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光电子技术安毓英习题答案全

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第一章IRI，如图1.设在半径为的点源的圆盘中心法线上，距盘圆中心为

为eco所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。

____ e d 解：因为，sdSiR c0

上 为辐射在被照面，到面源 的距离为。若的入射角，试计算小面源在面积为 cccsco产生的辐射

照度。dIe | __________ e cOsA:解：亮度定义

I :强度定c ---------------------

2I0 cosd cOsL A一 cssee E A上辐射照度为：则在小面源在

__________________________________________ e2dA|0,其各处的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） 3.的探测器表面上产生的辐照度。 L均相同，试计算该扩展

源在面积为 A辐亮度de cosA d d LcosdAd Ld d答：由 ，且得 _____________________________

ee 22cOsddA「1旳「2 2 LEdLI 则辐照度： ------------------ eee20022- I 霓虹灯

发的光是热辐射吗？ 4.

在两端放置有电极的真空充入氖或氩等惰性气体，霓虹灯发的光是电致发光, cosld d d 2sinR 2 cro 且 i.i题图第I o 1 2

22R I co | 0 I1 Id 2 所以 eee22R| cO

LIA ；被照面的，面源法线与, 辐射亮度为的夹角为 2.如图所示，设小面源的面积为 sseoA AAAI S处有一个辐射强度

de I

eL d Ie 0 A s cOsAdd L c可得辐射通量：sees cos Acc d 在给定方向上立体角为:

图1.2第 _______________

不是热辐射。

使原子中气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击,

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。 5.刚

粉刷完的房间从房外远处看， 它的窗口总是显的特别黑暗， 这是为什么？容易产生几何答： 刚粉

刷完的房间可以看成一个光学谐振腔，由于刚粉刷完的墙壁比较光滑， 偏折损耗，故看起来总

是特别黑。T的6.从黑体辐射曲线图可以看岀，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长 随温度m升高而减小。试由普朗克热辐射公式导岀 常数T=mC1l M()T证明：eC5 2le T.

CC22 e2T6 )M(T C5C T e11 ________ CC5 2221) i(ee TT)M(T e =0 令，解得：

3 Km T 2.898 10。得证m。试有普朗克的辐射公式 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岀射度 M 与温度T的四次方成正比，即导岀 M订M=常

数4-82 W/m波耳兹曼定律，其中常数为 K5.6710这一关系式称

斯特藩-C11 (T)M P9进行积分即可证明。，对公式解答：教材eC5 21e T黑体辐射，此辐射的 单体辐射岀射度8.宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的均匀背景辐射相当于 3K在什么波长下有极大

值？ T思路分析：通过1.6题不难看岀，对于黑体辐射，当辐射岀射度取最大值时，波长和温度 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：3 K2.898 10m T

可知解：由1.6 mT=3K

3 m 0.966 10m 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？ 常用日光型和灯光型是按色温来区别的。为了表示一个热辐射光源所发岀光的光色性质，答： 。

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 K到色温度这个量，单位

为温度。 ddv d〜〜v dvv间黑体辐射能为频率在 间黑体辐射能量密度， 10.

为波长在v 33 1exp hv 8khvcT量密度。已知，试求。VB C，通过全微分进行

计算。解答：由11如果激光器和微波器分别在入 =10卩m，入=500nm 和v=3000MHz 输岀 当两极间的电压增加到一定数值时,

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?

hCN P Nhv P 解答： ，1 n W nh1 由能量守恒可得：

_ h8c 10313 10 3 时，当=10um

16 10 101.

1119105.03 n _

11334 103 10h 6.62618C103 14 10 6

=500nm 时， 当 29 10 5002111810 n 2.51

____________________ ____ 21434 10 10 h66.626 21123 10 n 5.02 =3000M 时当

__________________________________________ 934 10 10 h36.626和n）,相应的频率为v （波长为入），各能级 上的粒子数为和 E （g=g12 设一对激光能级为 E22211。求n1 ? /n=1 ）当v=3000MHz , T=300K 时，n （12 ?

/n=2 ）当入=1 卩m , T=300K 时，n （12 ?。温度 T=3 ）当入=1 卩m , n/n=0.1 （12 EE hgn

4TkkT10 4.8 220.99 e e e 解答：（1 ） BB_ _ gnHEE gn・c

___ Tk 22e ct （得，代入 2 ）由可求岀 B_ _ gn11 EE hhcgn- ________ ___

TkkTk21 22 10e e1.45 e °°° _______________________________ , gnHEE gn h , Tk22e ln0.1 （3） =0.1

___________ gnTkuB h3K10 T 6.25 _____________ 0.1klnB 1A。13 试证明，由于自发辐 射，原子在E能级的平均寿命21s2dn 21）（为平均寿命，可理解为跃迁的时间， 为单位时间内自

发跃迁的原子数，证明： ____ spsdtdn 21 n（） __ s2sp故dtdn1 21 1/AA ）（由，代入

上式，即可证得 ___________ , 21sp21ndt2 WWw0VRz00z00是和f由于。，，，表示f试以是共焦

腔光束特性的重要参数， f焦距14

WW0VzRzO00 —一对应的，因而也可以用作为表征共焦腔高斯光束的参数， 试以表示f、，。

f W0解答：

2 z 1 zww W 0f

2 fzf zzR zfz /4)kz( t Ecos( t kz),EEcosE ) (2 00xy / 4t kz kz/4) ( ()t

。式证明该腔为稳定腔； 并求岀它的等价共焦腔的， R=-1m 丄=0.8mR15 今有一球面腔，=1.5m

参数。 解答：L g IR11L g IR22

1 0 gg2i为腔参数。，求岀 稳定强条件：g和g 2 WW0的大小及波前曲率和 1000m 远

处的光斑=1.2mm ，求与束腰相距 0.3m , 10m某高斯光束16

半径R 解答：f w0

2 z wzw1 w 0f

1010232 mm(1 ()) 1.2 10 301 (10) 。0.4,

100010002 mm1(1000) 1 (()) 1.2 10 3OOOoO.4f 22O.4fO.83 z 0.3 R 01O.3z。

220.4f10.01610 R z ON1OO 220.4fR z 1000 1000 O3z100020.试确定下列各组光

波表示式所代表的偏振态:

t kz)E EcosE Esin((t kz), (1)屈 /4)kz( t t kz),E EcosE Ecos( (2)

0yxO t kzEcos()t kz),E EEsin(( 3)oyxo。解题过程如下：思路分析：判断偏振光的状态,

应看相位差

t kzcos()/2),E sin((t kz) EcosEt kz E E ( 1) 解:

oyoox /2) ( t (kzt kz 2)/

为圆偏振光21

1.5mm( (0.3)1( )1.2101 ) 2 fzf fz Rz _ _ fzz

0.30.3322

为右旋椭圆偏振光

/2) kz Ecos( sin(E Ett kz) (3) 0x0 )kz( t cos(kzt) Ecos E E

oyo 3 kz ( (t kz /2) )t _ 2为圆偏振光 dn 1101.26 ，求光波在1.21已知冕牌玻

璃对0.3988um 波长光的折射率为 n=1.52546 , d该玻璃中的相速度和群速度。.

dnc)v vv (1、群速度，代入求解。解题过程如下：思路分析：相速度 _

g dnn8103 C8v 1.97 10 解： _______________ _

n1.525468 6 100.3988cdn dn3 105810 )] ( 1.26 101.9 v(1 ) (1 ) [1 v ___________________

_________________________________________ g 1.525461.52546nnndd 第二章

1. 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。

答：对某些特定的波长，大气呈现岀极为强烈的吸收。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。 位于大气窗口内

的光辐射对大气分子的吸收几乎免疫， 所以衰减因素主要是大气分子的散射、 大气气溶胶的衰减

和大气湍流效应。

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？

答：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， 岀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。

3 •对于3m晶体LiNbO3，试求外场分别加在 x,y和z轴方向的感应主折射率及相应的相位延 迟(这里只求外场加在 x方向上)

解:铌酸锂晶体是负单轴晶体， 即n=n=n 、n = n。它所属的三方晶系 3m点群电光系数有四e xyz0

个，即Y、Y、Y、Y。电光系数矩阵为：ms 0 1322 0 1322 0033由此可得铌酸锂晶

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（完整版）光电子技术题目与答案

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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=hv

2、光子具有运动质量m，m=E/c2=hv/c2

3、光子的动量与单色平面波矢对应：P=?k

4、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

第二版《光电子技术》课后习题答案

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：1.6~3.2eV

1.2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+dλ范围内发射的辐射通量 dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，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=848.23lx

1.4一支氦-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(1cos0.001)1.4610/coscoscos0()0.3vmevvvvvvvvvvvKVlmdIdSRhRRIcddIIILcdmdSSrdMdS522624.610/0.0005lmm'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos0.85155/cos2vvvvvvvvlmrmPdrMELdSlrLddMlLcdmddSd 1.6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。试用普朗克热辐射公式导出

光电子技术课后答案

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第二章:

⒉在玻璃(2.25,1)rr上涂一种透明的介质膜以消除红外线(0.75)m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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 1.5rn 正入射时，当0Gnnn时，膜系起到全增透作用01.01.51.225Gnnn，正入射下相应的薄膜厚度最薄为

00.750.153441.225hmn

⑵正入射时，反射率为

222200002222000022()cos()sin22()cos()sinGGGGnnnhnhnnnnnnnhnhnnnn正

2200222200002()cos3.57%22()cos()sinGGGnhnnnnnhnhnnnn

⒌一束波长为0.5 m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 3n

由112sinsinnn得26sin6 26arcsin6

⑵衰减系数72(0.6)0.61.310nrk

⒍输出波长＝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Gn＝1.5 由题意： 02220220()0.995()PHHLGPHHLGnnnnnnnnnn正，，即22222.51.51()1.51.50.99752.51.51()1.51.5PP 即 250.0025()1.51.99753P

25()532.73P 212.3P 7P 故至少涂覆7个双层。

《光电子技术》章节练习题及答案

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精选doc 《光电子技术》章节练习题及答案

第一章

一、填空题

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。其并非热辐射光源本身的温度。

2、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。

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，其中均匀展宽主要 自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽 ，非均匀展宽主要有

多普勒展宽与残余应力展宽。

4、常见的固体激光器有 红宝石激光器、钕激光器或钛宝石激光器 （写出两种），常见的气体激光器有 He-Ne激光器、CO2激光器或Ar+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 0 。

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、设一个功率100W的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其辐射强度为100/4π W/sr。

8、设一个功率100W的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在1m远处形成的辐射照度为 100/4π W/m2。

9、设一个功率100W的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在2m远处形成的辐射照度为100/16π W/m2。

二、解答题

1、简述光子的基本特性（10分）

[答]：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）hE；（2）22chcEm，光子具有运可编辑修改

精选doc 动质量，但静止质量为零；（3） 可编辑修改

精选doc kP；（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。