光电子技术作业解答

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，

dE

dh

计算得：

2丁

1

-m时书上的照度最大。

2 2

d

dA

l o d

dA

(1)

d

dA cos dA h

L2h2(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 V

638 0.24 3 10 3

0.49 lm

发光强度:

6.24 105 cd

亮度：L 轴

dl 5

6.24 10

（2）由题意知, dAcos

3 2

4

(10 )

10米远处的照明区域直径为:

10 3 10

从而照度为：E

0.49

11 2

7.59 10 cd/m

10

4D 2

6238.9 lx

2 2

(10 )

（3）透射率：T （熙提）

L 轴

104 7.95 1011

1.26 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. he

hv

知：

当E

he

621 .6nm

2ev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)