5、答：当入射角大于临界角时，光线就不会透过其界面而全部反射到光密介质内部，即发生全反射。
光纤的数值孔径是光纤的一个重要参数，它能反映光纤的集光能力，光纤的NA越大，表面它可以在较大入射角范围内输入全反射光，集光能力就越强，光纤与光源的耦合越容易，且保证实现全反射向前传播。但NA越大，光信号的畸变也越大，所以要适当选择NA的大小。 6、答：如果MOS电容器中的半导体是P型硅，当在金属电极上施加一个正电压Ug时，P型硅中的多数载流子（空穴）受到排斥，半导体内的少数载流子（电子）吸引到P-Si界面处来，从而在界面附近形成一个带负电荷的耗尽区， 也称CCD势阱。
7、答：光电器件有两种类型，一种是基于内光电效应的光电器件，一种是基于外光电效应的光电器件。
外光电效应光电器件是基于外光电效应的，当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时，光子的能量传给光电材料表面的电子，如果入射到表面的光能使电子获得足够的能量，电子会克服正离子对它的吸引力，脱离材料表面而进入外界空间，这种现象称为外光电效应。即外光电效应是在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。
内光电效应是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象。这种效应可分为因光照引起半导体电阻率变化的光电导效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种。
8、答：光在同一种介质中是直线传播的，当光线以不同的角度入射到光纤端面时，在端面发生折射进入光纤后，又入射到折射率较大的光密介质（纤芯）与折射率较小的光疏介质（包层）的交界面，光线在该处有一部分投射到光疏介质，一部分反射回光密介质。
对光纤的要求是包层和纤芯的折射率不同，且纤芯的折射率大于包层的折射率。 对入射角的要求是入射角小于临界角。
9、答：光敏电阻是基于光电导效应。在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量， 若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度， 就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低的现象。
2?cn0包层??n2???i?i纤芯n1光电池是基于光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池。
光敏二极管和光敏三极管是基于内光电效应中的光生伏特效应。
10、答：光电导效应是指在光线作用下，半导体材料吸收入射光子的能量，如果入射光子的能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，将激发出电子－空穴对，使载流子浓度增加，导电性增加，阻值降低的现象，如光敏电阻。
光生伏特效应是指在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动势的现象，如光电池。 外光电效应是指在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象，如光电管（光电二极管、光电晶体管）、倍增管。
11、答：光纤传感器由光源、（光纤或非光纤的）敏感元件、光纤、光探测器、信号处理系统等组成。
其工作原理：由光源发出的光通过源光纤引到敏感元件，被测参数（温度、压力、应变、振动等）作用于敏感元件，在光的调制区内，使光的某一性质（光强、波长/频率、相位、偏振态）受到被测量的调制，调制后的光信号经过接收光纤耦合到光探测器，将光信号转换为电信号，最后经过信号处理得到所需要的被测量。
12、答：当光线从折射率为n1n1的介质入射到折射率为n2的介质时，在介质分界面上将产生折射现象。其规律是：入射角于折射角的正弦之比与两种介质的折射率成反比，即：
sin?1n2?sin?2n1，其中n1是光纤纤芯的折射率，n2是其包层介质的折射率。因为n1 >n2，
则?1??2，当入射角?1增大到某一角度?c时，折射率将等于90，这时入射光线不再进入包层介质，而开始产生全反射的入射角称为临界角，当?1继续增大时，?2?90?，发生了全反射，于是光便在光纤中沿轴向前传播。这就是光纤的传光原理。不满足全反射条件的光线，由于在界面上只能部分反射，势必有一些能量会辐射到包层中去，致使光能量不能有效传播。通常能在波导再传播的光为传输模（导模），不能传播的光为辐射模。
13、答：半导体光吸收型光纤温度传感器利用半导体的光吸收响应随温度高低而变化的特性，根据透过半导体的光强变化检测温度。温度变化时，半导体的透光率亦随之变化。当温度升高时，其透过光强将减弱，测出光强变化就可知对应的温度变化。这类温度计的测温范围为-30℃—300℃。
14、答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。
15、答：纤维光学、光电技术、弹性力学、电磁学、电子技术以及微型计算机技术等等。
16、答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。它的优点有：具有优良的传旋光性能，传导损耗小；频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好；能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送。
功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。
17、答：光纤损耗产生的原因有：①吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能量，引起能量损耗。②散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成分起伏，以及在制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去，不能传输到终点，从而造成散射性损耗。③辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。
它对光纤传感器的影响有：①弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲；②微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的轴线产生随机性的微曲。
18、答：所谓光电效应，是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换元件称为光电器件。
常用的光电器件主要有外光电效应器件和内光电效应器件两大类。
外光电效应器件的工作基础是基于外光电效应。所谓外光电效应，是指在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。相应光电器件主要有光电管和光电倍增管。
内光电效应器件的工作基础是基于内光电效应。所谓内光电效应，是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象，它可分为光导效应和光生伏特效应。内光电效应器件主要有：光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管。
五、计算题
1、解：NA?Sin?c?n12?n22?1.462?1.452?2.91?0.17 10Sin?c?1?n12?n22?n12?n22 n0?c?arcsinn12?n22?arcsin0.17=9.8
10光电式传感器习题及解答
