光电技术第3章习题.doc

第三章练习题（答案）一、填空题常用光源LD是以受激辐射为基础发相干（激）光，LED以自发辐射为基础发非相干（荧）光。

光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：受激吸收，自发辐射，受激辐射；产生激光的最主要过程是：受激辐射。

激光器由工作物质、激励源（泵浦源）和光学谐振腔三部分组成。

激光振荡器必须包括增益介质、激励源和光学谐振腔。

LD的P-I特性具有阈值特性，其阈值电流随温度升高而升高，当其增大至原来的 1.5 倍时，LD寿命告终。

在半导体激光器P－I曲线中，工作电流小于阈值电流的范围对应于荧光区，工作电流大于阈值电流的范围对应于激光。

光电检测器的作用是进行光/电转换，PIN管本质上是外加反向（或负）偏压的PN结。

常用的导体光电检测器主要有PIN光电二极管（PIN-PD）和雪崩光电二极管（APD）两种，基本原理是通过受激吸收（光电效应）过程实现光电转换。

无源器件主要有光纤连接器、光耦合器、光隔离器、光波分复用器、和光波长转换器、光开关等。

光纤连接器的主要性能指标有插入损耗（介入损耗）、回波损耗、互换性、插拔寿命、重复性、稳定性等。

表示光纤耦合器性能指标的参数有隔离度、插入损耗和分光比等。

二、选择题光纤通信系统中使用的光器件主要有：( D )A 激光器、发光二极管；B 分布反馈激光器、PIN光电二极管；C 半导体激光器、光检测器、分布反馈激光器；D 光源、光检测器、光放大器。

光纤通信系统中常用的光检测器主要有：( B )A. 激光器、发光二极管B. PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管C.分布反馈激光器、PIN光电二极管D. PIN光电二极管、半导体激光器LD光源的作用是：( B )A 产生输入光波信号；B 将电信号电流变换为光信号功率，即实现电-光转换；C 产生输入光功率；D 光波对电信号进行调制，使其载荷信息在光纤中传输。

发光二极管LED产生的光：( A )A 是荧光而不是激光；B 是激光而不是荧光；C 是自然光而不是激光；D 是相干光而不是荧光。

第四章 传感器原理习题4-1以阻值R =120Ω，灵敏系数K =2.0的电阻应变片与阻值120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V ，并假定负载电压为无穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

4-2 在材料为钢的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为Ω120的金属应变片R 1和R 2，把这两片应变片接入差动电桥(题图4-2)。

若钢的泊松比μ=0.285，应变片的灵敏系数K =2，电桥的电源电压U i=2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值∆R =0.48Ω，试求电桥的输出电压U 0；若柱体直径d =10mm ，材料的弹性模量211N/m 102E ⨯=，求其所受拉力大小。

题图4-2 差动电桥电路4-3 一台采用等强度的梁的电子称，在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重量的传感器，如习题图4-3所示。

已知l =10mm ，b 0=11mm ，h =3mm ， 24N/mm 102.1E ⨯=，K =2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V ，求其电压灵敏度(K u=U 0/F)。

当称重0.5kg 时，电桥的输出电压U 0为多大?题图4-3悬臂梁式力传感器4-4 有四个性能完全相同的应变片(K =2.0)，将其贴在习题图4-4所示的压力传感器圆板形感压膜片上。

已知膜片的半径R =20mm ，厚度 h =0.3mm ，材料的泊松比μ=0.285，弹性模量211N/m 102E ⨯=。

现将四个应变片组成全桥测量电路，供桥电压U i=6V 。

求：(1)确定应变片在感压膜片上的位置，并画出位置示意图；(2)画出相应的全桥测量电路图；(3)当被测压力为0.1MPa 时，求各应变片的应变值及测量桥路输出电压U 0；(4)该压力传感器是否具有温度补偿作用?为什么?(5)桥路输出电压与被测压力按是否存在线性关系?题图4-4 膜片式压力传感器4-5一测量线位移的电位器式传感器，测量范围为0~10mm ，分辨力为0.05mm ，灵敏度为2.7V/mm ，电位器绕线骨架外径d =0.5mm ，电阻丝材料为铂铱合金，其电阻率为mm Ω103.25ρ4⋅⨯=-。

第一章1.举例说明你知道的检测系统的工作原理激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。

山于仿制困难，故用于辨伪很准确。

2.简述光电检测系统的组成和特点组成：（1）光学变换：时域变换-------调制振幅，频率，相位，脉宽空域变换-------光学扫描光学参量调制：光强，波长，相位，偏振形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。

（2）光电变换，变换电路，前置放大将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）（3）电路处理放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。

第二章1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。

自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。

受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。

受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。

2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。

粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。

两电极夹有发光材料薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。

3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。

4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有关。

第一章绪论名词解释:1.明适应：从黑暗坏境到明亮环境变化的逐渐习惯过程, 成为明适应。

2.像素: 构成图像的最小单元。

3.对比度: 画面上最大亮度和最小亮度之比。

4、灰度: 画面上亮度的等级差别。

5、分辨率: 单位面积显示像素的数量。

1、简述题:2、显示器件的主要性能指标?有像素、亮度、对比度、灰度、分辨力、清晰度等。

3、人眼的视觉特性光谱效率、视觉二重功能、暗适应、明适应、视觉惰性、闪烁直观性光电显示器件, 按照设备的形态可分为:(1)电子束型, 如CRT ；(2)平板型, 如液晶显示器LCD, 等离子显示器 PDP , 电致发光显示器 ELD, 全彩色LED大屏幕显示器等；(3)数码显示器件。

（可供选择: LCD, LED, CRT, ELD, PDP 等）4、光电显示器件有哪些分类？直观型（主动发光型和被动显示型）；投影型（前投式和背投式）；空间成像型.5.光度学中有哪几个主要物理量？它们是如何定义的? 各自的单位是什么? 光通量: 能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量, 单位是流明(lm)。

发光强度: 为了描述光源在某一指定方向上发出光通量能力的大小, 定义在指定方向上的一个很小的立体角元内所包含的光通量值, 除以这个立体角元, 所得的商为光源在此方向上的发光强度。

单位为坎德拉（cd）。

照度：单位面积上的光通量, 单位是勒克斯（lx）。

亮度：单位面积上的发光强度, 单位为坎德拉/平方米（cd/m2）。

6.描述彩色光的3个基本参量是什么？各是什么含义？答: 色调是指在物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的, 不同波长产生不同颜色的感觉。

色调是彩色最重要的特征, 它决定了颜色本质的基本特征。

颜色的饱和度是指一个颜色的鲜明程度。

饱和度是颜色色调的表现程度, 它取决于表面反射光的波长范围的狭窄性(即纯度)。

在物体反射光的组成中, 白色光越少, 则它的色彩饱和度越大。

明度是指刺激物的强度作用于眼睛所发生的效应, 它的大小是由物体反射系数来决定的, 反射系数越大, 则物体的明度越大, 反之越小。

光电技术第一章参考答案1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？答：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。

2 试写出 e φ、e M 、e I 、e L 等辐射度量参数之间的关系式，说明它们与辐射源的关系。

答：辐（射）能：以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用符号表示，其计量单位为焦耳（J ）。

e Q e Q 辐（射）通量e φ：在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称为辐（射）通量，以符号e φ表示，其计量单位是瓦（W ），即 e φ =dt dQ e 。

辐（射）出（射）度：对面积为A 的有限面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量d e M e φ与之，该面元面积d 比，定义为辐（射）出（射）度e M 即M A e =dA d e φ。

其计量单位是瓦每平方米[W/m 2]。

辐（射）强度：对点光源在给定方向的立体角元e I Ωd 内发射的辐射通量e d φ，与该方向立体角元Ωd 之比，定义为点光源在该方向的辐（射）强度，即e I e I =Ωd de φ，辐射强度的计量单位是瓦特每球面度（W/sr ）。

第3章练习题（答案）第三章练习题（答案）⼀、填空题1.常⽤光源LD是以受激辐射为基础发相⼲（激）光，LED以⾃发辐射为基础发⾮相⼲（荧）光。

2.光与物质的粒⼦体系的相互作⽤主要有三个过程是：受激吸收，⾃发辐射，受激辐射；产⽣激光的最主要过程是：受激辐射。

3.激光器由⼯作物质、激励源（泵浦源）和光学谐振腔三部分组成。

4.激光振荡器必须包括增益介质、激励源和光学谐振腔。

5.LD的P-I特性具有阈值特性，其阈值电流随温度升⾼⽽升⾼，当其增⼤⾄原来的 1.5 倍时，LD寿命告终。

6.在半导体激光器P－I曲线中，⼯作电流⼩于阈值电流的范围对应于荧光区，⼯作电流⼤于阈值电流的范围对应于激光。

7.光电检测器的作⽤是进⾏光/电转换，PIN管本质上是外加反向（或负）偏压的PN结。

8.常⽤的导体光电检测器主要有 PIN光电⼆极管（PIN-PD）和雪崩光电⼆极管（APD）两种，基本原理是通过受激吸收（光电效应）过程实现光电转换。

9.⽆源器件主要有光纤连接器、光耦合器、光隔离器、光波分复⽤器、和光波长转换器、光开关等。

10.光纤连接器的主要性能指标有插⼊损耗（介⼊损耗）、回波损耗、互换性、插拔寿命、重复性、稳定性等。

11.表⽰光纤耦合器性能指标的参数有隔离度、插⼊损耗和分光⽐等。

⼆、选择题1.光纤通信系统中使⽤的光器件主要有：(D )A 激光器、发光⼆极管；B 分布反馈激光器、PIN光电⼆极管；C 半导体激光器、光检测器、分布反馈激光器；D 光源、光检测器、光放⼤器。

2.光纤通信系统中常⽤的光检测器主要有：(B )A. 激光器、发光⼆极管B. PIN光电⼆极管、APD雪崩光电⼆极管C.分布反馈激光器、PIN光电⼆极管D. PIN光电⼆极管、半导体激光器LD3.光源的作⽤是：(B )A 产⽣输⼊光波信号；B 将电信号电流变换为光信号功率，即实现电-光转换；C 产⽣输⼊光功率；D 光波对电信号进⾏调制，使其载荷信息在光纤中传输。