光电子技术安毓英习题课后复习资料
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。
光电子技术复习资料
光电子技术复习资料—一.填空题1. 声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
2. 激光器的三个主要组成部分是：工作物质，泵浦源，谐振腔3. 彩色阴极射线管（CRT）主要由电子枪、韦转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃外壳五部分组成。
4. 1917年,爱因斯坦提出了受激辐射可实现光放大的概念,为激光的发明奠定了理论基础。
1960年7月,美国休斯公司实验室梅曼制成世界上第一台红宝石固态激光器，标志着激光器诞生。
5. 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样,量化,编码。
6. 光纤通信系统的三个传输窗口包括短波长的850 nm波段,长波长的1300 nm 及1550 nm波段。
7按照形成条件液晶可分为溶致液晶和热致液晶，作为显示技术应用的液晶都是热致液晶8. 常见的固体激光器有红宝石激光器,掺钕钇铝石榴石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne激光器, CQ激光器或A叶激光器（写出两种）9. 氦-氖（He-Ne）激光器的工作物质是氦氖混合气体,激光由氖发射.10. 光电探测器的物理效应通常分为两大类：光电效应和光热效应。
11. 光纤色散主要有模式色散, 材料色散, 波导色散三种。
12. 光电池是根据光伏效应效应制成的将光能转换成电能的一种器件13. 激光器按按工作物质分类可分为：固体激光器,液体激光器,和气体激光器14. 半导体的载流子是电子和空穴。
15. 在彩色电视中，通常选用红、绿、蓝作为三种基色光。
16. CCD的基本功能为电荷存储和电荷转移;CCD按结构可分为线阵CCD和—面阵CCD。
17. 热致液晶可以分为近晶相、向列相和胆甾相三种。
18.波分复用器分为发端的合波器器和收端的分波器器。
19. 开放式光学谐振腔（开腔）通常可以分为稳定腔和非稳定腔,共轴球面腔的稳定性条件是:20. 光波在大气中传播时，由于大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起光束的能量衰减；由于空气折射率不均匀会引起光波的振幅和相位起伏。
(整理)光电子技术复习资料
光电子技术复习资料一.填空题1. 声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
2. 激光器的三个主要组成部分是：工作物质 , 泵浦源 , 谐振腔3. 彩色阴极射线管(CRT)主要由电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃外壳五部分组成。
4. 1917年, 爱因斯坦提出了受激辐射可实现光放大的概念, 为激光的发明奠定了理论基础。
1960年7月,美国休斯公司实验室梅曼制成世界上第一台红宝石固态激光器,标志着激光器诞生。
5. 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样，量化，编码。
6.光纤通信系统的三个传输窗口包括短波长的 850 nm波段,长波长的 1300 nm及 1550 nm波段。
7按照形成条件液晶可分为溶致液晶和热致液晶，作为显示技术应用的液晶都是热致液晶8.常见的固体激光器有红宝石激光器 , 掺钕钇铝石榴石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne 激光器 , CO2激光器或Ar+激光器（写出两种） 9.氦-氖(He-Ne)激光器的工作物质是氦氖混合气体,激光由氖发射. 10.光电探测器的物理效应通常分为两大类：光电效应和光热效应。
11.光纤色散主要有模式色散, 材料色散 , 波导色散三种。
12.光电池是根据光伏效应效应制成的将光能转换成电能的一种器件13. 激光器按按工作物质分类可分为: 固体激光器, 液体激光器,和气体激光器 14.半导体的载流子是电子和空穴。
15.在彩色电视中，通常选用红、绿、蓝作为三种基色光。
D 的基本功能为电荷存储和电荷转移；CCD 按结构可分为线阵CCD 和面阵CCD 。
17.热致液晶可以分为近晶相、向列相和胆甾相三种。
18.波分复用器分为发端的合波器器和收端的分波器器。
19.开放式光学谐振腔(开腔)通常可以分为稳定腔和非稳定腔 ,共轴球面腔的稳定性条件是:20. 光波在大气中传播时，由于大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起光束的能量衰减；由于空气折射率不均匀会引起光波的振幅和相位起伏。
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。
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1 •按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光互作用可以分为拉曼一纳斯衍射和布拉格衍射当超声波频率较低，光波平行于声波面入射（即垂直于声场传播方向），声光互作用长度L 较短时，产生拉曼一纳斯衍射。
厶二久厶2•相反情况为布拉格衍射，当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或・1级）（视入射光的方向而定）衍射光，即产生布拉格衍射（类似于闪耀光栅）可使入射光能量几乎全部转移到+1级（或・1 级）衍射极值上。
因而光束能量可以得到充分利用。
利用布拉格衍射效应制成的声光器件可以获得较高的效率。
sin 0B= \ /（2 n Xs ） = Xf s/ （2 n vs ）3•若取vs=616m/s, n=2.35, fs=10MHz,入0=0.6328屮n,试估算发生拉曼•纳斯衍射所允许的最大晶体长度Lmax=?愿L _ 诡丹__ _______ 2.35x616? _______ L v厶）4入.尸计算得到max ~ 4^ ~ 4x0.6328x10_6xl00xl0124•描述大气衰减的朗伯定律，表明光强随传输距离的增加呈指数规律衰减。
5.大气中N2、02分子虽然含量最多（约90%）,但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。
因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。
6•何为大气窗口？简单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。
大气中N2、02分子虽然含量最多（约90%）,但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。
因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。
大乞中除包含上述分子外，还包含有He, Ar, Xe, 03, Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考虑其吸收作用。
光电子技术复习
液晶材料用于显示是利用它在电场 作用下，光学性质发生变化从而对外
部入射光产生调制。
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液 晶 显 示 的 主 要
向 列 相 液 晶 分 子
(fēnzǐ)
材
料
。是
实用中是用30多种单质液晶组成(zǔ chénɡ)混 合液晶。
材料常数B是用来描述热敏电阻材料物理特性的一个参数，又称为热 灵敏指标。在工作温度范围内，B值并不是一个严格的常数, 而是随温度的升 高而略有增大，一般说来，B值大电阻率也高，对于负温度系数的热敏电阻器， B值可按下式计算：
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B 2.303 T1T2 lg R1 T2 T1 R2
（5-21）
❖ （2）热敏电阻阻值(zǔ zhí)变 化量
已知热敏电阻温度系数aT后，当热敏电阻接收入射辐射后温度变化
(biànhuà)△T，则阻值变化(biànhuà)量为
ΔRT=RTaTΔT 式中，RT为温度T时的电阻值，上式只有在△T不大的条件下才能成立。
（3）热敏电阻的输出特性
热敏电阻电路如图5-5所示，图中
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热敏电阻(rè 热敏m电ǐ阻n探d测i器à的n 主z要ǔ参)的数有参：数
（1）电阻-温度特性
热敏电阻的阻温特性是指实际阻值与电阻体温度之间的依赖关系，这是它 的基本特性之一。电阻温度特性曲线(qūxiàn)如图5-1所示。
热敏电阻器的实际阻值RT与其自身温度T的关系有正温度系数与负温度系数 两种，分别表示为：
I2 ns
2q(Id
IS
Ib ) f
(3-7)
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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。
光电技术习题解
教材：安毓英，刘继芳，李庆辉编著《光电子技术》，北京：电子工业出版社，2002《光电子技术》习题解答习 题11.1 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。
解答：根据辐射功率的定义及立体角的计算公式：ΩΦd d ee I =，202πd l R c =Ω 202e πd d l R I I c e e ==ΩΦ1.2 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 c 上产生的辐射照度。
第1题图第2题图用定义rr ee A dI L θ∆cos =和A E ee d d Φ=求解。
1.4 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 不是热辐射。
是电致发光。
1.6 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 。
解答：普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。
教材P81.7 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 。
试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即4T ⨯=常数M这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.67⨯10-8W/m 2K 4 解答：教材P9，并参见大学物理相关内容。
1.9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。
1.10 dv v ρ为频率在dv v v +~间黑体辐射能量密度，λρλd 为波长在λλλd +~ 间黑体辐射能量密度。
已知 ()[]1exp 833-=T k hv c hv B v πρ ，试求λρ。
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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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 e e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=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ΩΦd d ee I =r r ee A dI L θ∆cos =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λm 随温度T 的升高而减小。
试由普朗克热辐射公式导出。
答：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。
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 。
试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即4T ⨯=常数M这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，并参见大学物理相关内容。
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。
10 dv v ρ为频率在dv v v +~间黑体辐射能量密度，λρλd 为波长在λλλd +~ 间黑体辐射能量密度。
已知 ()[]1exp 833-=T k hv c hv B v πρ ，试求λρ。
解答：由C =λυ，通过全微分进行计算。
11 如果激光器和微波器分别在λ=10μm ，λ=500nm 和ν=3000MHz 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？常数=T m λ解答： Nhv P =，λhCNP =12 设一对激光能级为E 2和E 1（g 2=g 1），相应的频率为ν（波长为λ），各能级上的粒子数为n 2和n 1。
求（1）当ν=3000MHz ，T=300K 时，n 2/n 1=？ （2）当λ=1μm ，T=300K 时，n 2/n 1=？ （3）当λ=1μm ，n 2/n 1=0.1 温度T=？。
解答：Chv E E e g g n n kTE E ==-=--λν,,1212121213 试证明，由于自发辐射，原子在E 2能级的平均寿命211A s =τ。
解答： 参见教材P1214 焦距f 是共焦腔光束特性的重要参数，试以f 表示0w ，z w ，()z R ，000V 。
由于f 和0w 是一一对应的，因而也可以用作为表征共焦腔高斯光束的参数，试以0w 表示f 、z w ，()z R ，000V 。
解答：πλf w =()201⎪⎪⎭⎫⎝⎛+==f z w z w w2,221220000L f L w L V s ===λπ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=z f f z f z f z z R 215 今有一球面腔，R 1=1.5m ，R 2=-1m ，L=0.8m 。
试证明该腔为稳定腔；并求出它的等价共焦腔的参数。
解答：221111R Lg R L g -=-=稳定强条件：1021<<g g ，求出g 1和g 2为腔参数。
16 某高斯光束w =1.2mm ，求与束腰相距0.3m ，10m 和1000m 远处的光斑w 的大小及波前曲率半径R 。
解答：πλfw =()201⎪⎪⎭⎫⎝⎛+==f z w z w w()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=z f f z f z f z z R 2第二章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。
答：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。
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：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。
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 0、n z ＝n e 。
它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。
电光系数矩阵为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=0000000002251513313221322γγγγγγγγγij 由此可得铌酸锂晶体在外加电场后的折射率椭球方程为：12)(2)1()1()1(2251233121322202152220=-++++++++-xy E xz E yz E z E n y E E n x E E n x x z z ez y z y γγγγγγγ （1）通常情况下，铌酸锂晶体采用450－z 切割，沿x 轴或y 轴加压，z 轴方向通光，即有E z =E y =0,且E x ≠0。
晶体主轴x,y 要发生旋转，上式变为：1222251222222=-+++xy E xz E n z n y n x x x zy x γγ （2） 因151〈〈x E γ，且光传播方向平行于z 轴，故对应项可为零。
将坐标轴绕z 轴旋转角度α得到新坐标轴，使椭圆方程不含交叉项，新坐标轴取为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡''cos sin sin cos y x y x αααα，z=z ’ （3） 将上式代入2式，取o 45=α消除交叉项，得新坐标轴下的椭球方程为：1''1'1222222022220=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-e x x n z y E n x E n γγ （4）可求出三个感应主轴x ’、y ’、z ’（仍在z 方向上）上的主折射率变成：ez x y x x n n E n n n E n n n =-=+='22300'22300'2121γγ （5）可见，在x 方向电场作用下，铌酸锂晶体变为双轴晶体，其折射率椭球z 轴的方向和长度基本保持不变，而x,y 截面由半径为n 0变为椭圆，椭圆的长短轴方向x ’ y ’相对原来的x y 轴旋转了450，转角的大小与外加电场的大小无关，而椭圆的长度n x ，n y 的大小与外加电场E x 成线性关系。
当光沿晶体光轴z 方向传播时，经过长度为l 的晶体后，由于晶体的横向电光效应（x-z ），两个正交的偏振分量将产生位相差：l E n l n n x y x 22302)''(2γλπλπϕ=-=∆ （6）若d 为晶体在x 方向的横向尺寸，d E V x x =为加在晶体x 方向两端面间的电压。
通过晶体使光波两分量产生相位差π（光程差λ/2）所需的电压x V ，称为“半波电压”，以πV 表示。
由上式可得出铌酸锂晶体在以（x-z ）方式运用时的半波电压表示式：ldn V 22302γλπ=（7） 由（7）式可以看出，铌酸锂晶体横向电光效应产生的位相差不仅与外加电压称正比，还与晶体长度比l /d 有关系。
因此，实际运用中，为了减小外加电压，通常使l /d 有较大值，即晶体通常被加工成细长的扁长方体。
4．一块45度-z 切割的GaAs 晶体，长度为L ，电场沿z 方向，证明纵向运用时的相位延迟为EL r n 4132λπϕ=∆。
解：GaAs 晶体为各向同性晶体，其电光张量为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=41414163000000000000000γγγγ （1）z 轴加电场时，E z ＝E ，E x =E y =0。
晶体折射率椭球方程为：1241222222=+++xy E n z n y n x γ （2） 经坐标变换，坐标轴绕z 轴旋转45度后得新坐标轴，方程变为：1''1'12224122412=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+n z y E n x E n γγ （3） 可求出三个感应主轴x ’、y ’、z ’（仍在z 方向上）上的主折射率变成：nn E n n n En n n z y x =+=-='413'413'2121γγ （4）纵向应用时，经过长度为L 的晶体后，两个正交的偏振分量将产生位相差：EL n L n n y x 4132)''(2γλπλπϕ=-=∆ （5）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？答：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。
6．在电光晶体的纵向应用中，如果光波偏离z 轴一个远小于1的角度传播，证明由于自然双折射引起的相位延迟为2220012θωϕ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆e n n n c L，式中L 为晶体长度。