光电子技术(安毓英)习题答案
光电子技术安毓英第五章课后习题参考答案1
5.1以图中p型半导体器件为例，栅极加正电压超过MOS晶体管的开启电压时，在半导体金属界面会形成深度耗尽层，称为电子的势阱。
当有光照时，光生电子会聚集在势阱中，形成电荷存储。
以图中三相CCD结构为例，相邻三个栅极电压从高电平依次降低到低电平，为一个周期。
每个栅极电压降低过程与下一个栅极高电平重合。
这样三个栅极位置的电子势阱会依次减小，消失与出现。
存储电子会随着势阱位置的移动发生转移。
电荷输出：外加放大电路，利用电荷电势进行放大，输出信号CCD输出信号的特点：1.信号电压是在浮置电平基础上的负电压2.每个电荷包的输出占有一定的时间长度3.在输出信号总叠加有复位期间的高电平脉冲根据这些特点，对CCD的输出进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平，复位高脉冲及抑制噪声。
5.2光电成像系统利用的都是帧扫描方式，完成一帧扫描所需要的时间称为帧时T，单位时间完成的帧数称为帧速 F, 它们的关系是T=1/F5.3(1)F=0.3m(2) W=n*α=128*a/f=128x100um/0.3m=4.26x10-2 rad5.5从目标调制度（对比度）到人眼观察到，总的调制函数为各个调制函数的乘积，光学体统调制传递函数为MTF O, 人眼能感知的极限调制度为0.026，则0.5×MTF O×0.9×0.5×0.95×0.5≥0.026MTF O≥0.245.7(1)像增强器CCD (ICCD)可以探测微光图像，但是其内经过光子-电子的多次转换，图像质量会有损失，光锥中光纤光栅干涉波纹，折断和耦合损失都将使ICCD输出噪声增加，对比度下降，动态范围减小，影响成像质量。
（2）薄型背向CCD器件灵敏度高，噪声低，但当照度低于10-6 lx 时，只能依赖图像增强来提高增益，克服噪音（3）电子轰击型CCD简化了光子多次转换过程，信噪比大大提高，与ICCD相比，电子轰击型CCD具有体积小，重量轻，可靠性高，分辨率高及对比度好等优点。
光电子技术(安毓英)习题答案
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。
.1.2.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。
1.4.霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。
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 。
普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。
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。
习题22.1.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。
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第1题图吸收特性，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？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。
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∆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 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：2cos 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=+=⎰⎰∞20022227.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 M=常数4T ⨯。
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，对公式2151()1e C TC M T eλλλ=-进行积分即可证明。
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 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：L e∆A s∆A cl 0θsθc第1.2题图⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=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。
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》章节练习题及答案
《光电子技术》章节练习题及答案第一章一、填空题1、色温是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。
其并非热辐射光源本身的温度。
2、自发跃迁是指处于高能级的一个原子自发地向低能级跃迁，并发出一个光子的过程。
受激跃迁是指处于高能级态的一个原子在一定的辐射场作用下跃迁至低能级态，并辐射出一个与入射光子全同的光子的过程。
3、受激辐射下光谱线展宽的类型分为均匀展宽和非均匀展宽，其中均匀展宽主要自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，非均匀展宽主要有多普勒展宽与残余应力展宽。
4、常见的固体激光器有红宝石激光器、钕激光器或钛宝石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne 激光器、CO 2激光器或Ar +激光器（写出两种）。
5、光是一种以光速运动的光子流，光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，光子和其它基本粒子一样，光子和其它基本粒子一样，具有具有能量、动量和质量；其静止质量为0 。
6、激光与普通光源相比具有如下明显的特点：方向性好、单色性好、相干性好，强度大。
7、设一个功率100W 的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其辐射强度为100/4π W/sr 。
8、设一个功率100W 的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在1m 远处形成的辐射照度为100/4π W/m 2。
9、设一个功率100W 的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在2m远处形成的辐射照度为100/16π W/m 2。
二、解答题1、简述光子的基本特性（10分）[答]：光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有能量、动量和质量。
它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：（1）w n ==h E ；（2）22c h c E m n ==，光子具有运动质量，但静止质量为零；（3） k P =；（4）、光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向；（5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子。
光电子技术答案
《光电子技术》标准答案一、名词解释1. 声光效应：由于声波作用而引起光学性质变化的现象。
2. 色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。
3. 外差探测：利用一个频率与被测相干辐射的频率相近的参考激光辐射在探测元件（通常由光电导材料、光生伏打材料或光电发射材料制成）中与被测辐射混频而产生差频。
4. 光（电）导效应：光照变化引起半导体材料电导变化的现象5. NEP ：单位信噪比时的信号光功率二、填空题1. ()lm V K s m 328.010224.06833=⨯⨯⨯==-φλφν2. 3. 受激辐射，自发辐射4. 不响应5. 利用PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作6. 瑞利散射，米氏散射7. 18. 磁光效应9. 普通二极管，恒流源（光电流源）三、不定项选择题1. ABCD2. ABC3.ABC4.C5.BC四、简答题1. 光纤（光导纤维）是一种能够传输光频电磁波的介质波导，利用光全反射原理将光波约束在其界面内，并引导光波沿着光纤轴线方向传播。
它由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和护套三部分组成。
光纤的色散会使脉冲信号展宽，即限制了光纤的带宽或传输容量。
2. 电光数字式扫描器由电光晶体和双折射晶体组合而成,它能使线偏振光分成互相平行、振动方垂直的两束光，其间隔 b 为分裂度，ε为分裂角（也称离散角）。
若把n 个这样的数字偏转器组合起来，就能做到n 级数字式扫描。
3. 布拉格衍射产生条件、特点及方程方程：s ss B f nv n 22sin λλλθ== 条件：声波频率较高，声光作用长度较大，光束与声波波面间以一定的角度入射，介质具有“体光栅”的性质。
特征：衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光。
4. 电光调制即利用电光晶体的特征实现对光信号的调制⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆==ππϕV V I I T i o 2sin 2sin 22 五、证明、计算、推导1. 证明：SNRe hv NEP i s 1∙∙=ηηfhv NEP ∆=2f e P P P n s SNR s n e ∆==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=200αs s P i α=2. 计算数值孔径及最大入射角数值孔径..0.542N A ===由0max ..sin N A n ϕ=得最大入射角 0max 0.542arcsin 24.051.33ϕ== 3. 横向应用半波电压的表达式及特点)1(1222222=++z y x n z n y n x)2(1121212111625242232222212=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛xy n xz n yz n z n y n x n )3(1312j j ij i E n ∑==⎪⎭⎫ ⎝⎛∆γ电场沿Z 轴+坐标轴旋转2263202632211)5(1111e z z y z ox n n E n n E n n =-=+='''γγ)7(633⎪⎭⎫⎝⎛=L d r n V o λπ 横向运用特点：无论采用那种方式，总的相位延迟不仅与所加电压成正比，而且晶体的长宽比(L/d)有关。
第二版《光电子技术》课后习题答案
1・1可见光的波长.频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400-760nm频率：385T~790THz 400T-750THz能量：l ・6~3・2cV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度 戢？为了泄量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特 性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的左量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参 数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区別在于：前者是物 理（或客观）的讣量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐 射谱区，对辐射量进行物理的计量：后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看 见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于 O.38~O.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何 意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的il •算公式中不能出现光度量.光源在 给定波长入处，将入〜X+dX 范囤内发射的辐射通M d<Pe,除以该波长入的光子能量h V,就得到光源在入处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3 -只白炽灯，假设齐向发光均匀，悬挂在离地而l ・5m 的髙处，用照度计测得正下方地 而的照度为301X,求出该灯的光通量。
0>=L*4 n R A 2=30*4*3.14* 1.5A 2=848.2引x1・4 一支氨■就激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW.该激光束的平而发散角 为lmrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通呈:、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85,求该屏 上的光亮度。
= 683x0.265x2x107 = 0.3 62/,77 "令・(>1) _ 0.362 7lS _ XO.OOO52 Z = 10/zz » r = O.OOO5ZZ7 (P6), d /• 2 A7 = O.85^v = 0.85——:——— = 0.85 ・疋厶 — v v as cose v /2c 如0.85 £厶,升 r —= =1 55cd / m dGdS cos 3 dG 2兀 1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升2兀Rh s Q =-—— = 2兀(1 — cos △e、（几） 2兀（1 — cos &） 0.362 2兀(1 — cos 0.00 1) "40)= △e 。
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(全)
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 r dSd 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 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：20cos 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 ee L d rlrdrlL E πθπ=+=⎰⎰∞2022224. 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,习题解答
1. 什么是光电子技术？当前光电子技术备受重视的原因是什么？答：光电子技术是研究从红外波、可见光、X射线直至γ射线波段范围内的光波。
电子技术，是研究运用光子和电子的特性，通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的科学。
因为光电子技术的飞速发展，使得光电子技术逐渐成为高新科学技术领域内的先导和核心，在科学技术，国防建设，工农业生产、交通、邮电、天文、地质、医疗、卫生等国民经济的各个领域内都获得了愈来愈重要的应用，特别是正逐渐进入人们的家庭，因此光电子技术备受重视。
2. 什么叫光的空间相干性？时间相干性？光的相干性能好差程度分别用什么衡量？它们的意义是什么？答：空间相干性是指在同一时刻垂直于光传播方向上的两个不同空间点上的光波场之间的相干性，空间相干性是用相干面积Ac来衡量，Ac愈大，则光的空间相干性愈好。
时间相干性是指同一空间点上，两个不同时刻的光波场之间的相干性，用相干时间t c=L c／c来衡量，t c愈大，光的时间相干性愈好。
3. 世界上第一台激光器是由谁发明的？它是什么激光器？它主要输出波长为多少？答：1960年5月16日、美国梅曼博士、红宝石激光器、6943Å。
4. 自发辐射与受激辐射的根本差别是什么？为什么说激励光子和受激光子属同一光子态？答：差别在有没有受到外界电磁辐射的作用；因为有相同的频率、相位、波矢和偏振状态。
5. 为什么说三能级系统实现能态集居数分布反转要比四能级系统困难？答：因为三能级系统的上能级为E2，下能级为E1，在E2上停留的时间很短，而四能级系统在E3上呆的时间较长，容易实现粒子数反转。
6. 激光器的基本组成有哪几部分？它们的基本作用是什么？答：组成部分：工作物质、泵浦系统、谐振腔工作物质提供能级系统、泵浦源为泵浦抽运让粒子从下能级到上能级条件、谐振腔起正反馈作用7. 工作物质能实现能态集居数分布反转的条件是什么？为什么？对产生激光来说，是必要条件还是充分条件，为什么？答：工作物质要具有丰富的泵浦吸收带，寿命较长的亚稳态，要求泵浦光足够强；必要条件，因为它还以kkk谐振腔内以提供正反馈。
2019年光电子技术安毓英习题答案.doc
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。
.1.2. 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。
1.4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。
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 。
普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。
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？第1题图第2题图按色温区分。
习题22.1. 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。
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？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。
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。
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课后题答案1．1设半径为R c 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,如下图所示。
试计算该点光源发射到圆盘的辐射功率。
思路分析：要求e φ由公式e e d E dA φ=，ee d I d φ=Ω都和e φ有关，根据条件，都可求出。
解题过程如下: 法一ee d E dAφ=故：20cR e e E dA πφ=⎰又:20ee I E l =代入上式可得：220e e c I R l φπ=法二:ee d I d φ=Ω220c R l e e Id πφ=Ω⎰220e c e I R l πφ=1.2如下图所示，设小面源的面积为s A ∆，辐射亮度为L e ，面源法线与ｌ0的夹角为s θ;被照面的面积为c A ∆,到面源s A ∆的距离为ｌ0。
若c θ为辐射在被照面c A ∆的入射角,试计算小面源在c A ∆上产生的辐射照度。
思路分析:若求辐射照度e E ，则应考虑公式20ee I E l =。
又题目可知缺少Ｉe ，则该考虑如何求I e 。
通过课本上的知识可以想到公式cos ee dI L dS θ=,通过积分则可出Ｉe 。
解题过程如下：解：20ee I E l =由cos ee dI L dS θ=可得cos sA e e I L dS θ∆=⎰= cos e s L A θ∆,故:2200cos e e se I L A E l l θ∆== 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 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E e ，由公式ee d E dAφ=可知，要解此题需求出e d φ,而朗伯体的辐射通量为cos e e e d L dS d L dS φθπ=Ω=⎰,此题可解。
解题过程如下：解：ee d E dAφ=cos e e e d L dS d L dS φθπ=Ω=⎰e e e L dSE L dAππ== 1．４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。
此题不适合做例题，可在相关章节做个小思考题。
１.５刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总是显的特别黑暗，这是为什么? 答:刚粉刷完的房间可以看成一个光学谐振腔,由于刚粉刷完的墙壁比较光滑，容易产生几何偏折损耗，故看起来总是特别黑。
这个题目也是不适合作为例题,可以和1．4题一样以思考题的形式出现。
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m λ随温度T 的升高而减小。
试由普朗克热辐射公式推导出m λT ＝常数这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为32.89810m K -⨯• 思路分析：由公式2151()1e CTC M T e λλλ=-可知,若要求得m λ，可对()e M T λ进行求偏导。
证明过程如下：证明:2151()1e C TC M T eλλλ=-2222261152()51(1)C Te C C T T C e M T C C Te e λλλλλλλλ--∂=-+∂-- 令()e M T λλ∂∂=０，解得: 32.89810m T m K λ-=⨯•。
得证１.7黑体辐射曲线下的面积等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。
试普朗克热辐射公式导出M 与温度的四次方成正比，即M ＝常数4T ⨯这一关系称为斯忒藩——波尔兹曼定律,其中常数为8245.6710/()W m K -⨯• 思路分析：对公式2151()1e C TC M T eλλλ=-进行积分即可证明。
此题和上题极为相似，如果两个都为例题就显很啰嗦,所以我觉得这个题最好放在上个例题的下面,让同学们自己根据例题去练习。
1．8宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的均匀背景辐射相当于3K 黑体辐射,此辐射的单体辐射出射度在什么波长下有极大值?思路分析：通过１．6题不难看出,对于黑体辐射,当辐射出射度取最大值时，波长和温度Ｔ有关系,且乘积为常数，此题便可利用这个关系直接求解。
解题过程如下:解:由１.6可知32.89810m T m K λ-=⨯•T ＝3K30.96610m m λ-=⨯这个题目和１．6题关联性很大,我觉得把这两个合并成一题也行。
您看怎么合并比较合适呢？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? 答:日光型和灯光型是按色温来区别的。
为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质,常用到色温度这个量，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。
这个问题比较简单，本意就只想考查下什么是色温，也就能做个思考题然后引出色温这个概念。
1.11如果激光器和微波激射器分别在λ=1０ｕm,λ=500nm 和υ=３000MHz 输入一瓦的连续功率，问一秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数分别为多少？思路分析：本例题本身从思路上讲还是比较简单的，只要知道能量守恒和cυλ=即可解。
解题过程如下：解：由能量守恒可得:1nh W υ= 1n h υ=当λ=1０ｕｍ时，81316131********cυλ-⨯===⨯⨯ 1913413111 5.03106.62610310n h υ-===⨯⨯⨯⨯ 当λ=500ｎm 时，81429231061050010cυλ-⨯===⨯⨯ 1823414211 2.51106.62610610n h υ-===⨯⨯⨯⨯ 当υ=300０Ｍ时2334911 5.02106.62610310n h υ-===⨯⨯⨯⨯ 1.1２设一对激光能级为E ２和Ｅ1(g 2=ｇ１）,相应的频率为υ，各能级上的粒子数为n 2和n 1。
求:(1)当3000,300MHz T K υ==时,21n n =?（２)当1,300m T K λμ==时,21n n =？(3）当211,0.1n m n λμ==时,温度T=？思路分析：这个题目主要考查的是公式212211B E E k Tn g en g --=,根据题目所给的条件,不难求出结果。
解题过程如下:(１） 2144.81022110.99B B E E h k Tk Tn g eeen g υ-----⨯====（2）由ct λ=可求出cυλ=，代入212211B E E k Tn g en g --=得212122111.4510B B B E E h hc k Tk Tk n g e een g υλ-----====⨯(3) 212211B E E k Tn g en g --==0.1ln 0.1B h k Tυ=-36.2510ln 0.1B h T K k υ=-=⨯1．13试证明，由于自发辐射,原子在E 2能级的平均寿命211/s A τ=证明思路：这个题主要考查的是对A 21的理解。
A 21定义为单位时间内ｎ2个高能态原子中自发跃迁的原子数与n 2比值，即212121()sp dn A dt n = 证明过程如下： 证明:21()sp dn dt为单位时间内自发跃迁的原子数,s τ为平均寿命,可理解为跃迁的时间,故212()sp sdnn dtτ=⨯ 由212121()sp dn A dt n =，代入上式，即可证得211/s A τ= １．14这个题答案为课本P ２1、Ｐ２2两页公式，若作为例题来出不好，直接套公式的题拿来当例题让人看着比较没水平。
1.１5今有一球面腔，R 1=1.5m ，Ｒ2=-1ｍ,L=0.8m 。
试证明该腔为稳定腔。
证明思路:直接从稳定腔的条件入手,111L g R =-，221Lg R =-,解出1g 、2g 看是否满足1201g g <<的稳定条件。
证明过程如下:证明：111Lg R =-=0.46７ 221Lg R =-=1.8 12g g =0．8４符合1201g g <<，得证１．1６某高斯光束0 1.2mm ω=,L=０．8m 求与束腰相距0.3m ，１0ｍ和100０m 远处的光斑ω的大小及波前曲率半径R 。
思路分析：由公式()z ωω=可知,若求ω需找出f,解出f,代入公式221000.40.30.830.3f R z z =+=+=即可求出结果。
解题过程如下:解：0.42Lf m ==(0.3) 1.210 1.5mm ωω-==⨯=(10) 1.21030mm ωω-==⨯=(1000) 1.2103000mm ωω-==⨯= 221000.40.30.830.3f R z z =+=+=222000.41010.01610f R z z =+=+=223000.4100010001000f R z z =+=+=1.２０试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态: （1）00sin(),()x y E E t kz E E cos t kz ωω=-=- （2)00cos(),(/4)x y E E t kz E E cos t kz ωωπ=-=-+ (３）00sin(),()x y E E t kz E E cos t kz ωω=-=--思路分析：判断偏振光的状态,应看相位差ϕ。
解题过程如下： 解:（1） 000sin()(/2),()x y E E t kz E cos t kz E E cos t kz ωωπω=-=--=-(/2)()/2t kz t kz ϕωπωπ=----=-为圆偏振光(２) 00cos(),(/4)x y E E t kz E E cos t kz ωωπ=-=-+(/4)()/4t kz t kz ϕωπωπ=-+--=为右旋椭圆偏振光(３） 00sin()(/2)x E E t kz E cos t kz ωωπ=-=--00()()y E E cos t kz E cos t kz ωωπ=--=-+3(/2)()2t kz t kz πϕωπωπ=----+=-为圆偏振光1.2１已知冕牌玻璃对０．39８8ｕm 波长光的折射率为n=1.5２54６,11.2610dnd λ-=-⨯，求光波在该玻璃中的相速度和群速度。
思路分析：相速度c v n =、群速度(1)g dnv v n d λλ=+,代入求解。
解题过程如下:解:88310 1.97101.52546c v n ⨯===⨯86583100.398810(1)(1)[1( 1.2610)] 1.9101.52546 1.52546g dn c dn v v n d n n d λλλλ-⨯⨯=+=+=+-⨯=⨯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。