光电子技术课后答案安毓敏第二版
最新光电子技术(安毓英)习题课后答案
第一章1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
解：因为，且()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-===Ω⎰22000212cos 12sin c R R l l d d rdS d c πθπϕθθ 所以⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=Ω=Φ220012c e e e R l lI d I π2. 如图所示，设小面源的面积为∆A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为∆A c ，到面源∆A s 的距离为l 0。
若θc 为辐射在被照面∆A c 的入射角，试计算小面源在∆A c 上产生的辐射照度。
解：亮度定义:强度定义:ΩΦ=d d I ee 可得辐射通量：Ω∆=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2cos l A d cc θ∆=Ω 则在小面源在∆A c 上辐射照度为：20cos cos l A L dA d E cs s e e e θθ∆=Φ=ΩΦd d ee I =r r ee A dI L θ∆cos =3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。
答：由θcos dA d d L e ΩΦ=得θcos dA d L d e Ω=Φ，且()22cos rl A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d rlrdrl L E πθπ=+=⎰⎰∞20022224. 霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。
霓虹灯发的光是电致发光，在两端放置有电极的真空充入氖或氩等惰性气体，当两极间的电压增加到一定数值时，气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击，使原子中的电子受到激发。
当它由激发状态回复到正常状态会发光，这一过程称为电致发光过程。
光电子技术课后习题答案
第一章1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
解：因为ΩΦd d ee I =， 且 ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-===Ω⎰22000212cos 12sin c R R l l d d rdSd c πθπϕθθ 所以⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π2. 如图所示，设小面源的面积为∆A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为∆A c ，到面源∆A s 的距离为l 0。
若θc 为辐射在被照面∆A c 的入射角，试计算小面源在∆A c 上产生的辐射照度。
解：亮度定义:r r ee A dI L θ∆cos =强度定义:ΩΦ=d d I ee可得辐射通量：Ω∆=Φd A L d s s e e θcos在给定方向上立体角为：20cos l A d c c θ∆=Ω则在小面源在∆A c 上辐射照度为：20cos cos l A L dA d E cs s e e e θθ∆=Φ=3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。
答：由θcos dA d d L e ΩΦ=得θcos dA d L d e Ω=Φ，且()22cos rl A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d rlrdrl L E πθπ=+=⎰⎰∞20022224. 霓虹灯发的光是热辐射吗？l 0SR c第1.1题图L e ∆A s ∆A cl 0 θsθc第1.2题图不是热辐射。
霓虹灯发的光是电致发光，在两端放置有电极的真空充入氖或氩等惰性气体，当两极间的电压增加到一定数值时，气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击，使原子中的电子受到激发。
光电子技术（第二版）答案详解
光电⼦技术（第⼆版）答案详解光电⼦技术（第⼆版）答案详解第⼀章1. 设在半径为 R c 的圆盘中⼼法线上，距盘圆中⼼为 l 0处有⼀个辐射强度为 I e 的点源 S ，如图所⽰。
试计算该点源发射到盘圆的辐射2.如图所⽰，设⼩⾯源的⾯积为 A s ，辐射亮度为 L e ，⾯源法线与 l 0的夹⾓为 s ；被照⾯的⾯积为 A c ，到⾯源 A s 的距离为 l 0。
若 c 为辐射在被照⾯ A c 的⼊射⾓，试计算⼩⾯源在 A c 上产⽣的辐射3. 假如有⼀个按朗伯余弦定律发射辐射的⼤扩展源（如红外装置⾯对的天空背景），其各处的辐亮度 L e 均相同，试计算该扩展源在⾯积为 A d 的探测器表⾯上产⽣的辐照度。
Ied e解：因为 edd dS Rcdd2 r sin 0且21 ll 02 R c 2l0 l 02R 2照度。
dI eA r cos r de d 可得辐射通量： d e LL 解：亮度定义 :强度定义 : I e在给定⽅向上⽴体⾓为：A c cos c dcl 02cdeL e A s cos s cos cdA答：由 L edd dAcos得dL e d dAcos ，且 dA d cosl2功率2 1 cos所以 e I e d2 I e 1第 1.2As则在⼩⾯源在 A c 上辐射照度E e则辐照度：E e L e 0l22rdr2 2 0d L e e e0 2 2 2 0elr4.霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。
霓虹灯发的光是电致发光，在两端放置有电极的真空充⼊氖或氩等惰性⽓体，当两极间的电压增加到⼀定数值时，⽓体中的原⼦或离⼦受到被电场加速的电⼦的轰击，使原⼦中的电⼦受到激发。
当它由激发状态回复到正常状态会发光，这⼀过程称为电致发光过程。
6. 从⿊体辐射曲线图可以看出，不同温度下的⿊体辐射曲线的极⼤值处的波长m随温度T 的升⾼⽽减⼩。
试由普朗克热辐射公式导出T 常数m。
答：这⼀关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.898 10-3m?K。
光电子技术及应用(第2版)章节习题及自测题参考答案
光电子技术及应用（第2版）章节习题及自测题参考答案第一章习题参考答案一、单选题1.ABCD2.ABC3.ABC4.D5.B6.C7.B8.B9. A 10.A二、填空题11.500，30012.无线电波，.红外光，可见光和紫外光，X 射线，γ射线13.0.77---1000μm ，近红外，中红外和远红外14.泵浦源，谐振腔和激活介质15.频率，相位，振幅及传播方向16.受激辐射，实现粒子数反转，谐振腔；方向性好，相干性好，亮度高 17.935μm18.919.125103.1--⋅⋅⨯s m kg20.三、计算题21.解：（1）根据距离平方反比定律2/R I E e e =，太阳的辐射强度为sr W R E I e e /10028.3252⨯==。
得到太阳的总功率为W I e e 26108.34⨯==Φπ（2）太阳的辐射亮度为()sr cm W A I L e ./10989.127⨯== 太阳的辐射出射度为27/1025.6m W L M e e ⨯==π 太阳的温度为K M T e 57614==σ22.解：222z r r ='=，22cos cos z r z+'='=θθ，r d r dS '∆'=ϕ 由：2cos cos r BdS S d d dE θθ'='Φ'=2202222022)(2cos 2z R RB z r r d r z B r d r r B E R R+=+'''=''=⎰⎰ππθπ 23.解：设相干时间为τ，则相干长度为光束与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ 根据相干时间和谱线宽度的关系c L c v ==∆τ1 又因为00γλλv ∆=∆，λc v =0，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式：单色性=101200010328.6108.632-⨯===∆=∆nm nm L v v c λλλ 24.证明：若t=0时刻，单位体积中E 2能级的粒子数为n 20，则单位体积中在t→t+dt 时间内因自发辐射而减少的E2能级的粒子数为：2122122120A t dn A n dt A n e dt --==故这部分粒子的寿命为t ，因此E2能级粒子的平均寿命为212120020211A t tA n e dtn A τ∞-==⎰ 25.解：设两腔镜1M 和2M 的曲率半径分别为1R 和2R ，121m,2m R R =-=工作物质长0.5m l =，折射率 1.52η=根据稳定条件判据：（1） 其中（2） 由（1）解出2m 1m L '>>由（2）得所以得到： 2.17m 1.17m L >>第二章习题参考答案011 1 21L L ''⎛⎫⎛⎫<-+< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭() l L L l η'=-+10.5(1)0.171.52L L L ''=+⨯-=+一、选择题1.ABCD2.D3.ABCD4.AC5.ABCD6.A7.A8.A9.A 10. B二、 是非题911.√ 12.× 13.× 14.× 15.√ 16.√三、 填空题17.大气气体分子及气溶胶的吸收和散射；空气折射率不均匀；晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电压后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小形变，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率变化的现象。
光电子技术课后习题
光电子技术课后习题
一、简单题：
1.光电子技术是什么？
答：光电子技术是利用光来进行电子学和数字信号处理的技术。
它通
常涉及对光来源、光传输设备，以及用于处理光信号的光电子设备的
研究和设计。
2.请简要描述“光电子技术”中“光”的概念？
答：“光”是经典物理学中指可以传播的电磁波。
它包含有人眼
能够感知的可见光，也包括无法人类感知的紫外线和X射线。
在光电
子技术中，光被用作传播信息，而且可以用来进行光信号的处理。
3.什么是A/D变换？
答：A/D变换是模数转换的一种，它可以将连续的模拟信号转换为
数字信号。
A/D转换的过程包括量化和编码两个步骤，量化步骤决定信
号的精度，编码步骤决定信号的传输率。
二、应用题：
1.请描述光电子技术在通信中的应用?
答：光电子技术在通信中的应用十分广泛，例如，光纤技术可以
用来传输大容量的信息，而探测器和放大器可以用来增强信号的功率
和质量。
此外，光电子元件也可以用于处理通信信号，例如基带处理、数据采样和数据编码等。
2.什么是光学探测器，它有哪些用途？
答：光学探测器是一种用来检测和探测光信号的光电子器件，它
可以将光信号转换为电信号，然后输出至外部电路。
光学探测器在光
电子领域有着广泛的应用，它可以用来检测光信号的强度，传输信息，或者监测和识别光信号。
光电子技术安毓英第一章课后习题参考答案1
(t)
2
− A21t
20
20 − s
因此
s
=
1 A 21
1.19 该电矢量方程写成实数形式：
E=(-2i+2 3 j) cos (6x108t-(- 3 x-y)
E0= (-2, 2 3 , 0), k=(- 3 , -1, 0), = 6108
平面波电矢量的振动方向为 X 和 Y 轴面内, 一，三象限内，与 X 轴成 60°角 传播方向为与 X 和 Y 轴平面内，第三象限，与 X 轴成 30°角负向传播
类似于一个完全吸收的黑体，所以室外看窗口感觉较黑。
1.8 （1）根据维恩位移定律：
m
=
2897.9m 3K
K
= 966m
（2）根据斯忒潘-波尔兹曼定律，黑体的辐射出射度为
Meb (T ) = T 4 = 5.67 10−8 J （/ m2 s K4）T 4
所以 3K 辐射背景的辐射出射度为：
s
1 ln10
=
4.80 3 103 K ln10
=
6254K
1.13 证明：自发辐射，一个原子由高能级 自发跃迁到 ，单位时间内能级 减少的粒子数为：
dn2 =−( dn21) dt dt
sp
自发跃迁几率
A21
=(
dn21) dt
1 n2
sp
可得：
dn2 dt
=−
A21
n2
t
n =n e n e 解得：
r sin
hr
Le
=
dIe ds cos
,
dIe = Le ds cos
,
ds = rd r sin d cos
光电子技术(第二版)答案详解
光电子技术（第二版）答案详解第一章1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
解：因为， 且 ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-===Ω⎰22000212cos 12sin c R R l l d d rdSd c πθπϕθθ 所以⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π2. 如图所示，设小面源的面积为∆A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为∆A c ，到面源∆A s 的距离为l 0。
若θc 为辐射在被照面∆A c 的入射角，试计算小面源在∆A c 上产生的辐射照度。
解：亮度定义:强度定义:ΩΦ=d d I ee可得辐射通量：Ω∆=Φd A L d s s e e θcos在给定方向上立体角为：20cos l A d c c θ∆=Ω则在小面源在∆A c 上辐射照度为：20cos cos l A L dA d E cs s e e e θθ∆=Φ=3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。
答：由θcos dA d d L e ΩΦ=得θcos dA d L d e Ω=Φ，且()22cos r l A d d +=Ωθ则辐照度：()e e e L d rlrdrl L E πθπ=+=⎰⎰∞2002222ΩΦd d ee I =r r ee A dI L θ∆cos =l 0SR c第1.1题图L e ∆A s ∆A cl 0 θsθc第1.2题图4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。
霓虹灯发的光是电致发光，在两端放置有电极的真空充入氖或氩等惰性气体，当两极间的电压增加到一定数值时，气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击，使原子中的电子受到激发。
光电子技术基础课后答案
《光电子技术》参考答案第三章1.一纵向运用的 KD*P 电光调制器，长为 2cm ，折射率 n =2.5，工作频率为 1000kHz 。
试求此 时光在晶体中的渡越时间及引起的相位延迟。
解：渡越时间为：L nL 2.5 2 10 c 2 m 1.671010sd c / n 310 m / s8在本题中光在晶体中的渡越引起的相位延迟量为：2 106Hz 1.6710101.051031m d对相位的影响在千分之一级别。
3.为了降低电光调制器的半波电压,采用 4块 z 切割的 KD* P 晶体连接(光路串联,电路并联)成纵向串联式结构。
试问:(1)为了使 4块晶体的电光效应逐块叠加,各晶体 x 和 y 轴取向应如何?(2)若0.628m ,n 01.51,6323.6 10m /V ,计算其半波电压,并与单块晶体调制器比较之.。
12 答：⑴用与 x 轴或 y 轴成 45夹角（为 45°-z 切割）晶体，横向电光调制，沿 z 轴方向加电场，通 光方向垂直于 z 轴，形成(光路串联,电路并联)的纵向串联式结构。
为消除双折射效应，采用“组合 调制器”的结构予以补偿，将两块尺寸、性能完全相同的晶体的光轴互成 90串联排列，即一块晶 体的 y'和 z 轴分别与另一块晶体的 z 和 y'平行，形成一组调制器。
4块 z 切割的 KD P 晶体连接成*二组纵向串联式调制器。
（P96） (2)于是，通过四块晶体之后的总相位差为2 L Ld 2n 3 o r 63V 4 n 3 or V 63 d 相应的半波电压是1 d 1 r 63 L 4 1.51 0.628 10 6 m d 1 V d L V0.77310 44 n o 3323.6 10 12 m /V L 4 0.19310 4V dL 该半波电压是单块横向晶体调制器半波电压的四分之一倍，是单块纵向晶体调制器半波电压 的 1/(2 L/d)倍。
光电子技术安毓英习题答案全
第一章IRI，如图1.设在半径为的点源的圆盘中心法线上，距盘圆中心为为ec o所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
____ e d 解：因为，s dS i R c0上为辐射在被照面，到面源的距离为。
若的入射角，试计算小面源在面积为cccsc o产生的辐射照度。
dI e | __________ e cOsA:解：亮度定义I :强度定c---------------------2I0 cosd cOsL A一 cssee E A上辐射照度为：则在小面源在__________________________________________ e2dA|0,其各处的假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景） 3.的探测器表面上产生的辐照度。
L均相同，试计算该扩展源在面积为A辐亮度de cosA d d L cosdAd Ld d答：由，且得_____________________________ ee 22cOsddA「1旳「2 2 LEdLI 则辐照度：------------------ e ee20022- I 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 4.在两端放置有电极的真空充入氖或氩等惰性气体，霓虹灯发的光是电致发光,cosld d d 2sin R 2 c r o 且i.i题图第I o 1 222R I co | 0I1 Id 2 所以eee22R|cOLIA ；被照面的，面源法线与, 辐射亮度为的夹角为 2.如图所示，设小面源的面积为sse o A AAAIS处有一个辐射强度d e Ie L d I e 0 A s cOsAdd L c可得辐射通量：sees cos A cc d 在给定方向上立体角为:图1.2第 _______________不是热辐射。
使原子中气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击,当两极间的电压增加到一定数值时,的电子受到激发。
当它由激发状态回复到正常状态会发光，这一过程称为电致发光过程。
光电子技术书后答案
6在电光晶体的纵向应用中，如果光波偏离晶体的一个小角度（《1） 传播，证明由于自然双折射引起的相位延迟为，式中L为晶体长度。 证明：运用晶体椭球方程和光波在晶体中的传播特性及自然双折射原理
7. 若取vs=616m/s，n=2.35， fs=10MHz，0=0.6328m，试估算发生拉曼纳斯衍射所允许的最大晶体长度Lmax=?
答：对某些特定的波长，大气吸收呈现出极为强烈的吸收。根据大 气的选择吸收特性，一般把近红外区分成8个区段，将透过率较高的波 段称为“大气窗口”。位于大气窗口内的光辐射对大气分子的吸收几乎 免疫，所以衰减因素主要是大气分子的散射、大气气溶胶的衰减和大气 湍流效应。
2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？ 答：大气始终处于一种湍流效应，即大气的折射率随时间和空间做
原理后面章节会涉及到。而热辐射是指由于物体中的分子、原子受到热 激发而发射电磁波的现象。因此霓虹灯放电不属于热辐射。
5刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总显得特别黑暗，这是为什 么？
解：因为刚粉刷完的房间需要吸收光线，故从房外远处看它的窗口 总显得特别黑暗
6. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处 的波长m随温度T的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出
22如图1-41所示，玻璃块周围介质（水）的折射率为1.33，若光束射向 玻璃块的入射角为，问玻璃块的折射率至少应为多大才能使透入光速 发生全反射？
n
解：设玻璃的折射率为由折射定律得（式中=90- ），且时发生全反射， 所以玻璃的折射率满足，由此解得玻璃的折射率。
习 题2
1. 何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因 素。
由于外加电场的作用，折射率椭球各系数随之发生线形变 化，其变化量定义为 式中称为线性电光系数。
光电子技术安毓英习题答案(全)
第一章1.设在半径为 R 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为 所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
解：因为 l e 所以 dS~~2rl e d sin d d l o2 l e 1l o2 1 cosjo R C2.如图所示，设小面源的面积为 面积为 A,到面源 产生的辐射照度。
L e ,面源法线与10的夹角为 A,辐射亮度为 A 的距离为I 。
若c 为辐射在被照面 A 的入射角，试计算小面源在 0o ;被照面的 A上 L e 解：亮度定义： dl eA r cos r 强度定义：I e 可得辐射通量: d e dd e L e A s Cos sd在给定方向上立体角为： d A c cos cI 。
2d e dA3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源 则在小面源在 A上辐射照度为：EL e A s cos s cos c I 2(如红外装置面对的天空背景) ，其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为 d A d 的探测器表面上产生的辐照度。
答：由L e 得d d dAcos dAcos ，且 d A d cos I 2r 2则辐照度: E L I ? —rdre e tI 2r 22L e l 0处有一个辐射强度为l e 的点源S ,如图证明：M e (T)T=3K3m0.966 10 m9.答： 到色温度这个量，单位为 K 。
色温度是指在规定两波长具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的 温度。
11如果激光器和微波器分别在入=10卩m 入=500nn 和v =3000MH 输出一瓦的连续功率，问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数分别是多少？由能量守恒可得:解答:NhvN hC当 =10u m 时,10 10叫 3 1013M e (T)5C 1 6C 2e T 1G C245(e C2T1)2Me(T)=o ,解得:mT 2.898 10 3m?K 。
得证7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度导出M 与温度T 的四次方成正比，即M 。
光电子技术(安毓英)习题答案
课后题答案1.1设半径为 艮的圆盘中心发现上， 距圆盘中心为l 0处有一辐射强度为I e 的点源S ,如F图所示。
试计算该点光源发射到圆盘的辐射功率。
pl思路分析：要求 e 由公式E e 丄，l edA-都和e 有关，根据条件，都可求出。
解题过程如下:d e dARfE e dA试计算小面源在 A c 上产生的辐射照度。
题过程如下:解:E e又:E el ei o 2代入上式可得:l o法二:l el e dl e R 2lo1.2如下图所示，设小面源的面积为辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为s ；被照面的面积为A ，到面源 A s 的距离为|0。
若c 为辐射在被照面A c 的入射角,E e故:思路分析：若求辐射照度 E e ，则应考虑公式E e卡。
又题目可知缺少"，则该考虑如何求I e 。
通过课本上的知识可以想到公式L edl e ，通过积分则可出I e 。
解dScos亠. dj由L e e可得dScosAI e s L e cos dSe0 e=L e cos A，故:E土L e COS A se—\0—1.3假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐射亮度L.均相同。
试计算该扩展源在面积为A的探测器表面上产生的辐射照度。
思路分析：题目中明确给出扩展源是按朗伯余弦定律发射辐射的，且要求辐射照度dEe，由公式E e 亠可知，要解此题需求出d e，而朗伯体的辐射通量为dAd e L e dS cos d L e dS,此题可解。
解题过程如下：解：E d ee dAd e L e dS cos d L e dSE e L e dS L ee dA e1.4霓虹灯发的光是热辐射吗?答：霓虹灯发光是以原子辐射产生的光辐射，属于气体放电，放电原理后面章节会涉及到。
而热辐射是指由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象。
因此霓虹灯放电不属于热辐射。
光电子技术安毓英第四章课后习题参考答案
4.1 比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。
答：光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。
探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。
光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。
因为，光子能量是hν，h是普朗克常数, ν是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。
光热效应和光子效应完全不同。
探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。
所以，光热效应与单光子能量h的大小没有直接关系。
原则上，光热效应对光波频率没有选择性。
只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。
因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。
值得注意的是，以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温度变化率，比其他光热效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的应用。
4.3 用光敏电阻设计路灯自动点亮器本题为开放式。
可能有不同答案。
有设计图都算，无明显错误，都算对4.4 已知Si 光电池光敏面积为5×10mm2, 在1000W/m2光照下，开路电压u∞=0.55V，光电流iφ=12mA。
试求:（1）在（200 ~ 700）W/m2光照下,保证线性电压输出的负载电阻和电压变化值;（2）如果希望输出电压变化量为0.5V，怎么办？解：（1）不同的光照强度下，光电池的开路电压有变化，由（4 -115）式得到开路电压变化值：2222222'200/,' 2.610ln('/)' 2.610ln(200/1000)0.55 2.610ln(0.2)0.51'700/' 2.610ln(700/1000)0.55 2.610ln(0.7)0.54oc oc oc oc oc oc p W m u u P P u u Vp W m u u V−−−−−==+⨯=+⨯=+⨯===+⨯=+⨯=电压输出工作在光电池的光电流区域，在该区域光电流与光照功率成正比，所以短路电流为：22'''''200'200/,'12 2.41000'700'700/,'128.41000i P P i i i P PP p W m i i mA mA P P p W m i i mA mA P ϕϕϕϕϕϕϕϕ=∴==⇒==⨯==⇒==⨯=， 根据P140页关于“保证光电池线性工作的负载电阻R L 的选取原则”的分析和讨论，为保证线性电压输出，负载电阻应该用（4 -123）式确定。
光电子技术安毓英习题答案(完整版)
第一章2.如图所示，设小面源的面积为 JA ,辐射亮度为L e ,面源法线与I o 的夹角为 舛 被照面的面积为「A ，至U 面源 A S 的距离为I 。
若氏为辐射 在被照面 A C 的入射角，试计算小面源在 A 上产生的辐射照度。
强度定义：I e =仏d Ω可得辐射通量：d^e = LjA S COSd S dl I 在给定方向上立体角为：A C COSr C3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为 A d 的 探测器表面上产生的辐照度。
7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度 M L试有普朗克的辐射公式导出 M⅛温度T 的四次方成正比，即 M=常数T 4这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.67 1O -8W∕n 2K 4 解答：教材P9,对公式M e.（T ）=C ; C 1进行积分即可证明。
丸 e %T —1第二章3.对于3m 晶体LiNbo3,试求外场分别加在x,y 和Z 轴方向的感应主 折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在 X 方向上）解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即 n x =n y =n o 、n z = n e 。
它所属的三方晶 系3m 点群电光系数有四个，即丫 22、Y 烬Y 33、Y 51。
电光系数矩阵为：解：亮度定义：5dlA r COSr r则在小面源在 A C 上辐射照度为:E ed ”e L eL A S COSd SCOS ； C ^d^ ^ ∣H答：由 L e=贏A 乔得 ^=L e dIdACO-， 且 d ι 1二A d COSr I 2 r 2则辐照度: E e= Le 0rdrIr 2 2- 00 0 0 γ 51γ-22γ一22γ220 γ510 013球方程为:1 (-2 - 22E^ 15E n o )x 2(n 2由此可得铌酸锂晶体在外加电场后的折射率椭22E y -113E z )y 2(-733E z )z 22 51 (E z yz E X XZ) - 2 22 E X Xy = In e通常情况下， 向通光，即有 E Z =E y =0,且£ ≠ 0。
光电子技术课后习题
第一章 光电系统的常用光源1、可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？解：可见光的波长为：380~780nm 频率可由公式算出：Hz Cf 146810)89.7~85.3(10)78.0~38.0(103⨯=⨯⨯==-λ 光子的能量范围由公式可算出：J h E 19143410)23.5~55.2(10)89.7~85.3(10626.6--⨯=⨯⨯⨯==ν3、一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
解：lmL R dS L dSd L v v v v v 84830)5.1(14.3427030)5.1(44222=⨯⨯⨯==⨯⨯===Φ∴Φ=⎰πππΘ4、一只He ——Ne 激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad ，激光器的放电毛细管直径为1mm 。
1）求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。
2）若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为0.85，求该屏上的光亮度。
解：1）在nm 8.632=λ时，V （λ）=0.24lm V k v e m 328.010224.0683)()()(3=⨯⨯⨯=Φ=Φ-λλλ 又R r =2sin θ，且θ=1mrad=0.057度，故：41097.42057.0sin 2sin -⨯==o θ 724222221076.7)1097.4(14.3)2(sin )(--⨯=⨯⨯=====ΩθπππR r Rr R dS 则发光强度cd d d I v v v 57102.41076.7328.0⨯==⨯=ΩΦ=ΩΦ=- 光亮度2112352/1035.51)2101(14.3102.4cos cos m cd r I dS dI B v v v ⨯=⨯⨯⨯⨯===-θπθ光出射度25623/1018.41025.014.3328.0)2101(14.3328.0m lm S dS d M v v v ⨯=⨯⨯=⨯=Φ=Φ=-- 2）∵反射比为0.85，v v Φ=Φ'∴85.0，则v v I I 85.0=光照面直径：m d d o23433101.110)95.91(1097.4201012057.0tan 1021012tan 102-----⨯≈⨯+=⨯⨯+⨯=⨯⨯+⨯=⨯⨯+='θ 则屏上的光亮度：29452252/1076.31095.01057.31)2101.1(14.3102.485.0cos cos m cd r I S d I d B v v v ⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=''=''='--θπθ第三章 光辐射探测器9、探测器的W Hz cm D 211110⋅=*，探测器光敏面的直径为0.5cm ，用于Hz f 3105⨯=∆的光电仪器中，它能探测的最小辐射功率为多少？ 解：归一化探测率为21)(f A D D d ∆=* 2222196.0)25.0(14.3)2(cm d r A d =⨯===ππ 则能探测的最小辐射功率为W D fA D NEP d 101131013.310105196.01-*⨯=⨯⨯=∆==11、某测辐射热计的热导K W G t /1066-⨯=，吸收系数为8.0=η，求吸收5μW 辐射功率后产生的温升。
光电子技术课后答案资料
安毓英光电子技术教材课后习题答案详解习 题11. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
2. 如图所示，设小面源的面积为∆A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为∆A c ，到面源∆A s 的距离为l 0。
若θc 为辐射在被照面∆A c 的入射角，试计算小面源在∆A c4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。
6. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长λm 随温度T 的升高而减小。
试由普朗克热辐射公式导出常数=T m λ。
这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.898⨯10-3m ∙K 。
普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。
9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。
你知道这是按什么区分的吗？按色温区分。
习 题21. 何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。
对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。
光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。
第1题图2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。
这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。
5. 何为电光晶体的半波电压？半波电压由晶体的那些参数决定？当光波的两个垂直分量E x'，E y'的光程差为半个波长（相应的相位差为π）时所需要加的电压，称为半波电压。
7. 若取v s=616m/s，n=2.35，f s=10MHz，λ0=0.6328μm，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度L max=?10. 一束线偏振光经过长L=25cm，直径D=1cm的实心玻璃，玻璃外绕N=250匝导线，通有电流I=5A。
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习 题 11. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功 率。
ΩΦd d e e I =， 202πd l R c =Ω 202e πd d l R I I c e e ==ΩΦ 2. 如图所示，设小面源的面积为A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为s ；被照面的面积为A c ，到面源A s 的距离为l 0。
若c 为辐射在被照面A c 的入射角，试计算小面源在A c用定义r r e e A dI L θ∆cos =和AE e e d d Φ=求解。
4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。
6. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长m 随温度T 的升高而减小。
试由普朗克热辐射公式导出 常数=T m λ。
这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.89810-3m K 。
普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。
9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。
你知道这是按什么区分的吗？按色温区分。
习 题 21. 何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口的光辐射的大气衰减因素。
对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。
光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。
l 0 SR c 第1题图L e ∆A s ∆A c l 0 θs θc 第2题图2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？ 是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。
这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。
5. 何为电光晶体的半波电压？半波电压由晶体的那些参数决定？ 当光波的两个垂直分量E x ，E y 的光程差为半个波长（相应的相位差为）时所需要加的电压，称为半波电压。
7. 若取v s =616m/s ，n =2.35， f s =10MHz ，0=0.6328m ，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度L max =? 由公式02202044λλλs s s f nv n L L =≈<计算，得到 6122022max 106328.0410********.24-⨯⨯⨯⨯⨯==λs s f nv L 。
10. 一束线偏振光经过长L =25cm ，直径D =1cm 的实心玻璃，玻璃外绕N =250匝导线，通有电流I =5A 。
取韦尔德常数为V =0.2510-5（）/cm T ，试计算光的旋转角。
由公式L αθ=、VH =α和LNI H =计算，得到VNI =θ。
11. 概括光纤弱导条件的意义。
从理论上讲，光纤的弱导特性是光纤与微波圆波导之间的重要差别之一。
实际使用的光纤，特别是单模光纤，其掺杂浓度都很小，使纤芯和包层只有很小的折射率差。
所以弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构，而且为制造提供了很大的方便。
15. 光波水下传输有那些特殊问题？主要是设法克服这种后向散射的影响。
措施如下：⑴适当地选择滤光片和检偏器，以分辨无规则偏振的后向散射和有规则偏振的目标反射。
⑵尽可能的分开发射光源和接收器。
⑶采用如图2-28所示的距离选通技术。
当光源发射的光脉冲朝向目标传播时，接收器的快门关闭，这时朝向接收器的连续后向散射光便无法进入接收器。
当水下目标反射的光脉冲信号返回到接收器时，接收器的快门突然打开并记录接收到的目标信息。
这样就能有效的克服水下后向散射的影响。
习 题31. 一纵向运用的KDP 电光调制器，长为2cm ，折射率n =2.5，工作频率为1000kHz 。
试求此时光在晶体中的渡越时间及引起的相位延迟。
渡越时间为：d =nL /c 相位延迟因子：t i dm i t t m d m d e i e t d t E n ac t ωτωττωϕϕ)1()()(0---∆=''=∆⎰ 2. 在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个/4波片，波片的轴向如何设置最好？若旋转/4波片，它所提供的直流偏置有何变化？其快慢轴与晶体的主轴x 成45角，从而使x E '和y E '两个分量之间产生/2的固定相位差。
7. 用PbMoO 4晶体做成一个声光扫描器，取n =2.48，M 2=37.7510-15s 3/kg ，换能器宽度H =0.5mm 。
声波沿光轴方向传播，声频f s =150MHz ，声速v s =3.99105cm/s ，光束宽度d =0.85cm ，光波长=0.5m 。
⑴ 证明此扫描器只能产生正常布喇格衍射；⑵ 为获得100%的衍射效率，声功P s 率应为多大？⑶ 若布喇格带宽f =125MHz ，衍射效率降低多少？⑷ 求可分辨点数N 。
⑴ 由公式0204λλs n L L ≈<证明不是拉曼-纳斯衍射。
⑵ 22222cos L M I B s θλ=，⎪⎭⎫ ⎝⎛==L H M HLI P B s s 2222cos θλ ⑶ 若布喇格带宽f =125MHz ，衍射效率降低多少？s sB f nv ∆=∆2λθ，⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=H P v P n f f s B s s θλπρ∆ηcos 2232270 ⑷ 用公式)(λωφφθR N =∆∆∆=和Rf v N s s ∆=∆∆=ωφθ计算。
习题44.1 比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。
答：光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。
探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的部电子状态的改变。
光子能量的大小，直接影响部电子状态改变的大小。
因为，光子能量是hγ，h是普朗克常数,γ是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。
光热效应和光子效应完全不同。
探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。
所以，光热效应与单光子能量hγ的大小没有直接关系。
原则上，光热效应对光波频率没有选择性。
只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。
因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。
值得注意的是，以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温度变化率，比其他光热效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的应用。
4.2 总结选用光电探测器的一般原则。
答：用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配；考虑时间响应特性；考虑光电探测器的线性特性等。
习题55.1 以表面沟道CCD为例，简述CCD电荷存储、转移、输出的基本原理。
CCD的输出信号有什么特点？答：构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)电容器。
正如其它电容器一样，MOS 电容器能够存储电荷。
如果MOS结构中的半导体是P型硅，当在金属电极（称为栅）上加一个正的阶梯电压时（衬底接地），Si-SiO2界面处的电势（称为表面势或界面势）发生相应变化，附近的P型硅中多数载流子——空穴被排斥，形成所谓耗尽层，如果栅电压V G超过MOS 晶体管的开启电压，则在Si-SiO2界面处形成深度耗尽状态，由于电子在那里的势能较低，我们可以形象化地说：半导体表面形成了电子的势阱，可以用来存储电子。
当表面存在势阱时，如果有信号电子（电荷）来到势阱及其邻近，它们便可以聚集在表面。
随着电子来到势阱中，表面势将降低，耗尽层将减薄，我们把这个过程描述为电子逐渐填充势阱。
势阱中能够容纳多少个电子，取决于势阱的“深浅”，即表面势的大小，而表面势又随栅电压变化，栅电压越大，势阱越深。
如果没有外来的信号电荷。
耗尽层及其邻近区域在一定温度下产生的电子将逐渐填满势阱，这种热产生的少数载流子电流叫作暗电流，以有别于光照下产生的载流子。
因此，电荷耦合器件必须工作在瞬态和深度耗尽状态，才能存储电荷。
以典型的三相CCD 为例说明CCD 电荷转移的基本原理。
三相CCD 是由每三个栅为一组的间隔紧密的MOS 结构组成的阵列。
每相隔两个栅的栅电极连接到同一驱动信号上，亦称时钟脉冲。
三相时钟脉冲的波形如下图所示。
在t 1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。
此时φ1电极下的表面势最大，势阱最深。
假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。
t 2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。
t 3时刻，φ2仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。
此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。
t 4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t 1时刻的情况相似，但电荷包向右移动了一个电极的位置。
当经过一个时钟周期T 后，电荷包将向右转移三个电极位置，即一个栅周期（也称一位）。
因此，时钟的周期变化，就可使CCD 中的电荷包在电极下被转移到输出端，其工作过程从效果上看类似于数字电路中的移位寄存器。
φ3φ1φ2t 1t 2t 3t 4 φ3φ1φ2t 1t 2t 3t 4电荷输出结构有多种形式，如“电流输出”结构、“浮置扩散输出”结构及“浮置栅输出”结构。
其中“浮置扩散输出”结构应用最广泛，。
输出结构包括输出栅OG 、浮置扩散区FD 、复位栅R 、复位漏RD 以及输出场效应管T 等。
所谓“浮置扩散”是指在P 型硅衬底表面用V 族杂质扩散形成小块的n +区域，当扩散区不被偏置，即处于浮置状态工作时，称作“浮置扩散区”。
电荷包的输出过程如下：V OG 为一定值的正电压，在OG 电极下形成耗尽层，使φ3与FD 之间建立导电沟道。
在φ3为高电位期间，电荷包存储在φ3电极下面。
随后复位栅R 加正复位脉冲φR ，使FD 区与RD 区沟通，因 V RD 为正十几伏的直流偏置电压，则 FD 区的电荷被RD 区抽走。
复位正脉冲过去后FD 区与RD 区呈夹断状态，FD 区具有一定的浮置电位。
之后，φ3转变为低电位，φ3下面的电荷包通过OG 下的沟道转移到FD 区。