光電子技術(shù)作業(yè)解答-資料下載頁(yè)
2025-07-13 21:26本頁(yè)面
【正文】 單元并行排列，兩者間通過(guò)轉(zhuǎn)移柵連接。雙線結(jié)構(gòu)CCD的轉(zhuǎn)移寄存器按奇、偶序號(hào)分別排在CCD的兩側(cè)，與單線結(jié)構(gòu)CCD相比具有更高的空間分辨率。面陣CCD為二維成象器件。按傳輸結(jié)構(gòu)的不同，仍然可以分為兩種：行間傳輸結(jié)構(gòu)和幀傳輸結(jié)構(gòu)幀傳輸結(jié)構(gòu)中，光敏區(qū)和暫存區(qū)分別分為兩部分。缺點(diǎn)：幀轉(zhuǎn)移時(shí)間較長(zhǎng)，信號(hào)串?dāng)_ (smear) 較嚴(yán)重。設(shè)置快門(mén)，轉(zhuǎn)移期間關(guān)閉光。行間傳輸結(jié)構(gòu)CCD中，光敏CCD列與暫存CCD列交替排列，一列光敏元和一列暫存CCD夾一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移柵，組成一組。多個(gè)這樣的組水平排列，組間由高阻溝道隔開(kāi)。兩相線陣CCD不能并行轉(zhuǎn)移：電荷轉(zhuǎn)移開(kāi)始前，要求轉(zhuǎn)移到的目標(biāo)單元必須處于“空閑”狀態(tài)，即目標(biāo)單元必須先把自身的電荷轉(zhuǎn)移出去，處于“無(wú)信號(hào)”狀態(tài)，才能再接收新的信號(hào)。而從電荷開(kāi)始轉(zhuǎn)移到目標(biāo)單元到轉(zhuǎn)移完成的這段時(shí)間，則要求目標(biāo)單元相鄰的下一個(gè)單元是無(wú)信號(hào)狀態(tài)，對(duì)電荷形成“阻隔”，否則電荷又將沿勢(shì)阱流入目標(biāo)單元下一單元，影響這一單元的信號(hào)，形成串?dāng)_。對(duì)于兩相線陣CCD，此時(shí)按離放大和濾波電路從遠(yuǎn)到近排序，設(shè)帶電荷單元為1，3，5……，不帶電荷單元為2，4，6……。則當(dāng)1單元將電荷轉(zhuǎn)移到2單元的過(guò)程中，必須保證3單元上已無(wú)信號(hào)。但如果是并行轉(zhuǎn)移，則實(shí)際上3單元中的信號(hào)此時(shí)也正在向4單元轉(zhuǎn)移，而并未達(dá)到“空閑”狀態(tài)。這樣的結(jié)果，就是1單元的部分電荷流入2單元后，又流入3單元……，結(jié)果造成整個(gè)線陣單元信號(hào)之間的嚴(yán)重串?dāng)_。所以，在兩相線陣CCD中，只能采用串行轉(zhuǎn)移，將信號(hào)一個(gè)個(gè)傳送出去，把3單元的電荷轉(zhuǎn)移了之后，才能從1 單元向2單元轉(zhuǎn)移電荷。如采用三相結(jié)構(gòu)，同一時(shí)間帶電荷的單元是1，4……，從工作過(guò)程可以看出，在并行轉(zhuǎn)移過(guò)程中，當(dāng)1單元向2單元轉(zhuǎn)移電荷過(guò)程中，3單元始終處于“空閑”狀態(tài)，1單元的電荷不會(huì)進(jìn)入3單元，也不會(huì)透過(guò)3單元而對(duì)4單元中的另一信號(hào)造成干擾。3. 分析下圖所示濾波電路的幅頻特性。答：幅頻特性：當(dāng)時(shí)取最大值。此濾波電路為帶通濾波器。4. 相關(guān)檢測(cè)測(cè)量何種微弱信號(hào)？它與有源濾波測(cè)量的異同？答：有源濾波提供了在頻率域中提取微弱信號(hào)的方法。而相關(guān)法提供在時(shí)間域中提取微弱信號(hào)的方法。兩者是等價(jià)的，通過(guò)付里葉變換聯(lián)系起來(lái)。作業(yè)十五1. 取樣積分器提高信噪比的原理？答：取樣積分器直接利用信號(hào)和零均值隨機(jī)噪聲具有不同的二級(jí)統(tǒng)計(jì)特性，通過(guò)多次累加，提高信噪比，實(shí)現(xiàn)微弱周期信號(hào)的檢測(cè)。當(dāng)對(duì)信號(hào)的m個(gè)周期重復(fù)采樣，并累加采樣值，則對(duì)噪聲為白噪聲的情況，信噪比增益為，提高信噪比依靠犧牲時(shí)間增加累加次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2. 取樣積分器與光子計(jì)數(shù)器所檢測(cè)的微弱信號(hào)有何異同？答：光子計(jì)數(shù)是一種絕對(duì)微弱但高信噪比信號(hào)的靈敏檢測(cè)技術(shù)，而鎖相放大和積分累加是低信噪比的相對(duì)微弱信號(hào)的靈敏檢測(cè)技術(shù)。即取樣積分器檢測(cè)的微弱信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較大，“相對(duì)微弱”指的是信號(hào)疊加在一個(gè)同樣可觀的“噪聲背景”之上，信噪比低。而光子計(jì)數(shù)器測(cè)量的信號(hào)則是信號(hào)本身強(qiáng)度極其微弱（因此探測(cè)器輸出的不是連續(xù)信號(hào)，而是脈沖序列），但信噪比高。3. 光學(xué)多道分析器的結(jié)構(gòu)，提高信噪比的原理？答：光學(xué)多道分析器是傳統(tǒng)光譜儀與面陣或線陣探測(cè)器相結(jié)合的產(chǎn)物。將傳統(tǒng)光譜儀的出射狹縫改為出射孔，設(shè)置陣列探測(cè)器件在出射孔處同時(shí)測(cè)量不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)。即同時(shí)測(cè)量寬的光譜。對(duì)于弱信號(hào)，也可以通過(guò)陣列探測(cè)器多次累加信號(hào)，獲得強(qiáng)的、高信噪比光譜信號(hào)。典型的OMA結(jié)構(gòu)如下圖：4. 單光子計(jì)數(shù)的上、下限功率如何確定？并解釋其物理意義。答：（1）測(cè)量上限由探測(cè)器的渡越時(shí)間偏差確定，數(shù)學(xué)表示為：它反映了實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)的第一個(gè)重要前提：光電倍增管渡越時(shí)間足夠短，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于光子數(shù)目的電脈沖數(shù)，對(duì)電脈沖的計(jì)數(shù)才能表征光子數(shù)目，即弱光強(qiáng)度。(2)測(cè)量下限由背景噪聲脈沖數(shù)決定。數(shù)學(xué)表示為：這個(gè)下限反映了實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)的另一個(gè)重要前提：信號(hào)脈沖相對(duì)于背景噪聲脈沖有足夠的信噪比。作業(yè)十六二階非線性晶體為何必須是非中心反演對(duì)稱的？答：非線性光學(xué)研究高階非線性光學(xué)現(xiàn)象，即物質(zhì)的響應(yīng)與光的場(chǎng)強(qiáng)成非線性關(guān)系。此時(shí)，通常的線性光學(xué)參數(shù)中包含與光的場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)的項(xiàng)。對(duì)各向同性介質(zhì)，二階極化強(qiáng)度隨電場(chǎng)的平方變化，表示為： ，其中，c(2)稱為二階極化率。由于P為E的偶函數(shù)，當(dāng)E改變?yōu)镋時(shí)，P不變，所以，若介質(zhì)為具有中心反演對(duì)稱結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，c(2)也不隨外電場(chǎng)方向變化，結(jié)果P不隨外電場(chǎng)變化，即，不具有二階非線性效應(yīng)。換句話說(shuō)，二階非線性介質(zhì)必須是非中心反演對(duì)稱結(jié)構(gòu)的。自己推導(dǎo)正單軸晶體的二類共線倍頻匹配角公式。答：當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)，倍頻效率達(dá)到最大值。稱Dk=0為滿足相位匹配條件。二類相位匹配條件是指兩基頻波具有不同的偏振態(tài)，即實(shí)現(xiàn)的二類相位匹配。當(dāng)滿足條件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)o+e174。o二類相位匹配，相位匹配條件：。將B（）點(diǎn)坐標(biāo)帶入橢圓方程中最后可得 ABZOAkw，k2wqYX軸作業(yè)十七1. 導(dǎo)出正單軸晶體參量放大中二類相位匹配的相位匹配角公式？解：設(shè)正常色散。其中3下標(biāo)指泵浦光，1和2下標(biāo)分別指信號(hào)光或閑置光。（本題答案摘自佘衛(wèi)龍老師《非線性光學(xué)》課程講義）2. 光學(xué)參量過(guò)程與光學(xué)倍頻過(guò)程的異同？答：相同點(diǎn)：兩者均為光學(xué)二次諧波效應(yīng)，即二階非線性效應(yīng)，其作用原理均可以用二階非線性耦合波理論來(lái)解釋。 區(qū)別：光學(xué)參量過(guò)程是由高頻的泵浦光產(chǎn)生低頻率的激光。而光學(xué)倍頻，則是由低頻率的激光產(chǎn)生高頻率的激光。21 / 21
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