答：
（1）半导体中电子吸收光子的能量而被激发到高能带上：
（2）这些被激发的电子在向表面运动的过程中受到散射而损失一部分能量：
（3）到达表面的电子克服表面的电子亲和势而逸出；
金属在可见光范围内对入射光有高的反射，吸收率少，而半导体有较高的吸收系数，因此对于吸收光子而言，半导体更有效。金属因其自由电子浓度大，光子受到很强的电子散射，在运动很短的距离内就达到热平衡，这样只有近表面的光电子才能逸出表面，对于半导体，它的自由电子很少，光电子受到电子散射可以忽略不计，而造成光电子能量损失的主要原因是晶格散射，光电子与价键电子碰撞产生二次电子空穴对。
21.光电倍增管电阻电容简明连接图，说明电阻链的电阻值如何选取，最后电容的作用？
答：电位信号增大时，管内阻减小，使分压电阻链上的极间电压减少，造成放大倍数下降和光电特性变坏，为了减小内阻变化对电阻链的分流，要求分压电阻适当小。Iin+Id=Iout+Ie 因为Iin远小于Iout,Id远大于Iout 所以Id约等于Ie=Ir Ir远大于20Iamax，所以R小于等于Uak/(20Iamax*n)Ir不能取太大，否则分压电阻链功耗增大。
在光脉冲入射时，最后几级打拿极的瞬间电流很大，使最后几级分压电阻上的压降明显突变，导致阳极电流过早饱和，使光电倍增管灵敏度下降，为此常在最后三级电阻上并联电路电容，使电阻链上分压基本保持不变。
23.说明近贴型光电系统所加电压与极间距离与像质的影响？
答：图（略）
当电子到达阳极时，落点的径向高度位 公式略
由此可知，单能电子束最大弥散圆斑半径位 公式略 由此可知所加电压越大，半径越小，成像质量越高；电极极间距离L越小，成像质量越高。所以，为了得到较好的像质，应减小电极间距L，提高电压。
27.光学传递函数：输出函数的傅里叶变换与输入函数的傅里叶变换之比；
调制传递函数：线性扩展函数的傅里叶变换的模M(f)
相位传递函数：线性扩展函数的傅里叶变换的幅角P(f)；
对比传递函数：像函数的对比度与物函数的对比度之比。
28.正弦物函数输入像管，说明其输出成像特征。
答：（1）像的光强度仍为正玄分布，并且二者平均亮度相同，空间频率相同
（2）经光学系统后，像的振幅为M(f)Im，调制度低于M(f)倍
（3）像的交变部分附加一个初相角P(f)。
30.说明二代像增强器的结构类型和各自的特点。
（1）.近贴式MCP像增强器
优点：体积小，重量轻 轴上及轴外像质均匀图像无畸变，放大率为1
缺点：电子到达MCP的能量小，其增益受限 其MTF不及一代像管 寿命由于MCP的管壁放气而受影响 光反馈严重
（2）.静电聚焦式MCP像增强器
特点：与近贴式像管比较，有如下改进：入射面的电子能量增大使整个管的增益增大 倒像管，其MTF优于近贴管
31.二代管与三代管的比较
（1）.二代管的特点
优点：体积小，重量轻，耗能少，供电方便 增益高且连续可调由于电流饱和特性可防强光可消除光晕
缺点：噪声大
（2）.三代管特点
优点：体积小，重量轻 增益高防强光 可消除光晕噪声低图像分辨率高
缺点：造价高 结构复杂 稳定性差
32.与三代管相比，四代微光像增强器特点
答：四代微光像增强器采用体电导MCP，其导电是由整个体材料组成，不需要烧氢处理，离子反馈大大减小，同时，采用自动脉冲门控电源，提高像增强器的信噪比，在目标探测距离和分辨率方面有很大提高，还减少光晕对像的影响，有助于改善其在强光下的视觉性能，其结构与第三代微光像增强器一样。
33.为什么摄像管要进行光电积累，光电积累时间是多少？
答：因为在电视的研究发展中遇到的主要问题是图像的传递、灵敏度的提高以及像质的改善。而这些问题都与电视系统的核心部件——摄像管密切相关，若没有信号的积累过程，光能的利用率太低，所以灵敏度低光电积累时间（N-1）T/N约40ms ，其中T位帧周期，N为像素数。
34.说明电视系统光电转换、电光转换的特性。
答：摄像管的光电转换特性指输出信号与产生该信号的光敏面上的辐射照度的函数关系，is=kEr,其中r值只有一定范围内才是常数，而在E很大时，由于is趋于饱和而使r值下降，曲线的弯曲点是信号趋于饱和的标志。
L=kEr1r2r3=kEr,当r>1时，即L与E成超线性关系，此时亮单位更亮，暗单位更暗，致使整个图像对比增大，并且越是亮的区域，对比增大的越多，暗的区域对比相对缩小。当r<1时，L与E成超线性关系，暗区比亮区更大的亮度对比。
图略
35.说明PoB靶视像管的结构和工作原理。
答：视像管的结构由光学系统、靶、电子q、聚焦。扫描系统等组成。
某个像素在光存储器件，靶右边电位位Vi=IiRi(1-e-t/RiCi)。像元的充电时间近似于帧周期Tf=40ms，因此电子束对它扫描之前，Ci右边电位最大Vim=IiRi(1-e-Tf/RiCi)。当电子束扫描像元时，接通时间为0.0625us，电流通过电阻Rb，电容Ci，负载Rl，靶电源Ut和地构成通路，电容器Ci放电，电容右侧电位被放至Vb接近于0，Ci电容器右边电位变化为Vb=Vim(1-e-t/(Rl+Rb)Ci),Rb为某电阻，通常为10M，而Rl远小于1M，所以Vb=Vim(1-e-t/RbCi),电荷变化量q=Ci(Vim-Vb)经电容C耦合出电流变化，信号从C耦合出来。
41.画出浮置扩散层输出结构图，并说明工作原理。
答：图略
浮置扩散层的输出信号直接送给片子上的MOSFETT2的栅极。当Φ3由高电平转为低电平时，Φ3电荷转移到扩散层，节点D电位变化与信号电荷的关系ΔUd=Qs/Cfd.Cfd为浮置扩散点上的总电容，ΔUd经T2放大后的电压增益为Gv=gmRl/(1+gmRl),其输出电压为ΔVout=ΔUd*Gv.当Φreset为正脉冲时T1管导通。Vgg电压直接加到D点上，使扩散层处于强反偏状态。当一个电荷输出完毕，下一个电荷还没输入之前，把前一个点荷包抽走，以便接受新信号。
42说明帧/场转移面阵CCD工作原理。
答：（1）光积分，在光敏区将光信号转化为电信号，光生电荷被收集在光敏区电极下的势阱中。
（2）帧转移，在相当于场消隐时间内将光敏区信号转移入暂存区。
（3）行转移，在相当于行消隐时间内将暂存区的电信号安一行一行的转移到水平读出寄存器
（4）位转移，进入读出寄存器的信号电荷，在水平时钟驱动下，将行内电荷一个个读出，得到视频信号。
44.说明行间转移结构CCD的工作原理
答：（1）在光敏区进行信号积累，将光信号转化为电信号
（2）完成一帧积累后，将积累的电信号转移给垂直移位寄存器
（3）在帧扫描时，垂直移位寄存器中的电荷，从上到下，按每排依次进入水平寄存器读出。
（4）位转移得到视频信号。
多数人对电脑的深入原理并没有太深了解，但是当家里的电脑使用时间比较长，或者天气较热的情况下，机箱中往往就会传来刺耳的噪音。其实让你感到刺耳的噪音也同样在烦恼着计算机科学家们。因为在电脑中，计算机速度越快、效率越高，热量产生越大。高温会阻碍电子元件的工作效率，所以热量的问题就成为“电”脑速度提高的一个无法逾越的障碍。
“光”是解决这个问题的好办法。首先，光信号在传播质中传播时，所因做功而产生的热是十分少的，这些微弱的热仅需自然发散即可，无需像传统计算机需要风冷水冷等散热设备来进行辅助散热；其次，因为发热极为微弱，所以不会因温度而对性能造成影。光脑同时，使用过宽带上网的人也有体会，接入光纤的宽带远远比接入其他线路的宽带速度要快得多，这是因为光的频率要比非可见光频段的电磁波高得多，可以携带更多的信息。如果使用的是光脑，那么本身就会比电脑快上许多倍。 日常生活的经验告诉我们，当几束不同颜色的光相遇时，能够相安无事、互不干扰的穿越，这样不同频率的光就可以携带不同的信息在同一条光纤通道中穿过，而电则不行。因此如果我们的“电”脑能够变成光脑，那么当我们同时打开许多窗口玩游戏、听音乐和聊天的时候，甚至让一台计算机同时肩负多种复杂工作的时候，也不会有急剧的速度变慢现象了。
对于计算机来说，越快代表越聪明，低散热问题，就意味着可以更小。因此，当用上光脑之后，我们才有可能将整个房屋的全部事务委托给一台小盒子那么大的计算机控制，而不是像现在使用穿衣柜一样的一排计算机来管理。我们可能会使用科幻片中带着极高速度自动行驶的汽车来缓解城市交通的压力，而实际控制的也许是个比手掌大不了多少的计算机。 与叫了几十年的“电脑”相比，“光脑”似乎更时髦，而且充满着科幻色彩。试想，计算机如果以光子传递信息，即使光线相交也互不影响，而速度却至少提高三个数量级，突破电子逻辑门开关的速度极限。那时，我们再也没有金属导线的高延迟，没有令人头疼的高发热量，计算机更小更快、传输信息量更大……诸多优越性背后的技术支撑是硅光电子学。
英特尔将硅光电子学作为其战略性技术开展研究，并多次公开发表最新研究成果。2008年年底，英特尔在《自然》上发表了在光电探测器方面的新突破，让“光脑”再激千层浪，我们多久可以拥有它，五年、十年还是更久？一时间，“光脑”话题再度升温。尽管完全“光脑”还不可行，但作为第一步，我们已经看到科学家把电子转换器同光结合起来，制造出光与电混合的新一代计算机的曙光。 硅光子学唤起了太多人的热情。硅光子学既是半导体光子学中的新兴研究课题，也在发展中逐渐成为物理学、材料学、计算科学、通信学等多学科综合的一门交叉学科。硅光电子学专门研究在硅及硅基异质结材料中的光子行为和规律，并且非常注重硅光子器件。成熟的硅工艺为硅光子学提供了坚实的技术支持，加速了硅光子学的形成和发展。
一方面是现代微电子产业的基石——硅基半导体的发展接近极限，以英特尔为代表的半导体厂商都在寻找并引入高科技新材料，以实现延长基于硅的摩尔定律的寿命；而另一方面，光电子技术作为一项快速发展且前景光明的技术，吸引众多国内外专家学者的关注，他们致力于将光子技术和微电子技术结合起来。
硅光子器件将是继集成电路之后最有应用前景的实用元器件，这一创新将在后硅材料时代引领技术革命。我国著名的硅光子学研究专家、中科院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室研究员余金中指出，成熟的硅光子学将在信息领域和社会生活中起到重要作用，特别是推动光计算发展。在未来十几年重点攻关后，在信息功能材料及器件、传感器网络及智能信息处理、激光技术、纳米研究等项目推进中，硅光子学具有广阔发展空间。
发展硅基光子科学和技术的意义是如此重大，这就不难理解为何有一定科研实力的国家都把这一学科作为长远的技术发展目标，这以美国最为突出。我国的863计划、973计划，也都把硅基光电子研究的相关课题列入计划，中国科学院微电子研究所、中国科学院半导体研究所光电子研究发展中心、浙江大学硅材料国家重点实验室、吉林大学集成光电子国家重点实验室等领先研究性机构，都在这一前瞻性研究的硅基材料、器件实用化等方面取得了突出成果。 我们期待硅光子技术突破，主要就是要解决提高传输速度的问题，尤其是进入单芯片万亿次计算时代后，这个问题就更加突出，与万亿次计算相匹配的还应该有万亿次通信。这个问题在未来的高性能计算领域同样存在，计算机需要找到一种更快的方法，以便在芯片内部及芯片之间传送大量数据，业界把突破通信瓶颈的希望寄托在硅光子通信上。
我们对“高带宽、低延迟”的期待可以从光纤谈起。目前，长距离传输由光纤通信实现，主要是城域和长距离传输，长度约是0.1km～80km。机架到机架也开始采用光纤传输，长度约是1m～100m。而从板卡到板卡、芯片到芯片，采取的还是导线传输。目前硅光子学研究就是要把光传输从长距离向超短距离传输扩展。
从目前发展情况来看，持续改进的技术只是问题的一个方面，另一个重要问题是成本。举例来说，以铜导线连接为例，每年需要连接的器件数量在数十亿以上，对光模块的需求量非常大。而目前，多数光子器件都采用砷化镓和磷化铟之类的特殊半导体制造，成本过于高昂、处理与封装也十分复杂，很难用于单台计算机甚至本地网络。英特尔院士兼光子学技术实验室总监Mario Paniccia在接受记者采访时说：“我们要把光通信技术的优势带到芯片级平台上，不只要有技术，还要把这个技术做到低成本，这样才可能把技术规模化，这是我们研究的推动力。”
Mario Paniccia说的这项技术就是硅光电子学，其愿景是要研究使用廉价、制造工艺简单的硅作为基础材料开发光子器件，并在现有的晶圆工厂中，采用标准的批量生产的硅制造技术来实现。这样带来的优势就是能为光通信带来规模经济效应。英特尔在开展这项研究的数年来取得了一系列成果，尤其是从2005年开始，逐渐进入了成果收获期。 硅光子学从研究到最终产业化，是一项系统工程，英特尔把通过光传输方式收发数据的过程分解为以下步骤来实现：一是先解决光源问题，就是生成光束的激光器，要能发出连续光；二是解决传输路径问题，就是光波导，就如同让光在硅平台上传播的高速公路网络；三是光调制器，把光束分成代表数字0和1的开/关信号，光的变化就携带了传输信息；四是光探测器，光传输到目的地后，需要有光探测器探测到脉冲光信号，把附加在光上面的信息下载下来，重新转换成电信号。
在这些技术问题都解决了之后，就是考虑生产与产业化的问题了，即实现低成本封装和CMOS工艺批量制造。现在基于硅的制造工艺已经非常成熟，这能够实现低成本的大规模生产。而根据不同的应用需求，我们还可以像搭积木一样，对这些模块进行组合，以实现不同的功能。
手性纳米光子界面Chiral nanophotonic interfaces，能够实现导向光学模式和圆形二向色材料之间传播方向相关的相互作用。界面手性的电调谐，将有助于片上光电和光子电路主动、可切换非互易性，但仍然极具挑战。
近日，美国 芝加哥大学 Alexander A. High团队在Nature Photonics上发文，报道了在原子薄单层二硒化钨tungsten diselenide（WSe2）纳米光子界面中的电可控手性。二氧化钛波导直接制作在低无序氮化硼封装的WSe2表面上。在积分之后，从激子态到波导中的光致发光，可以在平衡发射和定向偏置发射之间电切换。工作原理利用了WSe2中激子态掺杂相关的谷极化。此外，纳米光子波导,可以用作扩散激子通量的近场源，其显示从界面手性继承的谷和自旋极化。这种多功能制造方法，使光子学与范德瓦尔斯异质结构的确定性集成成为可能，并可提供对其激子和电荷载流子行为的光学控制。
Electrically controllable chirality in a nanophotonic interface with a two-dimensional semiconductor
二维半导体的纳米光子界面中的电控手性。
图2：界面静电调谐。
图3：谷极化的栅极依赖性。
图4：谷（自旋）极化激子通量的光子泵浦。
该项研究演示了与六方氮化硼hexagonal boron nitride,hBN封装的、电门控WSe2单层连接的光子波导。界面表现出从0%到20%电可调手性-定向耦合效率chiral–directional coupling efficiency，CDCE，并通过近场激发产生谷（自旋）极化激子通量。
除了线性波导，多功能纳米光子制造方法，可以将过渡金属硫化物TMDCs与更复杂的光子结构连接，其中器件几何形状和尺寸仅，受先进光刻技术限制，使光子环调制器和干涉仪，以及光子晶体中的激子-极化激元成为可能。
结合二维材料大面积生长、剥离和组装的最新进展，这将提高异质结构产量和可扩展性，超越目前限制，这项工作，为其与纳米光子电路的确定性、晶圆级集成，建立了一个通用平台。
重要的是，该界面的可调手性（以前在其他手性光学界面中无法获得）依赖于过渡金属硫化物TMDC单层中激子态掺杂相关的谷动力学。多层和扭曲的范德瓦尔斯异质结构，展示了设计的、奇异的谷特性，也可以与这种波导界面相结合，用于额外手性功能，如栅极可逆发射路由，并提供基于二维材料的新光子逻辑和控制方案。
此外，原子薄半导体中，激子扩散的纳米光子驱动，在分布式光子元件和局部激子电路之间建立了一座桥梁。此外，通过手性过渡金属硫化物TMDC–光子界面的近场光泵浦，可用于产生单层中驻留电荷载流子的自旋极化。这种光学制备的自旋极化电子态，对载流子掺杂水平敏感，可以打破界面时间反演对称性，实现集成纳米光子结构中的栅极激活全光非互易性。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-00971-7
DOI: https://doi.org/10.1038/s41566-022-00971-7
本文译自Nature。
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