玉林师院光电子学期末复习.(DOC)

玉林师院光电子学期末复习

第一章 1.为了衡量光源和光电探测器的性能，需要对光辐射进行定量描述，故引入辐射度学与光度学。

2.光谱光视效率或视见函数:人眼对各种光波长的相对灵敏度.

3.人眼只能感知波长在0. 38—0.78 μm 之间的辐射，故称这个波段的光为可见光。（对绿光最灵敏，红光、蓝光次之）。

4.光通量v Φ ： 单位时间内通过某截面的所右光波长的光能称为光通量，单位为lm (流明)。

5.发光强度v I ：Ω

Φ=d d I v v ，单位为cd （坎德拉），1 cd=1 Im/sr 。发光强度Iv 是光度量中最基本的单位。

6.（简）卤钨循环的过程：卤钨灯点燃后，高温下卤族元素的化合物释放出溴或碘蒸气，灯丝蒸发出的钨分子在温度较低的泡壳附近与溴或碘化合，形成的卤化钨在灯泡内扩散。当扩散到高温灯丝附近，又分解，使钨分子又有很高的机率重新粘在灯丝上。

7.（简）气体放电原理：气体在电场作用下激励出电子和离子，成为导电体。离子向阴极、电子向阳极运动，从电场中得到能量，它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子，也会使气体原子受激，内层电子跃迁到高能级。受激电子返回基态时，就辐射出光子来。

8.（选）

（1）．低压汞灯 ： 主要辐射253.7 nm 的紫外光，用作紫外光源。当在其管壳外再加一个管壳，壳内壁涂以合适的荧光粉时，253.7 nm 紫外光激发荧光粉发出可见光，这就是荧光灯。照明用的日光灯就是荧光灯中的一种。

（2）．高压汞灯：汞蒸气气压为(1~10) x105 Pa 。由于气体密度大，除了受激原子的辐射发光，还有电子与离子的复合发光，激发原子与正常原子的碰撞发光；因而，可见区的辐射明显加强，呈带状光谱，红外区出现弱的连续光谱。在高压汞灯外再加一个荧光壳，就成为高效照明光源。

（3）．球形超高压汞灯 ：汞蒸气气压为1 - 20 MPa ，电子与离子复合发光、激发原子与正常原子碰撞发光更加强烈。光谱线较宽，形成连续背景，可见区偏蓝，红外辐射增强。球形超高压汞灯中，两电极相距在毫米量级，如图1.9所示。球形超高压汞

灯亮度高，是很好的点光源。

（4）．氙灯 ：氙灯的发光材料是惰性气体——氙。高压和超高压的惰性气体放电，气体原子被激发到很高的能级并大量电离。复合发光和电子减速发光大大加强，在可见区形成很强的连续光谱。光谱分布与日光最为接近，色温6 000 K ，亮度高，被称为“小太阳”，寿命可达1 000 h 。 氙灯可分为长弧氙灯（电极间距为15~130 cm ，细管形，工作气压为105Pa ）、短弧氙灯（电极间距在数毫米量级，工作气压为1~2 MPa ，是很好的日光色点光源，常用于电影放映、彩色摄影、照相制版、模拟日光等场合。）和脉冲氙灯（管内气压在100 Pa 以下，由高压电脉冲激发产生光脉冲，在极短的时间（10-9~10-12 s ）内发出很强的光。脉冲氙灯广泛用于固体激光器的光泵、照相制版、高速摄影和光信号源等。）。

9.激光器一般是由工作物质、谐振腔和泵浦源组成的。

10.激光器特点：高亮度、高方向性、高单色性和高度的时间空间相干性。

11.(重点)光和原子的三级跃迁：

（1）.受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子（能量12E E hv -==ε）的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程。

受激吸收特点：处于低能级E1的原子受到外来光子的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程

（2）.自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E2向低能级E1跃迁，同时放出能量为12E E hv -==ε的光子

自发辐射的特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播，是非相干光。下图表示自发辐射的过程

（3）.受激辐射：当受到外来的能量12E E hv -==ε的光照射时，高能级E2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。

受激辐射的特点：当外来激励光子能量为高低两能级能量差时，才能发生受激辐射。受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同，

12.产生激光的条件：

1）合适的工作物质（能实现粒子数反转；具有合适的能级结构（亚稳态能级））

2）具有外界泵浦（外界激励）

3）需要激光谐振腔

4）起振条件——阈值条件G>G0

5）稳定振荡条件——增益饱和效应

13.染料激光器的主要优点是：输出激光波长可以在很宽范围内调谐；有极好的光束质量；激光谱线宽度很窄，可达10 -50 MHz 线宽。

14.（空）电子共有化运动：原来围绕一个原子运动的电子，现在可能转移到邻近原子的同一轨道上去。

15.（空）能带：共有化运动使得本来处于同一能量的电子发生了能量的微小差异。它们的势能具有晶格的周期性。因此，晶体的能谱在原子能级的基础上分裂成能带。

16.（选）

（1）N 型半导体:掺人施主杂质的半导体材料中，自由电子的浓度将高于空穴的浓度。

（2）P 型半导体:掺入受主杂质的半导体材料中，空穴的浓度将高于自由电子的浓度。

17.PN 结加上正向电压时，正向电压基本上加在结区，使势垒降低。

18. LED （发光二极管）与LD （半导体激光器）的根本区别在于：

LED 没有谐振腔，它的发光基于自发辐射，发出的荧光，是非相干光；而LD 的发光基于受激辐射，发出的是相干光——激光。

1.4 一支H 。-Ne 激光器（波长为63

2.8 nm ）发出激光的功率为2 mW 。该激光束的平面发散角为1 mrad ，激光器的放电毛细管直径为1 mm 。

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10 m 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。 ()()()()()()()()222

'''2'22

'''''

252211252232

155285.0cos 85.0cos 85.085.085.021061.40005.0362.01046.10

cos cos cos 1015.1)

001.0cos 1(2362.0)cos 1(2cos 122362.0102265.0683:10005.0101解：----∙=∙=Ω=ΩΦ=∙=Φ==Φ=Φ∙⨯=⨯=Φ=

∙⨯=∆=∆∆==⨯=-=-∆Φ=-==∆=∆Ω∆Ω∆Φ=ΩΦ=

=⨯⨯⨯=Φ=ΦΦ===m cd l r L d dM dS d d B l r L dS d E M m lm dS d M M m cd r I S I dS dI B B cd I R Rh R S d d I I lm

lm V K r m l m rad v v v v v v v v v v v v v v v v v e m v v v v v

v v v

v π

πθπθπλπθθπθπλθππλλλλλθ）据反射比定义，可得

（：光出射度：光亮度其中：发光强度光通量可得

）根据光度学量定义，（，，已知： 1.7分别说明热辐射光源和气体放电光源的发光机理。二者的主要区别是什么？

答：热辐射光源是使发光物体升温到足够高而发光的光源，这类光源在辐射过程中不改变自身的原子、分子的内部状态，辐射光谱是连续光谱。

气体放电光源是气体在电场作用下激励出电子和离子，离子向阴极、电子向阳极运动，从电场中得到能量，它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子，也会使气体原子受激，内层电子跃迁到高能级。受激电子返回基态时，就辐射出光子来。

二者的区别：热辐射光源在辐射过程中不改变自身的原子、分子的内部状态；气体放电光源是气体在电场作用下激励出电子和离子，受激电子从高能态返回基态时辐射出光子。

1.8激光有哪些特点？激光器的基本结构如何？

答：激光的特点：高亮度、高方向性、高单色性、光度的时间空间相干性。激光器一般是由工作物质、谐振腔和泵浦源组成。

1.9试叙述半导体发光二极管和半导体激光器在结构上的差异，以及各自特性上的差异。 答：L ED 与半导体激光器 LD 的主要区别：LED 没有谐振腔，它的发光基于自发辐射，发出的是荧光；而 LD 的发光基于受激辐射，发出的是相干光。二者特性的主要区别：

LD LED 光谱特性 激光；谱线宽度在 nm 量级 荧光；谱线宽度几十 nm