光电子技术基础课后答案
智慧树答案光电子技术基础知到课后答案章节测试2022年
绪论1.世界上第一台激光器是 ( )。
答案:红宝石激光器2.光电子学是光子学与电子学相合而形成的一门学科。
（）答案:对3.光电子学的研究对象是光波段的电子学。
（）答案:对4.世界上第一台激光器是氦氖激光器。
（）答案:错5.信息技术的支柱产业包括光电子技术和计算机技术。
（）答案:错第一章1.欲使光在两种介质的界面上发生全反射，下面说法正确的是（）。
答案:光从介质射向空气，入射角大于临界角2.可见光的波长范围为（）。
答案:400-760nm3.光密介质中的场为均匀平面波。
（）答案:错4.一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布儒斯特角则在界面的反射光为完全偏振光。
（）答案:对5.光密介质中合成场的电场和磁场分量的相位差为（）。
答案:π/2第二章1.1966年，（）等提出了实现低损耗光纤的可能。
答案:高锟2.要使光纤导光必须使（）。
答案:纤芯折射率大于包层折射率3.光纤的数值孔径与（）有关。
答案:相对折射差4.在非对称平板波导中，基模可以在任何频率下存在，但在对称的平板波导中则必须在入射光频率高于一定值时才能实现基模传输。
（）答案:错5.在平面介质波导中，当所有满足θ>θ12>θ13时，入射角均可形成导波。
答案:对第三章1.当一束光射入某些晶体时，出射光会分为两束偏振方向不同的光，向两个方向折射，该性质体现了晶体的（）。
答案:各向异性2.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了（）。
答案:45°3.发生拉曼-纳斯声光衍射必须满足的条件是（）。
答案:超声波频率低，光束传播方向垂直于声波的传播方向，声光作用长度短4.晶体的光轴是指晶体中固定的方向，光沿该方向传播时有双折射现象产生。
（）答案:错5.晶体的电光系数越大，对应的半波电压也越大。
（）答案:错第四章1.下面哪个光学现象是源于三阶非线性极化张量χ(3)的是（）。
答案:光学相位共轭2.关于晶体的非线性效应，说法不正确的是（）。
张永林 第二版《光电子技术》课后习题答案.doc
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：1.6~3.2eV1.2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量？为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，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。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（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为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.362 1.15102(1cos )2(1cos 0.001)1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v v v v v K V lmd I d S Rh R R I cd dI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v v v v v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
张永林第二版《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：1.6~3.2eV1.2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量？ 为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，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。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（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为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
光电子技术课后答案
第二章: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？⑴1.5n = 正入射时，当n =时，膜系起到全增透作用5 1.225n ==，正入射下相应的薄膜厚度最薄为 00.750.15344 1.225h m nλμ===⨯⑵正入射时，反射率为222200002222000022()cos ()sin 22()cos ()sin G G G G n n nhnhn n n n n n nh nhn n n n ππλλρππλλ-+-=+++正220022220002()cos 3.57%22()cos ()sin G G G nhn n n n nhnhn n n n πλππλλ-==+++⒌一束波长为0.5 m μ的光波以045角从空气入射到电极化率为20.6j ＋的介质表面上，求⑴此光波在介质中的方向（折射角）。
⑵光波在介质中的衰减系数。
⑴2123n =+=n = 由112sin sin n n θθ=得2sin 6θ=2arcsin 6θ= ⑵衰减系数72(0.6)0.6 1.310nr k πλ=-⨯-=⨯=⨯⒍输出波长λ＝632.8nm 的He-Ne 激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS 和2ThF 形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。
问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系数大于99.5％？设玻璃的折射率G n ＝1.5 由题意： 02220220()0.995()P H H LG P H H L Gn n n n n n n n n n λρ⎡⎤-⎢⎥⎢⎥=≥⎢⎥+⎢⎥⎣⎦正，，即22222.5 1.51()1.5 1.50.99752.5 1.51()1.5 1.5P P -≤-+ 即 250.0025() 1.5 1.99753P ⨯⨯≥25()532.73P≥ 212.3P = 7P ≈ 故至少涂覆7个双层。
光电子技术课后习题答案
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ΩΦd d ee I =， 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:r r ee A dI L θ∆cos =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 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？l 0SR c第1.1题图L e ∆A s ∆A cl 0 θsθc第1.2题图不是热辐射。
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。
张永林第二版《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：1.6~3.2eV1.2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量？ 为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，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。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（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为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
光电子技术基础_第二版_(朱京平_著)_科学出版社_课后答案
放大，为此，我们引入激活介质的增益系数 G (υ )
G (υ ) =
dI (υ ) I (υ ) dx
式中， dI (υ ) 是传播距离 dx 时的光强的增量。这说明：介质的增益系数在数值上等于光束强 度在传播单位长度的距离时，光强增加的百分数。由于 dI (υ ) > 0 ，因而 G (υ ) > 0 ，所以 G (υ ) 可以表示光在激活介质当中的放大特性。 3.计算与推导 ⑴λ＝0.5μm 时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T=300K 时，什么波长下
= −µ0
∇(∇ E ) − ∇ 2 E ＝ − µ 0
课
∂ 2 (ε 0 E + P) ∂J ∂E ＝ − µ0 − µ 0σ − µ0 s 2 ∂t ∂t ∂t
后
答
∂J ∂2 D ∂E − µ 0σ − µ0 s 2 ∂t ∂t ∂t
案
网
在电介质中，一般有 M = 0 ,从而 µ = µ 0 ， B = µ 0 H ，于是上式可化为
课
后
答
成熟特别是量子阱激光器的问世以及 CCD 的问世。
案
20 世纪 70 年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的
网
20 世纪 60 年代，光电子技术领域最典型的成就是各种激光器的相继问世。
ww
w.
征，是一门新兴的综合性交叉学科。
kh da w. co m
1
第二章 光学基础知识与光场传播规律
⒈填空题 ⑴光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效 应等。光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。 ⑵两束光相干的条件是频率相同、振幅方向相同、相位差恒定，最典型的干涉装置有杨氏 双缝干涉、迈克耳孙干涉仪。两束光相长干涉的条件是 δ = mλ (m = 0, ±1, ±2,LL) δ 为光程差。 ⑶ 两 列 同 频 平 面 简 谐 波 振 幅 分 别 为 E01 、 E02 ， 位 相 差 为 φ ， 则 其 干 涉 光 强 为
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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：1.6~3.2eV1.2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量？为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，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。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（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为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
光电子技术(第三版)课后习题答案《电子工业出版社》.pdf
思路分析：由公式 (z) 0
1 ( z )2 可知，若求 需找出 f，解出 f，代入公式 f
R1
z0
f2 z0
0.3 0.42 0.3
0.83 即可求出结果。解题过程如下：
解：
f L 0.4m 2
(0.3) 0
1 ( 0.3) 2 1.2 10 3 f
1 ( 0.3) 2 1.5 mm 0.4
V000 。 由于f和 w0 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 w0 表示f、 wz ， Rz，V000 。
解答：
w0
f
w wz w0
1
z f
2
V000
1 2
Lw02s
L2 , 2
f
L 2
Rz
z
f2 z
f
z f
f z
1.15 今有一球面腔，R1=1.5m，R2=-1m，L=0.8m。试证明该腔为稳定腔。
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 T 4
这一关系称为斯忒藩——波尔兹曼定律，其中常数为 5.67 108W / (m2 K 4)
思路分析：对公式 M e (T )
C1 5
1 eC2 T
进行积分即可证明。
1
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：
张永林第二版《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：1.6~3.2eV1.2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量？ 为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，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。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（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为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
光电子技术基础 朱京平 答案
那么我们就得到最大模式数为：
代入各层的折射率就可得：
2）要想单模传输：则必须满足，
另外若上下包覆层2和3的折射率相等，则要单模传输，必须满足如下条件。
当只能存在基模时，也就是m小于1，
以上的结果只针对TE模。
如果是针对TM模，也即磁场方向平行于入射面，则反射相移
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P145 习题 7，
答 ：1)根据平面波导理论，
模式数 m应小于等于下式：
对于电场分量和入射面垂直的TE波来说，其中
由于随着波导的模式阶数的提高，角度会随之减少。所以最大的可允许角度为
光电子技术基础课后答案
光电⼦技术基础课后答案《光电⼦技术》参考答案第三章1.⼀纵向运⽤的 KD*P 电光调制器，长为 2cm ，折射率 n =2.5，⼯作频率为 1000kHz 。
试求此时光在晶体中的渡越时间及引起的相位延迟。
解：渡越时间为：L nL2.5 2 10c 2 m 1.671010sdc / n 310 m /s8在本题中光在晶体中的渡越引起的相位延迟量为：210 6Hz 1.6710101.051031m d对相位的影响在千分之⼀级别。
3.为了降低电光调制器的半波电压,采⽤ 4块 z 切割的 KD* P 晶体连接(光路串联,电路并联)成纵向串联式结构。
试问:(1)为了使 4块晶体的电光效应逐块叠加,各晶体 x 和 y 轴取向应如何?(2)若0.628m ,n 01.51,6323.6 10m /V ,计算其半波电压,并与单块晶体调制器⽐较之.。
12 答：⑴⽤与 x 轴或 y 轴成 45夹⾓（为 45°-z 切割）晶体，横向电光调制，沿 z 轴⽅向加电场，通光⽅向垂直于 z 轴，形成(光路串联,电路并联)的纵向串联式结构。
为消除双折射效应，采⽤“组合调制器”的结构予以补偿，将两块尺⼨、性能完全相同的晶体的光轴互成 90串联排列，即⼀块晶体的 y'和 z 轴分别与另⼀块晶体的 z 和 y'平⾏，形成⼀组调制器。
4块 z 切割的 KD P 晶体连接成*⼆组纵向串联式调制器。
（P96） (2)于是，通过四块晶体之后的总相位差为2 L Ld2n 3 or 63V 4 n 3 o r V 63 d相应的半波电压是1 d 1 r 63 L 4 1.51 0.628 10 6 m d 1V dLV0.77310 4 4 n o 33 23.6 10 12m /V L 4 0.19310 4 V dL 该半波电压是单块横向晶体调制器半波电压的四分之⼀倍，是单块纵向晶体调制器半波电压的 1/(2 L/d)倍。
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：1.6~3.2eV1.2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量？ 为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，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。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（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为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001)1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v v K V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==522624.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
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《光电子技术》参考答案第三章1.一纵向运用的 KD*P 电光调制器，长为 2cm ，折射率 n =2.5，工作频率为 1000kHz 。
试求此 时光在晶体中的渡越时间及引起的相位延迟。
解：渡越时间为：L nL 2.5 210c 2 m 1.671010sd c / n 310 m / s 8 在本题中光在晶体中的渡越引起的相位延迟量为：2106Hz 1.6710101.051031 m d对相位的影响在千分之一级别。
3.为了降低电光调制器的半波电压,采用 4块 z 切割的 KD* P 晶体连接(光路串联,电路并联)成纵向串联式结构。
试问:(1)为了使 4块晶体的电光效应逐块叠加,各晶体 x 和 y 轴取向应如何?(2)若0.628m ,n 01.51,6323.6 10m /V ,计算其半波电压,并与单块晶体调制器比较之.。
12 答：⑴用与 x 轴或 y 轴成 45夹角（为 45°-z 切割）晶体，横向电光调制，沿 z 轴方向加电场，通 光方向垂直于 z 轴，形成(光路串联,电路并联)的纵向串联式结构。
为消除双折射效应，采用“组合 调制器”的结构予以补偿，将两块尺寸、性能完全相同的晶体的光轴互成 90串联排列，即一块晶 体的 y'和 z 轴分别与另一块晶体的 z 和 y'平行，形成一组调制器。
4块 z 切割的 KD P 晶体连接成*二组纵向串联式调制器。
（P96） (2)于是，通过四块晶体之后的总相位差为2 LLd2n 3 or 63V 4 n 3 o r V 63 d相应的半波电压是1 d 1 r 63 L 4 1.510.628 10 6 m d 1V dLV 0.7731044 n o 33 23.6 10 12m /V L 4 0.19310 4V dL该半波电压是单块横向晶体调制器半波电压的四分之一倍，是单块纵向晶体调制器半波电压 的 1/(2 L/d)倍。
另一种方法：⑴用 z 切割的 KD P 晶体作纵向电光调制，沿 z 轴方向加电场，通光方向平行于 z 轴，形成*光路串联,电路并联的纵向串联式结构。
具体电路和光路参见下图+ -考虑到电压的配置情况，相邻的 KDP 晶体的 x 和 y 轴要转 90°，即每个晶体依次转 90°。
4块 z 切割的 KD P晶体连接成纵向串联式调制器。
* (2)于是，通过四块晶体之后的总相位差为2 4n 3or 63V 4 cn 3or V 63相应的半波电压是1 1 0.628 10 6 m10.38710V4m /V 4V 4 2n o3r 63 4 2 1.51 3 23.6 10 12 0.96810 3V该半波电压是是单块纵向晶体调制器半波电压的 1/4倍。
该答案可视为符合出题者本意的标 准答案。
5.一钼酸铅(PbMoO )声光调制器,对 He-Ne 激光器进行调制。
已知声功率 P 1W ,声光互作4 s 用长度 L1.8mm ,换能器宽度 H 0.8mm M , 36.31015s 3 kg 1 ,试求钼酸铅声光调制器2 的布拉格衍射效率。
答：光调制器的布拉格衍射效率（2-65）：sin M P 2 sIL 12s2 I H i He-Ne 激光器发出激光的波长是 632.8nm 。
数值计算L sins2 M P 2 s 2 H kgm 2s1.8 36.3 10 sin 2 15 s 3 kg 132 0.6328 106m 0.8 1sin 2 0.7087.用 PbMoO 晶体做成一个声光扫描器，取 n =2.48，M =37.7510s /kg ，换能器宽度-15 34 2 H =0.5mm 。
声波沿光轴方向传播，声频 f =150MHz ，声速 v =3.99105 cm/s，光（声）束宽度 d =0.85cm ， s s 光波长=0.5m 。
⑴证明此扫描器只能产生正常布喇格衍射； ⑵为获得 100%的衍射效率，声功率 P 应为多大？s⑶若布喇格带宽f =125MHz ，衍射效率降低多少？ ⑷求可分辨点数 N 。
答：⑴由（2-55）拉曼-纳斯衍射判定式知道2.483.99 10n2 s40/1.5 102m 38 2L 040.510m63.99 /1.5 240.510 m 42.48 8.77 10 m 0.877mm 4换能器的声光作用长度 L>L ，就可以产生正常布喇格衍射。
在本题中，根据题意，声光晶体作扫 0描器（偏转器）使用，所以声束的宽度应该大于换能器的光束宽度，即：声光作用长 度 >L =0.85cm=8.5mm ，比 L 大一个数量级。
可见，此扫描器只能产生正常布喇格衍射。
L 2 LsinM P 1 ,M P 1， 2 s 2⑵s2 2 sH H P s 2 H (0.510 6 ) 2 0.5 (0.5)31012 2LM 2 28.5 37.75 1015 28.5 0.3775 10130.195W（注：（3-53）式中的角度因子在实际工作中不起作用，取值为 1就可以了）1 1 (2 59)sin2n sB2n s21 2n s 1 1sin, cos 1 B1 B B2 2n s⑶若布喇格带宽f=125MHz ，由（3-55）式知道实际的声束宽度fL sL 2nv s, Lsf2nvss f f sf f s2nv v s2nv s 2 ， 2nv s 2 2 2.48 3.99 2101.510s m s 6 2 2 f f s 0.5106m 1.2510 8 8 2 2 2.48 3.99 0.5 1.25 1.5 2 10 4m 84.2 10 m 8.42mm4 对扫描器而言，总是希望扫描光束的强度最大，即要求衍射效率 η最大。
下面的讨论应该在 该基础上讨论。
（3-46）和（3-55）式是在衍射效率很小的条件下给出的关系式，在扫描器中应该 不成立。
由衍射效率 η公式和带宽 f 公式知道，声束的宽度增加对提高衍射效率有利，对减少带宽有 利。
L 的改变对衍射效率的改变为（在其他条件不变的情况下）L , d bsinsM P sin b L sin 2b L22 s dL 2 H 2 s 2 L b L 2LL L M P s 1 L 2Lsin 2 b LL sin 2M P s2 2 s 2 2 H H 如果该扫描器原设计在衍射效率 η=1的状态下工作，即L M P22 H 2 s则△η=0，即 L 的改变对衍射效率不产生影响。
Nw f s计算，取 R=1或 R=2均可。
v s R⑷用公式w fs 8.5 103m 1.25 108 13 13.9910 mss 8.5 1.25 10 2 2663.99N v s R 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。
4.4已知 Si 光电池光敏面积为 5×10mm ,在 1000W/m 光照下，开路电压 u =0.55V ，光电2 2∞流 i =12mA 。
试求:φ（1）在（200 ~ 700）W/m 光照下,保证线性电压输出的负载电阻和电压变化值; 2（2）如果取反偏压 V = 0.3 V ,求负载电阻和电压变化值; （3）如果希望输出电压变化量为 0.5V ，怎么办？iu（说明：本教科书《光电子技术》给出的参考答案是基于其他教科书的理论给出的结果，只能参 考而已。
从实际应用的角度看，以下的计算结果与教科书的结果基本一致。
） 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：p ' 200W / m 2, u 'oc u oc 2.610 2 ln(P '/ P ) u 'oc u oc 2.610 2ln(200/1000) 0.55 2.6 10 2ln(0.2) 0.51Vp ' 700W /m 2u 'oc u oc2.610 2ln(700/1000) 0.55 2.6 10 2 ln(0.7)0.54V从计算结果看，由于不同光照强度引起的光电池开路电压的变化很小（不到十分之一），在实际问题中可以忽略这个差异。
由（4 -100）式得到光电流与输入光功率的关系ei h P kP在光电池效率不变的条件下，不同光照条件下的光电流与光功率成正比（k 是常数），所以：i ' P ' P '， i 'i Pi P P ' p ' 200W /mp ' 700W /m 2 2 , i ' i P 12mA 200 2.4mA 1000 P ', i ' i P 12mA 7008.4mA1000 根据 P140页关于“保证光电池线性工作的负载电阻 R 的选取原则”的分析和讨论，为保证线性L电压输出，负载电阻应该用（4 -123）式确定。
u oc i 0.6 0.51V 127.5 2.4mAp ' 200W / m p ' 700W / m2 2 , R 0.6 L 1 u oc i 0.6 0.54V 38.6 8.4mA , R0.6 L 2 根据 R 的选取原则的分析知道，为了满足在（200～700）W/m L2 条件下都满足线性关系，负载电阻应该是R min(R ,R ) 38.6L L 1 L 2 在忽略 PN 结漏电流 i 和二极管电流 i 的条件下，i=i ，所以输出电压的变化值是sh D φ u (8.4 2.4)mA R L 6 103A 38.60.232V（2 ）在光电池的应用中，经常需要引入反向偏压，这样可以增加输出电压的变化范围。