光电子技术作业解答
（完整版）光电子技术题目与答案
（完整版）光电子技术题目与答案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2) 自发跃迁是指处于高能级的粒子自发地跃迁到低能级上。
受激跃迁是指由于外界辐射场作用而产生的粒子能级间的跃迁。
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，其中均匀展宽有自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，非均匀展宽有多普勒展宽、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、钛宝石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne激光器、Ar激光器、CO2激光器（写出两种）。
5) 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；其静止质量为零。
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) 简述光子的基本特性。
答：1、光子能量E与光波频率v对应：E=hv2、光子具有运动质量m，m=E/c2=hv/c23、光子的动量与单色平面波矢对应：P=?k4、光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向5、光子具有自旋性，并且自旋量子数为整数1)声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射，布喇格衍射两种类型。
2) 磁光效应是指外加磁场作用所引起的材料光学各项异性，法拉第磁光效应的规律（1）对于给定的介质，光振动面的旋转角与样品的长度和外加的磁感应强度成正比（2）光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右方向互换。
3) 电致折射率变化是指晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电场后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小型变，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。
4) 光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的宽带或传输容量，多模光纤的色散主要有模色散、材料色散、波导色散1)光束调制按其调制的性质可分为调幅，调频，调相，强度调制。
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。
光电子作业答案
光电子作业答案第一章1-2辐射量与光度量的根本区别是什么？答：辐射量是物理学中对电磁辐射测量的方法来描述光辐射的一套参量是客观物理量光度量则是以人的视觉为基础，对光辐射进行测量的科学，所以光度量主要体现了人眼的视觉特性。
1-8激光有哪些特点？激光器有哪三部分组成，每部分的主要作用？答：（1）激光特点：高亮度，高方向性，高单色性和高度的时间空间相干性（2）激光器的组成：工作物质，光学谐振腔，泵浦源。
（3）作用：工作物质是提供形成激光的能级结构体系，是激光产生的内因；光学谐振腔是提供反馈放大结构使受激辐射的方向性单色性提高；泵浦源是提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因1-9是叙述半导体发光二极管和半导体激光器在结构上和发光机理上的差异？答：两者都是由半导体PN结构成的，对PN结正向注入电流，电子与空穴复合发光。
区别：LED没有谐振腔，它的发光基子自发辐射，发出的荧光是非相干光，LD的发光基于受激辐射，发出的是相干光----激光，LED的体积小，结构简单，耗电少，寿命长，造价低，应用广泛。
1-11为什么二能级系统不能产生激光？答：因为B12=B21=B => 吸收速率和受激辐射速率相等所以W12=W21=W令E1，E2能级上单位体积内的原子数分别是n1,n2 所以dn2/dt=w(n1-n2)-n1A21 令dn2/dt=0(稳定时) 所以n2/n1=w/(A2+w) 由式看到无论泵浦源怎样A21+w总是大于w即n2总小于n1只有当w十分大时n2/n1才近似等于1，所以不能发生粒子数反转及而能级系统不能产生激光。
三能级要实现粒子数反转必须把基态上一半以上的粒子抽运到亚稳态，这个需要很大外力作用很难实现。
1-12分析四能级和三能级激光器相比所具有的优点。
答：三能级中粒子数反转在E2和E1之间，由E2能级作为亚稳态，基态能级上聚集大量粒子，要实现n1<n2.外界抽运后相当难。
四能级粒子数反转是在E2和E1之间，下能级是E2，并不像E1上会聚大量粒子相反地，E2能级上的粒子数很少，很容易实现粒子数反转节省了能量。
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,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。
光电子技术基础习题答案
第一章绪论1.光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件。
光源器件分为相干光源和非相干光源。
相干光源主要包括激光和非线性光学器件等。
非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。
2传输3202020世纪80年代，出现了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的得到了迅速发展；也出现了保偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。
20世纪90年代，掺铒光纤放大器(EDFA)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，形成了光纤通信产业；。
另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已成为计算机存储数据的重要手段。
21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示都提出了严峻的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的增强等都更加依赖于信息的广度、深度和速度。
⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。
如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。
相差为φ，则cos φ，两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±±的光经过孔径D 的小孔在焦距处的衍射爱里斑半径为1.22f Dλ。
⒉在玻璃( 2.25,1)r r εμ==上涂一种透明的介质膜以消除红外线(0.75)m λμ=的反射。
⑴求该介质膜应有的介电常量及厚度。
⑵如紫外线(0.42)m λμ=垂直照射至涂有该介质膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少？⑴ 1.5n =正入射时，当n =膜系起到全增透作用 1.225n ==，正入射下相应的薄膜厚度最薄为⑵正入射时，反射率为⒊有两个具有共轭复振幅的单色波，具有相同的频率，其复值分别为()U r 及*()U r 。
比较它们的强度、波前和波前法线。
以平面波(()exp(x U r A jk +=-与球面波()()exp()U r A r jkr =-为例。
《光电子技术》(B)参考答案及评分细则
西南科技大学2011-2012-2学期《光电子技术》本科期末考试试卷（A卷）参考答案及评分细则一、选择题（10分，2分/题，多选、少选、错选和不选均不得分）1、光电子技术的主要特征是（ A B C D）A.光源激光化B.传输波导化C.手段电子化D.模式和处理方法光学化2、激光的性质主要有（A B C D）A.波粒二象性B.偏振性C.费米粒子D.空间相干性3、大气衰减主要与（ A C）有关A.分子吸收B.离子散射C.气溶胶吸收D.电子散射4、拉曼-纳斯衍射的特点有（ A B C D ）A.形成与入射方向对称分布的多级衍射光B.衍射效率与附加相位延迟有关C.只限于低频工作，只具有有限的带宽D.声光介质可视为“平面相位栅”5、以下几种探测器属于热探测器的有（ A B C D）。
A. 热电偶型B. 热释电型C. 高莱气动型D. 热敏电阻型二、判断题（10分，2分/题，对用“√”、错用“×”标记）6、大气分子在光波电场的作用下产生极化，并以入射光的频率作受迫振动。
√7、某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变，这种现象称为电光效应。
√8、一般声光调制器中的声波是由超声发生器直接作用在光波上实现的。
×9、和光电导探测器不同，光伏探测器的工作特性要复杂一些。
通常有光电池和光电二极管之分，也就是说，光伏探测器有着不同的工作模式。
√10、为了改善环境，国家大力发展光伏行业中，最主要原因是生产LED等成本低。
×三、填空题（10分，2分/题）11、激光器中出现的受激辐射是指若原子受到一个满足频率条件的外来光子的激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同频率的光子来。
12、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。
13、电致折射率变化是指晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电场后，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。
光电子技术解题指导
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：因为ΩΦd d ee I =，且在立体角内的辐射通量全部照在面元上。
面元的 ⎰⎰Φ=Φ=Φ⇒Ω=Φe e e e e d I d I d d e 根据立体角定义可知：2cos d l ds α=Ω，这里的0=α，代入上式， 得到：202e πd l R I I c e e =Ω=Φ⎰解答完毕。
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。
解答：因为ss es e e A I ds dI L θθcos cos ∆==，推出：s s e e A L I θcos .∆= 又因为Ω∆=Φ⇒ΩΦ=d A L d I s se e ee θcos .d d第1题图第2题图推出：202cos .cos .cos .cos .cos .l A A L l ds A L d A L cc s s e cs s e s s e e θθθθθ∆∆==∆=Ω∆=Φ⎰⎰最后根据2cos .cos .d d l A L AE cc s e ee θθ∆=Φ=⎰ 解答完毕。
1.31.4 霓虹灯发的光是热辐射吗？霓虹灯是离子发光，不是热辐射。
1.51.6 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：在普朗克公式 ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=1exp 252T k hc hc T M B b e λλπλ中，为运算简便起见，令212hc C π=，Tk hcx B λ=则λλλd Tx hck d Tk hc dx B B 22-==将上述各量代入普朗克公式中，得到：()()1555551-=x B b e e c h Tk x C T M λ根据维恩位移定：()()()015.125455551=---=x xx B b e e e x x e c h T k C dx T dM λ 推出055=--xx xe e ，用近似法解此超越方程，得到：965.4965.4B m m B k hcT Tk hc x =⇒==λλ，代入数据可以求得等式右边是常数，其值为()K m ⋅⨯-310898.2解答完毕。
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,习题解答
16. Nd-YAG激光器的1.0um荧光谱线宽度是1.95×109Hz，若激光腔长为1.5m，问激光器能有几个激光振荡，设折射率u=1
解：
17.产生激光振荡的频率，其振荡模式（纵）取决于什么条件？
答：
18.
19.某高斯光束腰斑大小W0=1.14mm，λ=10.6um，求与束腰相距30cm，10m，1000m处光斑大小W及波前曲率半径R0。
答：由谐振腔系数g, g1=1-L／R1，g2=1-L／R2判别。
0<g1g2<1（稳）g1g2>1或g1g2<0（非）g1g2=0或1（临界腔）
10.光学谐振腔有哪两种重要作用？如何说明这两种作用？
答①正反馈作用：通过谐振腔的结构类型
②控制振荡光束的作用：谐振腔模式：纵模和横模，对入射光频率具有选择性。
充入N2的作用是提高Co2分子的泵浦速率，为Co2激光器高效运转提供可靠的保证。
23.以红宝石激光器与Nd-YAG激光器为例，具体阐述四能级系统达到粒子反转阈值条件比三能级系统低。
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
答：自发辐射系数：A21=
受激辐射系数：
受激吸收系数：
关系：
13.谱线宽度的定义？何为均匀和非均匀加宽？具体有哪几种？
答：原子的自发辐射发出的光并不是单一频率的单色光，具有一定的宽度，称为谱线宽度；自然加宽对每个原子来说都是一样，称为均匀加宽，非均匀加宽指由不同分子向谱线的不同频率发射引起的；均匀加宽有自然加宽和压力加宽；非均匀加宽有多普勒加宽。
光电子技术课后答案期末考试
光电子技术课后答案期末考试一、简答题（共10题，每题2分）1.光电效应是指什么现象？请举例说明。
光电效应是指当光照射到金属表面时，金属中的自由电子被光子激发后脱离金属表面成为自由电子的现象。
例如，太阳能电池中的光电效应将太阳光转化为电能。
2.光纤通信的工作原理是什么？光纤通信是利用光纤作为传输介质，通过光的全反射来传输信号。
光信号被转换为光脉冲后，通过发射器发送到光纤中。
光脉冲沿着光纤传输，在传输过程中会发生衰减和色散，因此需要使用光纤放大器和补偿器来补偿这些损耗。
最后，光脉冲到达接收器，转换为电信号进行解析和处理。
3.请简述激光有哪些特点，并说明其应用领域。
激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特点。
单色性指激光是单一频率的光束；方向性指激光具有非常狭窄的束发散角，能够聚焦在非常小的区域；相干性指激光光束的波长相位关系保持稳定；高亮度指激光具有很高的光功率密度。
激光的应用领域非常广泛，包括激光加工、医疗器械、通信、测量仪器等。
它在材料切割、焊接、打标、光刻等方面有重要应用；在医学领域，激光被用于手术切割、皮肤美容等；在通信领域，激光被用于高速光纤通信；在测量仪器中，激光被用于测距、测速等。
4.光栅的工作原理是什么？光栅是一种光学元件，可以通过光的干涉作用将入射光分解成多个不同波长的次级光波。
光栅的工作原理基于光的干涉，当入射光线通过光栅时，光栅上的间隙会产生光的干涉，使得光被分解成不同波长的光，从而形成光的光谱。
光栅的分辨本领取决于光栅的刻线数量和入射光的波长。
5.请简述光电二极管的结构和工作原理。
光电二极管是一种半导体器件，其结构由P型半导体和N型半导体组成。
当光线照射到P-N结上时，光子激发了半导体材料中的电子，使其跃迁到导带中，产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对在电场的作用下会转移到两侧的电极上，产生电流。
6.光电二极管的特性曲线是什么样的？光电二极管的特性曲线呈现出光电流和反向饱和电流之间的关系。
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。
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。
光电子技术答案整理
第一章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 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。
2) 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，其中均匀展宽有 自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，非均匀展宽有 多普勒展宽与残余应力展宽。
3) 常见的固体激光器有 光泵激励，红宝石激光器，钕激光器，钛宝石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne 激光器，Ar 离子激光器，CO2激光器，（写出两种）。
4) 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；其静止质量为 零 。
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。
5) 简述光子的基本特性。
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)ων ==h E ；（2）22ch c E m ν==，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6) 简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。
必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。
充分条件：起振——阈值条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗。
稳定振荡条件——增益饱和效应（形成稳定激光）。
组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。
作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。
泵浦源（激励源）：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。
谐振腔：(1) 使激光具有极好的方向性( 沿轴线) (2) 增强光放大作用( 延长了工作物质 )(3) 使激光具有极好的单色性( 选频 )第二章1) 声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，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。
光电子技术答案解析
光电子技术练习及思考题解答（收集整理版）配套光电子技术（第3版）安毓英刘继芳李庆辉冯喆珺编著电子工业出版社由于水平有限，练习及思考题解答难免有错误之处，敬请指正。
欢迎大家交流学习习 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。
解：ΩΦd d e e I =， 202πd l R c =Ω202e πd d l R I I c e e ==ΩΦ2. 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：用定义rr ee A dI L θ∆cos =和A E e e d d Φ=求解。
3.假设有一个按郎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e L 均相同。
试计算该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度。
解：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量，因为余弦辐射体的辐射亮度为eoe eo dI L L dS== 得到余弦辐射体的面元dS 向半空间的辐射通量为 0e e e d L dS L dS ππΦ==又因为在辐射接收面上的辐射照度e E 定义为照射在面元上的辐射通量e d Φ与该面元的面积dA 之比，即ee d E dAΦ=第1题图第2题图所以该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度为e e dL dSE A π=单位是2/W m4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 解： 不是热辐射。
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λm 随温度T 的升高而减小。
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赖老师的课到期中考试为止一共有9次作业，依次分别由冯成坤、饶文涛、致远、黄瑜、陈奕峰、周维鸥和陆锦洪同学整理，谨此致谢!作业一：1、桌上有一本书，书与灯至桌面垂直线的垂足相距半米。
若灯泡可上下移动, 上照度最大？（假设灯的发光强度各向通性，为10）解：设书的面积为dA则根据照度的定义公式：为求最大照度，对（3）式求导并令其等于零，dEdh计算得：2丁1-m时书上的照度最大。
2 2ddAl o ddA(1)ddA cos dA hL2h2(L2h2)3/2将（2）式代入（1）式得到：其中d 为上图所示的立体角。
因而有:(2)l0(?h2)3/2(3)黄善津、刘明凯、郑灯在桌上面多高时，书因而，当高度为2、设He-Ne 激光器中放电管直径为1mm 发出波长为6328埃的激光束，全发散角为q=10-3rad ，辐射 通量为3mW ，视见函数取 V （6328）=0.24，求：（1） 光通量，发光强度，沿轴线方向的亮度？ （2） 离激光器10米远处观察屏上照明区中心的照度？（3） 若人眼只宜看一熙提的亮度，保护眼镜的透射系数应为多少？作业二1、 说明蓝色火焰与黄色火焰的色温谁高，为什么？ 答：色温是用黑体的温度来标度普通热辐射源的温度。
如果热辐射体的光色与温度为T 的黑体的光色完全一样，则称该热辐射体的色温为 T o由维恩位移定律m /T（其中2898 m K），可知，峰值波长m 与温度成反比， 峰值波长随温度升高而蓝移。
因为蓝色火焰发出的光波长比黄色火焰的小，所以蓝色火焰的色温高。
2、 何谓标准照明体与标准光源？初级和次级标准光源？ 答：标准照明体指特定的光谱功率分布。
CIE 针对不同的用途定义了不同的标准照明体，其中常用的三种标准照明体为：标准照明体A :温度为2856K 的黑体所发出的光谱 标准照明体B:相关色温约为4874K 的直射阳光的光谱 标准照明体C:相关色温为6774K 的平均日光的光谱 标准光源指实现标准照明体的发光源。
常用标准光源有三种：黑体、钨带灯、钨管灯。
黑体是初级 标准光源，经过它校准的为次级标准光源，如钨带灯、钨管灯。
3、说明气体放电发光的工作原理？假设气体放电灯中所充工作气体的激发态与基态能量差为 2eV,贝U此灯发什么颜色光？答：气体放电指电流通过气体媒质时产生的放电现象。
气体放电的种类很多，但在光源中用得 较多的是辉光和弧解：（1）光通量:K m V638 0.24 3 10 30.49 lm发光强度:6.24 105 cd亮度：L 轴dl 56.24 10（2）由题意知, dAcos3 24(10 )10米远处的照明区域直径为:10 3 10从而照度为：E0.4911 27.59 10 cd/m104D 26238.9 lx2 2(10 )（3）透射率：T （熙提）L 轴104 7.95 10111.26 10 8光放电两类。
气体放电灯结构：放电气体、阴极、阳极和玻璃罩气体放电发光的基本过程：①、初始电子加速②、加速电子与气体分子碰撞，能量传给气体分子，使其激发、跃迁到高能级③、受激发分子返回基态时，发射光子，即发光。
E 由. hehv知：当Ehe621 .6nm2ev时，，为橙光。
4、高压气体放电灯与低压气体放电灯的光谱特点？答：高压气体放电灯因为其气压大于一个大气，相邻原子接近，原子之间的相互作用加强，导致工作气体的原子或分子谱线展宽，并迭加在较强的连续背景光谱上。
显色性较好。
通常发光效率随压力增加而提高。
低压气体放电灯：气压在101-10-2乇的气体光源。
其光谱特点是表现为工作原子或分子的发射谱线，即单个原子的线状光谱，带有明显的特征颜色，显色性不好。
5、卤钨循环原理及如何改善白炽灯性能?答：在白炽灯中充入卤族元素，在适当的温度下，从灯丝蒸发出的钨在泡壁区域内形成挥发性的卤钨化合物。
当卤钨化合物扩散到较热的钨丝周围区域时分解，释放出来的钨沉积在灯丝上，而卤素扩散到温度较低的泡壁区域在继续与钨化合，形成钨的再生循环。
通过这种方法，是卤钨灯比白炽灯具有以下特点：体积小；光通量稳定；光效率高，20-30流明/瓦；；色稳高，达3300K ；寿命长。
作业三1、产生激光的必要充分条件？四能级激光器的工作阈值为何低? 解：(1)、产生稳定激光输出地条件如下：必要条件：至少为三能级体系，能够实现粒子数反转。
充分条件：光学正反馈和大于阈值的泵浦功率。
(2)对于四能级系统(E3E2的跃迁)，E2能级几乎为空，即N2 0,故有:A32 N3A32(N3 N2)E3能级布居数的衰减由E1E4的抽运补偿，有：IB14N1 A32 (N 3 N2)N 2 N i N o /2能级E 2中的布居数的减少由E lE 3的抽运补偿:N 3 N 2N 3 N 2比较（1）、2）两式，可发现四能级系统的抽运阈值多了一个激发因子：-一N -，而且-一N - 1。
N i N i所以四能级系统的工作阈值远低于三能级系统。
2、何为激光的横模与纵模？答：横模：指光束横截面上的能量分布。
通常用横电模 TEM mn 表示，其中TEM oo 为基横模。
纵模：指激光器振荡的一个频率或该频率电磁波在谐振腔内形成的驻波的能量分布模式。
它是由于谐振腔的选频作用引起的。
3、比较红宝石激光器与Nd:YAG 激光器的性能? 解：如表：作业四故其阈值抽运强度为:I th(N 3 N 2) A 32B 14 N 11 N 3 N2 B l4 32N l(1)对三能级系统（E 2E i 的跃迁），在粒子数反转不大时，有: 即:A 21 1 thB 13 21（2）B13N 1IB 13 A?i N 2答：（1）氦氖激光器的工作物质是Ne, He作为辅助气体。
气体以低压形式封装于玻璃管内。
通过两端电极的高压作用产生辉光放电。
高速电子激发He原子由1S到2S态。
He的2S态中的21S态23S态分别与Ne的2S和3S态能量非常接近，通过碰撞的形式引起能量的共振转移，使Ne的2S和3S态得到激发。
当然Ne本身也可以在高速电子激发下被激发至高能态。
Ne的受激发射可以发出3种波长：0.6328um, 1.15um,3.39um。
其中3.39um的增益最大。
为实现0.6328um的输出，需要利用玻璃或石英窗口吸收 3.39um的辐射，从而对其进行抑制。
亦可利用轴向非均匀磁场产生塞曼效应，使3.39um谱线加宽从而降低增益。
（2）由于激光器在工作过程中会受到各种环境因素的扰动，激光器本身的参数也相应地扰动。
结果是使得由这些参数确定的频率发生漂移。
例如：由纵模f 2mc/Ln，m N，n为介质折射率，可得f f（ L/L n/n）•（3）为实现稳频，可通过几方面的方法。
a.利用低膨胀系数的材料制造腔管b.将谐振腔的腔镜固定在殷钢等低膨胀系数材料的支架上。
c.防震，恒温等d.更高的频率稳定度可使用饲服系统，通过频率漂移的方向和大小对激光器的参数进行调控，使频率稳定于参考标准频率附近的目的。
2•何谓准分子？准分子激光的能级结构？为何准分子激光的频谱较宽？如何泵浦？答：（1）准分子是一种束缚在电子受激态中的分子。
它的基态位能无极小值，即没有稳定的基态，但却存在稳定的受激态（亚稳态）。
准分了能级结肉（2）能级结构如右图（3）虽然准分子的能级结构有利于形成粒子数反转，但由于基态的不稳定性，跃阡能量有一定的范围，频谱较宽。
（4）由于准分子上能级寿命较短，需要运用快速泵浦。
一般采用高强度短脉冲电子束激励。
以气体为例，泵浦过程中相对论电子激励稀有气体混合物，产生受激稀有气体原子、离子，从而使泵浦能量转化为气体的受激能量。
（详细请参阅课本p95）3.染料激光器中激光“猝灭”指什么？如何消除？答：（1）“猝灭”简而言之就是染料对自身所发出的激光的再吸收而导致激光无法起振。
具体而言，染料的能态存在自旋S=0的单态和S=1三重态，跃迁选择定则要求△ S=Q 故单重态和三重态之间的跃迁是禁戒的。
但是通过碰撞，单重态S可衰减到三重态Ti，同时由于T i-->S o是禁戒的，于是T1就有可能堆积大量粒子。
由于E si E so E T2E TI,则由Si S0发出的荧光就会被T i- >T2跃迁吸收。
当T1寿命t T> t sT（S和T系间交叉速率），T1会堆积大量粒子，大量吸收荧光，从而出现“猝灭”。
（2）消除“猝灭”的方法关键就是使t T< t sT,通常使用短脉冲光源激励，以及在染料中添加三重态猝灭剂，提高溶液氧含量。
（详见课本pioi）1400-1700cm'1染料分于能级作业五i、何谓激光器的Q值？调Q实质上是调节什么？答：Q指谐振腔的品质因素，它定义为腔内存储的能量与每秒中损耗的能量之比，即式中W为腔内总能量，c为每秒钟损耗的能量，n o为中心频率。
设激光在腔内走一个单程的能量损耗率（包括输出）为d,则光在一个单程中对应的能量损耗为dW设腔长为L,平均折射率为n,光速为c,则光在腔内走单程的时间为nL/c,所以每秒钟损耗的能量为dW/（nL/c）= dWc/nL。
带入Q表达式中得Q上式表明Q值反比于损耗率。
所以调Q就是调节谐振腔的损耗率。
激光振荡需要足够的增益，当损耗过大时，增益不够，激光停止振荡。
所以，调Q能控制激光的振荡。
2、钛宝石激光器的宽发光谱起因？它的谐振腔特点？为什么？答：从钛宝石的能级图（如下图）可以看到，由于钛宝石晶体激发态各振动的能级之间的间小，基态各振动能级间的能级差也很小，因此各自形成很宽的准连续能带，这样电子带间的振动跃迁就形成一个宽的发光谱带。
掺钛蓝宝石具有很强的三阶非线性，利用这一特性可以实现激光的相位调节-自相位调节，锁定不同纵模间的位相，实现锁模运转。
由于自相位调节是一种非线性效应，需要强的光功率密度，所以钛宝石激光谐振强设计中要考虑提高宝石棒中的光功率密度，需要加一对聚焦亚腔，使激光聚焦通过钛宝石棒，获得强的光功率密度，进而强的自相位调节。
2 nl3、绘制如下p、n型半导体形成的p-n结的平衡态能带图?n半导体△酿异质结1、端镜耦合输出调Q和腔倒空调Q技术的工作原理和特点？脉冲透射式Q开关（PTM又称腔倒空。
发展腔倒空技术是为了进一步压缩Q开关脉冲和输出更高的脉冲能量。
可以将腔内全部能量在一个振荡周期内倒出，提高脉冲峰功率一个数量级。
激光是在高Q状态振荡输出的，至少要振荡几个周期，才能有好的相干性、好的方向性和足够的增益。
Q开关脉冲宽度为m2L/c。
激光端镜耦合输出通常只有103左右，剩余的90滋右的能量在腔内没有输出。
2、主动和被动调Q技术有哪些？常见的调Q技术包括机械调Q电光调Q声光调Q和染料调Q四种技术。
其中前三种技术属主动调Q 技术，而染料调Q属被动调Q3、锁模技术分类？各自包括哪些技术？J_______________________________________________________锁模技术包括主动、被动和自锁三种。