光纤通信计算题(免费)

1、普朗克辐射定律

黑体为理想的余弦辐射体，其光谱辐射出射度M e,s,λ（角标“s”表示黑体）由普朗克公式表示为：

())

1e (π252,s ,e -=kT hc

h

c T M λλλ 式中，k 为波尔兹曼常数；h 为普朗克常数；T 为绝对温度；c 为真空中的光速。 上式表明，黑体表面向半球空间发射波长为λ的光谱，其辐射出射度M e,s,λ是黑体温度T 和波长λ的函数，这就是普朗克辐射定律。

2、斯忒藩-波尔兹曼定律

将黑体的普朗克公式对波长λ求积分，得到黑体发射的总辐射出射度：

⎰∞

==04,s ,e s ,e d T M M σλλ 式中，σ是斯特藩-波尔兹曼常数，它由下式决定：

428234

5K Wm 1067.515π2---⨯==c

h k σ 可见，M e, s 与T 的四次方成正比，这就是黑体辐射的斯忒藩-波尔兹曼定律。

3、维恩位移定律

将黑体的普朗克公式对波长λ求微分后令其等于0，则可以得到峰值光谱辐射出射度所对应的波长λm 与绝对温度T 的关系为：

)(2898m T

m μλ= 可见，峰值光谱辐出度对应的波长与绝对温度的乘积是常数。当温度升高时，峰值光谱辐射出射度对应的波长向短波方向位移，这就是维恩位移定律。

将式λm 代入普朗克公式，得到黑体的峰值光谱辐出度：

)(10309.1512155,s ,e ----⋅⋅⋅⨯=K m cm W T M m μλ

以上三个定律统称为黑体辐射定律。

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1、在卫星上测得大气层外太阳光谱的最高峰值在0.465μm 处，若把太阳作为黑体，试计算太阳表面的温度及其峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 。

【解】：2898m T λ=628980.46510-=⨯36.2310≈⨯（K ）

（4分）

峰值光谱辐射出射度为：155,s ,e 10309.1-⨯=T M m λ5151.309623210-=⨯⨯

41.2310≈⨯()512---⋅⋅⋅K m cm W μ

2、在距离标准钨丝灯2m 远处放置一个照度计探头，已知探头的光敏面积为0.5 cm 2，若照度计测得的最大照度为100(lx)。试求：（1）标准钨丝灯在该方向的发光强度？（2）它所发出的总光通量？（3）所发出的总辐射通量？

【解】：（1）先计算光电探头对标准钨丝灯所张的立体角：

)sr (1025.12

105.0524

2--⨯=⨯==Ωr S 再计算光电探头所接收的光通量：S E v v =Φ4105.0100-⨯⨯=3100.5-⨯=（lm ） 计算灯在该方向上的发光强度：ΩΦ=v v I 531025.1100.5--⨯⨯=400=（cd ）

（2）灯所发出的总光通量为：

)l (500010

25.14100.5453v v m S E Φ≈⨯⨯⨯=Ω=--ππ （3）灯所发出的总辐射通量为：()W 2941.175000w v e ≈==

K ΦΦ

3、将标准钨丝灯为黑体时，试计算它的峰值辐射波长，峰值光谱辐射出射度和它的总辐射出射度。

【解】：标准钨丝灯的温度为T W =2856K ，因此它的峰值辐射波长为：

015.12856

28962898≈==T m λ(μm) 峰值光谱辐射出射度为：155,s ,e 10309.1-⨯=T M m λ=1.309×28565×10-15

≈248.73()512---⋅⋅⋅K m cm W μ

总辐射出射度为()

426484,1077.328561067.5---⋅⋅⨯≈⨯⨯=⨯=K m W T M s e σ

4、假设将人体作为黑体，正常人体温的为36.5℃。

计算：（1）正常人体所发出的辐射出射度为多少W/m 2？

（2）正常人体的峰值辐射波长为多少μm ？峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 为多少？

（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 又为多少？

【解】：（1）人体正常体的绝对温度为T =36.5+273=309.5（K ），根据斯特藩-波尔兹曼辐射定律，正常人体所发出的辐射出射度为：

())m /W (27.5205.3091067.524

84s ,e ≈⨯⨯=⨯=-T M σ （2）由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为：T

m 2898=λ≈9.36μm 峰值光谱辐射出射度为：()154155,s ,e 105.309309.110309.1--⨯⨯=⨯=T M m λ

≈3.72 ()512---⋅⋅⋅K nm cm W

（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为：）（μm 32.938

27328982898≈+==

T m λ 发烧时的峰值光谱辐射出射度为： ()155

155,s ,e 10311309.110309.1--⨯⨯=⨯=T M m λ≈3.81()512---⋅⋅⋅K nm cm W #############################

1、什么是三基色原理？彩色重现是什么含义？√

【答】三基色具有独立性，三基色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。三基色具有最大的混合色域，其他色彩可由三基色按一定的比例混合出来，并且混合后得到的颜色数目最多。

人眼的三种感色细胞——感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞，具有合色的能力。当一复色光刺激人眼时，人眼感色细胞可将其分解为红光、绿光、蓝光三种单色光，然后混合成一种颜色。正是由于这种合色能力，才能识别除红、绿、蓝三色之外的更大范围的颜色。（Page76-77）

2、简述液晶的种类和特点。√

【答】液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。熔致液晶要溶解在水或有机溶剂中才显示出液晶态，液晶受控于浓度条件。热致液晶则要在一定的温度范围内才呈现出液晶态，液晶光电效应受温度条件控制。（Page91-92）

3、简述等离子显示的主要发展水平和研究动向。

4、简述PN 结电致发光原理。√

【答】当在PN 结施加正向电压时，会使势垒高度降低，耗尽层减薄，能量较大的电子和空穴分别注入到P 区或N 区，同P 区的空穴和N 区的电子复合，同时以光的形式辐射出多余的能量。（Page88）

5、已知GaAs 禁带宽度为1.4 eV ，求GaAs 的LED 的峰值波长。而实测GaAs 的LED 的峰值波长为1 127 nm ，为什么？√

【答】峰值响应波长取决于制造光敏电阻所用半导体材料的禁带宽度，其值可由下式估算：

nm 7.885104

.124.11024.133g g m ≈⨯=⨯==E E hc λ （Page160） 因为在光电半导体中，杂质和晶格缺陷所形成的能级与导带间的禁带宽度比价带与导带间的主禁带宽要窄得多，因此波长比峰值响应波长长的光将把这些杂质能级中的电子激发到导带中去，从而使光敏电阻的光谱响应向长波方向有所扩展。（Page160）

6、简述高场交流电致发光（ACEL ）发光原理。

7、液晶有何特点？它主要有哪些电光效应?主要有哪些应用？√（Page93-94）

【答】液晶的二个显著的特点：（1）液晶的各向异性——在外电场作用下，分子的排列极易发生变化，P 型液晶分子长轴方向平行于外电场方向，N 型液晶分子长轴方向垂直于外电场方向。（2）液晶的双折射——偏振平行于光轴的光在传播时所经历的折射率为非常光n e = n ∥，偏振垂直于光轴传播的光所经历的折射率为寻常光n 0 = n ⊥。