，系統(tǒng)通光量如何變化？A.減小B.增大C.不變D.線性增加10.光電系統(tǒng)的像散會降低系統(tǒng)的哪種性能？A.空間分辨率B.調(diào)制深度C.信號傳輸效率D.噪聲等效功率三、多選題（每題2分，共20分）1.光電系統(tǒng)的噪聲來源包括哪些？A.探測器熱噪聲B.散粒噪聲C.光子噪聲D.電子噪聲2.光電系統(tǒng)的MTF下降可能由以下哪些因素導(dǎo)致？A.光學(xué)系統(tǒng)像差B.探測器像素尺寸C.光闌孔徑D.大氣湍流3.光電系統(tǒng)的信噪比（SNR）提升方法包括哪些？A.增加光闌孔徑B.降低探測器噪聲C.提高信號傳輸帶寬D.增加積分時間4.光電系統(tǒng)的空間分辨率提升方法包括哪些？A.減小探測器像素尺寸B.提高光學(xué)系統(tǒng)MTFC.增加光闌孔徑D.使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)5.光電系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）主要受哪些因素影響？A.光學(xué)系統(tǒng)像差B.探測器像素尺寸C.光闌孔徑D.大氣湍流6.光電系統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)主要應(yīng)用于哪些場景？A.大氣成像B.空間遙感C.激光通信D.生物醫(yī)學(xué)成像7.光電系統(tǒng)的噪聲等效功率（NEP）越小，系統(tǒng)性能如何變化？A.靈敏度越高B.噪聲越低C.信號傳輸效率越高D.探測器尺寸越小8.光電系統(tǒng)的調(diào)制深度過高會導(dǎo)致哪些問題？A.信號飽和B.噪聲放大C.傳輸效率降低D.探測器過熱9.光電系統(tǒng)的光闌孔徑過大或過小會導(dǎo)致哪些問題？A.通光量不足B.光學(xué)系統(tǒng)像差增加C.信號傳輸損耗增大D.探測器噪聲增加10.光電系統(tǒng)的像散會降低系統(tǒng)的哪種性能？A.空間分辨率B.調(diào)制深度C.信號傳輸效率D.噪聲等效功率四、案例分析（每題6分，共18分）案例1：某光電系統(tǒng)用于夜視成像，探測波段為8–12μm，探測器像素尺寸為15μm×15μm，光學(xué)系統(tǒng)MTF在1.0lp/mm處為0.8，系統(tǒng)信噪比（SNR）要求達(dá)到100dB。假設(shè)系統(tǒng)噪聲主要來源于探測器熱噪聲和散粒噪聲，熱噪聲溫度為300K，探測器量子效率為0.8。請計算系統(tǒng)所需的積分時間。案例2：某光電系統(tǒng)用于激光測距，探測波段為1550nm，系統(tǒng)光闌孔徑為10mm，大氣湍流強(qiáng)度為1.5m/s，探測器像素尺寸為20μm×20μm。假設(shè)系統(tǒng)MTF在0.5lp/mm處為0.6，請分析系統(tǒng)空間分辨率受哪些因素限制，并提出優(yōu)化方案。案例3：某光電系統(tǒng)用于生物醫(yī)學(xué)成像，探測波段為400–700nm，系統(tǒng)調(diào)制深度為40%，探測器噪聲等效功率（NEP）為1×10?11W/Hz。假設(shè)系統(tǒng)噪聲主要來源于探測器熱噪聲和散粒噪聲，熱噪聲溫度為300K，探測器量子效率為0.9。請計算系統(tǒng)在1kHz帶寬下的信噪比（SNR）。五、論述題（每題11分，共22分）1.論述光電系統(tǒng)噪聲的主要來源及其對系統(tǒng)性能的影響，并提出降低噪聲的方法。2.論述光電系統(tǒng)空間分辨率和調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）的關(guān)系，并提出提升系統(tǒng)成像質(zhì)量的方法。---標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、判斷題1.√2.×3.×4.√5.√6.√7.×8.√9.√10.×解析：2.探測器的工作波段與其探測效率并非成正比，不同材料在不同波段有最佳響應(yīng)。3.MTF受光學(xué)系統(tǒng)像差、探測器像素尺寸、大氣湍流等多種因素影響。10.自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以顯著降低大氣湍流影響，但不能完全消除。二、單選題1.A2.B3.B4.B5.B6.D7.B8.B9.B10.A解析：1.HgCdTe適用于近紅外波段探測。6.NEP單位為W/Hz。8.SNR計算公式分母為噪聲功率。10.像散會降低空間分辨率。三、多選題1.A,B,C,D2.A,B,C,D3.A,B,C,D4.A,B,D5.A,B,C,D6.A,B,D7.A,B8.A,B,D9.A,B,C10.A,B解析：1.噪聲來源包括熱噪聲、散粒噪聲、光子噪聲、電子噪聲。8.調(diào)制深度過高會導(dǎo)致信號飽和、噪聲放大、探測器過熱。四、案例分析案例1：計算過程：1.SNR公式：SNR=10log(P_signal/P_noise)P_noise=sqrt(P_thermal+P_photon)P_thermal=kTBΔf=(1.38×10?23×300×1×103)=4.14×10?1?WP_photon=(hνqηΔf)/(e^(hν/kT)-1)≈(6.626×10?3?×2.998×10?/8.12×10??×0.8×1×103)≈2.48×10?1?WP_noise=sqrt(4.14×10?1?+2.48×10?1?)≈6.56×10?1?WSNR=10log(101?/6.56×10?1?)≈100dB積分時間Δt=SNR/(2kBTΔf)=101?/(2×4.14×10?1?×300)≈4.1×10?s案例2：分析：空間分辨率受MTF、探測器像素尺寸、大氣湍流限制。優(yōu)化方案：1.提高光學(xué)系統(tǒng)MTF（如使用非球面鏡）。2.減小探測器像素尺寸。3.使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)補(bǔ)償大氣湍流。案例3：計算過程：1.NEP=sqrt(P_thermal+P_photon)P_thermal=kTBΔf=(1.38×10?23×300×1×103)=4.14×10?1?WP_photon=(hνqηΔf)/(e^(hν/kT)-1)≈(6.626×10?3?×2.998×10?/4.58×10?1?×0.9×1×103)≈1.12×10?1?WP_noise=sqrt(4.14×10?1?+1.12×10?1?)≈6.45×10?1?WSNR=10log(P_signal/P_noise)=10log(10?11/6.45×10?1?)≈80dB五、論述題1.光電系統(tǒng)噪聲來源及降低方法：噪聲來源：-熱噪聲：探測器電阻熱效應(yīng)產(chǎn)生。-散粒噪聲：光子或電子隨機(jī)起伏。-光子噪聲：光子統(tǒng)計分布不均。-電子噪聲：放大電路噪聲。降低方法：1.使用低噪聲探測器（如InSb）。2.增加積分時間（需權(quán)衡效率）。3.優(yōu)