光电子技术课程总结和答案

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。

ΩΦd d e e I =， 202πd l R c =Ω 202e 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。

用定义r r ee A dI L θ∆cos =和A E e e d d Φ=求解。

4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。

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。

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21. 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？ l 0 SR c 第1题图L e∆A s ∆A c l 0 θs θc第2题图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。

为了方便同学们复习,我们将网上课件得每一章后面得复习提要总结出来汇总,估计填空题与简答题９０%会从这里出题。

这门考试考察范围非常之广,因此可以说下面得都就是重点。

当然,认为大题考得可能性比较大得有发光强度得参数得计算,异质p-n结得平衡态,电光延迟量得计算与半波电压得推导,电光调制中行波调制器得带宽,倍频匹配角得推导等等。

另有一份期中考试卷子供大家参考。

本份总结5,6,7章由李一伦同学编写,16,1７,18,1９由蔡海霞同学编写,,2０,21,２2由王力同学编写,23,２4及作业题由刘远致同学编写,其余由钟宇君同学编写。

有疑问请大家指出、光电子技术总结第一章1、辐射度量定义、单位、辐射度量学得基本量?辐射度量学描述整个电磁波谱范围得电磁辐射,以辐射能量或辐射功率为基本量。

辐射能量得单位为焦耳,辐射功率得单位为瓦特、2、单色辐射度量定义及其与复色辐射度量得关系?任一光谱辐射度量Xｅ(λ)与其对应得复色辐射度量Ｘｅ之间通过积分关系连接:３、光视效能与光视效率得意义?人眼对不同波长得单位辐射通量得响应,称为光视效能,用K(ｌ)表示,其最大值为Km＝6８3(流明/瓦)(lm/W)。

归一化光视效能称为光视效率,记为V (ｌ),显然,V (λ)= K(λ)/ Km4、光度量定义、单位、光度学得基本量？所谓光度量指描述人眼可见电磁波段范围得电磁辐射得量。

光度学中得基本量选为发光光强,其单位为坎德拉,简称坎,符号为Cd。

5、光度量与辐射度量间得转换?光度量与辐射度量之间通过光视效能联系起来。

6、一个发光强度单位得国际定义？一“坎德拉”定义为:点发光源向给定方向发出Hｚ或５５5ｎm得电磁辐射,其辐射强度为１/68３W／Sr。

第二章1、人造光源得发光效率与理想光效？发光效率就是对人造光源而言得,指光源所发出得光通量与输入得功率之比、理想光效则表示可见光谱范围得辐射功率转换为光通量得效率、2、发射本领、吸收本领与基尔霍夫定律?辐射本领:描述物体热辐射能力,物体得辐射本领用它得光谱辐射出射度表示:吸收本领:描述物体吸收辐射得能力,定义为物体吸收得在λ到λ+dλ范围得辐射通量与入射得同一光谱范围得辐射通量之比:基尔霍夫定律:任何物体得发射本领与其吸收本领之比就是一个与物体性质无关得普适函数,这个普适函数只依赖ｌ与Ｔ两个变量。

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。

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。

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。

为了方便同学们复习，我们将网上课件的每一章后面的复习提要总结出来汇总，估计填空题和简答题90%会从这里出题。

这门考试考察范围非常之广，因此可以说下面的都是重点。

当然，认为大题考的可能性比拟大的有发光强度的参数的计算，异质p-n 结的平衡态，电光延迟量的计算和半波电压的推导，电光调制中行波调制器的带宽，倍频匹配角的推导等等。

另有一份期中考试卷子供大家参考。

本份总结5，6，7章由李一伦同学编写，16，17，18，19由蔡海霞同学编写，，20，21，22由王力同学编写，23，24及作业题由刘远致同学编写，其余由钟宇君同学编写。

有疑问请大家指出。

光电子技术总结第一章1、辐射度量定义、单位、辐射度量学的根本量？辐射度量学描述整个电磁波谱范围的电磁辐射，以辐射能量或辐射功率为根本量。

辐射能量的单位为焦耳，辐射功率的单位为瓦特。

2、单色辐射度量定义及其与复色辐射度量的关系？任一光谱辐射度量Xe(λ)与其对应的复色辐射度量Xe 之间通过积分关系连接：3、光视效能与光视效率的意义？人眼对不同波长的单位辐射通量的响应，称为光视效能，用K(λ)表示，其最大值为Km=683〔流明/瓦〕(lm/W)。

归一化光视效能称为光视效率，记为V (λ)，显然， V (λ)= K(λ)/ Km4、光度量定义、单位、光度学的根本量？所谓光度量指描述人眼可见电磁波段范围的电磁辐射的量。

光度学中的根本量选为发光光强，其单位为坎德拉，简称坎，符号为Cd 。

5、光度量与辐射度量间的转换？光度量与辐射度量之间通过光视效能联系起来。

6、一个发光强度单位的国际定义？一“坎德拉〞定义为：点发光源向给定方向发出 12540*10Hz 或555nm 的电磁辐射，其辐射强度为1/683W/Sr 。

第二章1、人造光源的发光效率与理想光效？发光效率是对人造光源而言的，指光源所发出的光通量与输入的功率之比。

理想光效那么表示可见光谱范围的辐射功率转换为光通量的效率。

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。

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。

为了方便同学们复习，我们将网上课件的每一章后面的复习提要总结出来汇总，估计填空题和简答题90%会从这里出题。

这门考试考察范围非常之广，因此可以说下面的都是重点。

当然，认为大题考的可能性比拟大的有发光强度的参数的计算，异质p-n 结的平衡态，电光延迟量的计算和半波电压的推导，电光调制中行波调制器的带宽，倍频匹配角的推导等等。

另有一份期中考试卷子供大家参考。

本份总结5，6，7章由李一伦同学编写，16，17，18，19由蔡海霞同学编写，，20，21，22由王力同学编写，23，24及作业题由刘远致同学编写，其余由钟宇君同学编写。

有疑问请大家指出。

光电子技术总结第一章1、辐射度量定义、单位、辐射度量学的根本量？辐射度量学描述整个电磁波谱范围的电磁辐射，以辐射能量或辐射功率为根本量。

辐射能量的单位为焦耳，辐射功率的单位为瓦特。

2、单色辐射度量定义及其与复色辐射度量的关系？任一光谱辐射度量Xe(λ)与其对应的复色辐射度量Xe 之间通过积分关系连接：3、光视效能与光视效率的意义？人眼对不同波长的单位辐射通量的响应，称为光视效能，用K(λ)表示，其最大值为Km=683〔流明/瓦〕(lm/W)。

归一化光视效能称为光视效率，记为V (λ)，显然，V (λ)= K(λ)/ Km4、光度量定义、单位、光度学的根本量？所谓光度量指描述人眼可见电磁波段范围的电磁辐射的量。

光度学中的根本量选为发光光强，其单位为坎德拉，简称坎，符号为Cd 。

5、光度量与辐射度量间的转换？光度量与辐射度量之间通过光视效能联系起来。

6、一个发光强度单位的国际定义？一“坎德拉〞定义为：点发光源向给定方向发出 12540*10Hz 或555nm 的电磁辐射，其辐射强度为1/683W/Sr 。

第二章1、人造光源的发光效率与理想光效？发光效率是对人造光源而言的，指光源所发出的光通量与输入的功率之比。

理想光效那么表示可见光谱范围的辐射功率转换为光通量的效率。

《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。

安毓英光电子技术教材课后习题答案详解习 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。

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 c4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。

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。

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21. 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。

第1题图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。

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）22c h c Em 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。

光电子技术复习题总结（2012.6.1）第一章：光的基础知识及发光源1.光的基本属性？光具有波动和粒子的双重性质，即具有波粒二象性。

2.激光的特性？（1）方向性好（2）单色性好（3）亮度高(4)相干性好3.玻尔假说：定态假设和跃迁假设？（1）定态假设；原子存在某些定态，在这些定态中不发出也不吸收电磁辐射能。

原子定态的能量只能采取某些分立的值E1、 E2 、……、En ，而不能采取其它值。

（2）跃迁假设；只有当原子从较高能量En的定态跃迁到较低能量Em的定态时，才能发射一个能量为h4.光与物质的共振相互作用的三种过程？受激吸收、自发辐射、受激辐射5.亚稳态？自发辐射的过程较慢时，粒子在E2能级上的寿命就长，原子处在这种状态就比较稳定。

寿命特别长的激发态称为亚稳态。

其寿命可达10-3~1s，而一般激发态寿命仅有10-8s。

6.受激辐射的光子性质？受激辐射的光子的频率、振动方向、相位都与外来光子一致。

7.受激吸收和受激辐射这两个过程的关系？宏观表现？两能级间受激吸收和受激辐射这两个相反的过程总是同时存在，相互竞争，其宏观效果是二者之差。

当吸收过程比受激辐射过程强时，宏观看来光强逐渐减弱；反之，当吸收过程比受激辐射过程弱时，宏观看来光强逐渐加强。

8.受激辐射与自发辐射的区别？最重要的区别在于光辐射的相干性，由自发辐射所发射的光子的频率、相位、振动方向都有一定的任意性，而受激辐射所发出的光子在频率、相位、振动方向上与激发的光子高度一致，即有高度的简并性。

9.光谱线加宽现象？由于各种因素影响，自发辐射所释放的光谱并非单色，而是占据一定的频率宽度，分布在中心频率v0附近一个有限的频率范围内，自发辐射的这种现象称为光谱线加宽。

10.谱线加宽的原因？由于能级有一定的宽度，所以当原子在能级之间自发发射时，它的频率也有一个变化范围△vn.11.谱线加宽的物理机制分为哪两大类？它们的区别？分为均匀加宽和非均匀加宽两大类。

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。

安毓英光电子技术教材课后习题答案详解习 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。

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 c4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。

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。

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21. 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。

第1题图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。

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。