1、光電子技術(shù)第三版答案【篇一：光電子技術(shù)(安毓英 )習(xí)題課后答案】徑為 rc 的圓盤中心法線上，距盤圓中心為 l0 處有一個輻射強(qiáng)度為 ie 的點源 s ，如圖所示。試計算該點源發(fā)射到盤圓的輻射功率。d?ed? ， 解：因為rcdsd?2?sin?d?d?2?1?cos?0r且 ?l0?2?1? ?l02?rc2?l0? 所以 ?e?ied?2?ie1? 2?l0?rc2?ie?第 1.1 題圖2. 如圖所示，設(shè)小面源的面積為 ?as ，輻射亮度為 le，面源法線與 l0 的夾角為 ?s ；被照面的面積為 ?ac ，到面源 ?as 的距離為 l0 。若?c 為輻射在被照面 ?ac 的入射角，試計

2、算小面源在 ?ac 上產(chǎn)生的輻射照度。die?arcos?r 解：亮度定義 :d?e強(qiáng)度定義 :ie?d?第 1.2 題圖可得輻射通量： d?e?le?ascos?sd?acos?在給定方向上立體角為：d?c2cl0d?l?acos?cosc則在小面源在 ?ac 上輻射照度為： ee?e?es2sdal0le?3. 假如有一個按朗伯余弦定律發(fā)射輻射的大擴(kuò)展源（如紅外裝置面對的天空背景），其各處的輻亮度 le 均相同，試計算該擴(kuò)展源在面積為 ad 的探測器表面上產(chǎn)生的輻照度。答：由 le?acos?d?得 d?led?dacos? ，且 d?d 22 d?dacos?l?r則輻照度： ee?le

3、?0l?2rdr l2?r220?2?d?le4. 霓虹燈發(fā)的光是熱輻射嗎？不是熱輻射。霓虹燈發(fā)的光是電致發(fā)光，在兩端放置有電極的真空充入氖或氬等惰性氣體，當(dāng)兩極間的電壓增加到一定數(shù)值時，氣體中的原子或離子受到被電場加速的電子的轟擊，使原子中的電子受到激發(fā)。當(dāng)它由激發(fā)狀態(tài)回復(fù)到正常狀態(tài)會發(fā)光，這一過程稱為電致發(fā)光過程。6. 從黑體輻射曲線圖可以看出，不同溫度下的黑體輻射曲線的極大值處的波長 ?m 隨溫度 t 的升高而減小。試由普朗克熱輻射公式導(dǎo)出?mt? 常數(shù)。答：這一關(guān)系式稱為維恩位移定律，其中常數(shù)為2.898?10-3m?k。普朗克熱輻射公式求一階導(dǎo)數(shù)，令其等于0，即可求的。7. 黑體輻射

4、曲線下的面積等于等于在相應(yīng)溫度下黑體的輻射出射度m 。試有普朗克的輻射公式導(dǎo)出 m 與溫度 t 的四次方成正比，即 m? 常數(shù) ?t4這一關(guān)系式稱斯特藩 -波耳茲曼定律，其中常數(shù)為 5.67?10-8w/m2k4 解答：教材 p9 ，并參見大學(xué)物理相關(guān)內(nèi)容。9. 常用的彩色膠卷一般分為日光型和燈光型。你知道這是按什么區(qū)分的嗎？按色溫區(qū)分。 10 ?vdv 為頻率在 vv?dv 間黑體輻射能量密度， ?d? 為波長在33?8?hvc?exp?kbt?1? ，試求 ?d? 間黑體輻射能量密度。已知 v? 。解答：由?c ，通過全微分進(jìn)行計算。分別是多少？解答：p?nhv ，p?nhc?n2g2?e

5、n1g1e2?e1kt,e2?e1?hv,?c13 試證明，由于自發(fā)輻射，原子在 e2 能級的平均壽命 ?s?a21 。解答： 參見教材 p1214 焦距 f 是共焦腔光束特性的重要參數(shù)，試以f 表示0v00w0wzr?z?，。由于 f 和 w0 是一一對應(yīng)的，因而也可以用作為表征共焦腔高斯wvw?rz000光束的參數(shù)，試以表示f、z，。解答：w0?f?z?w?w?z?w0?f?1l2?l2v?l?w0s?,f?222002?zf?f2r?z?z?f?zz?f?15 今有一球面腔，r1=1.5m ， r2=-1m ， l=0.8m 。試證明該腔為穩(wěn)定腔；并求出它的等價共焦腔的參數(shù)。解答：g1?

6、1?g2?1?12穩(wěn)定強(qiáng)條件：0?g1g2?1 ，求出 g 和 g 為腔參數(shù)。1216 某高斯光束w0=1.2mm ，求與束腰相距 0.3m ，10m 和 1000m 遠(yuǎn)處的光斑 w 的大小及波前曲率半徑 r。 解答：w0? f?2?z?w?w?z?w0?f?zf?f2r?z?z?f?zz?f?第二章1. 何為大氣窗口，試分析光譜位于大氣窗口內(nèi)的光輻射的大氣衰減因素。答：對某些特定的波長，大氣呈現(xiàn)出極為強(qiáng)烈的吸收。光波幾乎無法通過。根據(jù)大氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成八個區(qū)段，將透過率較高的波段稱為大氣窗口。2. 何為大氣湍流效應(yīng)，大氣湍流對光束的傳播產(chǎn)生哪些影響？答：是一種無規(guī)則的

7、漩渦流動，流體質(zhì)點的運動軌跡十分復(fù)雜，既有橫向運動，又有縱向運動，空間每一點的運動速度圍繞某一平均值隨機(jī)起伏。這種湍流狀態(tài)將使激光輻射在傳播過程中隨機(jī)地改變其光波參量，使光束質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，出現(xiàn)所謂光束截面內(nèi)的強(qiáng)度閃爍、光束的彎曲和漂移（亦稱方向抖動）、光束彌散畸變以及空間相干性退化等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為大氣湍流效應(yīng)。3 對于 3m 晶體 linbo3 ，試求外場分別加在x,y 和 z 軸方向的感應(yīng)主折射率及相應(yīng)的相位延遲（這里只求外場加在x 方向上）?0?0?0?ij?0?51?22?22?22?13?13?33?5100? 由此可得鈮酸鋰晶體在外加電場后的折射?0?0?率橢球方程為：(11122

8、?e?e)x?(?e?e)y?(?33ez)z2?2?51(ezyz?exxz)?2?22exxy?122y15z22y13z221n0n0ne（ 1）通常情況下，鈮酸鋰晶體采用 450 z 切割，沿 x 軸或 y 軸加壓， z 軸方向通光，即有 ez=ey=0, 且 ex0。晶體主軸 x,y 要發(fā)生旋轉(zhuǎn)，上式變?yōu)椋簒2y2z2?2?2?2?51exxz?2?22exxy?1（ 2） 2nxnynz【篇二：光電子技術(shù)安毓英習(xí)題答案(完整版 )】所示，設(shè)小面源的面積為?as ，輻射亮度為le ，面源法線與l0的夾角為 ?s ；被照面的面積為 ?ac ，到面源 ?as 的距離為 l0。若 ?c 為

9、輻射在被照面 ?ac 的入射角，試計算小面源在 ?ac 上產(chǎn)生的輻射照度。die?arcos?r解：亮度定義 :d?強(qiáng)度定義 :ie?ed?可得輻射通量： d?e?le?ascos?sd?le?第 1.2 題圖在給定方向上立體角為：d?accos?c2l0則在小面源在 ?ac 上輻射照度為： ee?d?ele?ascos?scosc?2dal03. 假如有一個按朗伯余弦定律發(fā)射輻射的大擴(kuò)展源（如紅外裝置面對的天空背景），其各處的輻亮度 le 均相同，試計算該擴(kuò)展源在面積為 ad 的探測器表面上產(chǎn)生的輻照度。 答：由 le? acos?d?得 d?led?dacos? ，且 d?d d?daco

10、s?l2?r2則輻照度： ee?le?0l2?rdr l2?r220?2?d?le7. 黑體輻射曲線下的面積等于等于在相應(yīng)溫度下黑體的輻射出射度m 。試有普朗克的輻射公式導(dǎo)出m 與溫度 t 的四次方成正比，即m= 常數(shù) ?t4 。這一關(guān)系式稱斯特藩-波耳茲曼定律，其中常數(shù)為5.6710-8w/m2k4解答：教材p9 ，對公式 me?(t)?第二章3對于 3m 晶體 linbo3 ，試求外場分別加在x,y 和 z 軸方向的感應(yīng)主折射率及相應(yīng)的相位延遲（這里只求外場加在x 方向上）c11c2?e5進(jìn)行積分即可證明。?1t?0?0?0?ij?0?51?22?22?220?13?13?33?5100?

11、 由此可得鈮酸鋰晶體在外加電場后的折射率橢?0?0?球方程為：(11122?e?e)x?(?e?e)y?(?33ez)z2?2?51(ezyz?exxz)?2?22exxy?122y15z22y13z221n0n0ne（ 1）通常情況下，鈮酸鋰晶體采用 450 z 切割，沿 x 軸或 y 軸加壓， z 軸方向通光，即有 ez=ey=0, 且 ex0。晶體主軸 x,y 要發(fā)生旋轉(zhuǎn)，上式變?yōu)椋簒2y2z2?2?2?2?51exxz?2?22exxy?1（ 2） 2nxnynz因?51ex?1 ，且光傳播方向平行于 z 軸，故對應(yīng)項可為零。將坐標(biāo)軸繞 z?x?cos?sin?x?y?sin?cos?

12、y?，z=z（ 3） ?將上式代入 2 式，取 ?45o 消除交叉項，得新坐標(biāo)軸下的橢球方程為：?1?2?1?2z2?n2?22ex?x?n2?22ex?y?n2?1 （4） e?0?0?可求出三個感應(yīng)主軸x、 y、 z（仍在 z 方向上）上的主折射率變成：13nx?n0?n0?22ex213ny?n0?n0?22ex（5）2nz?ne可見，在 x 方向電場作用下，鈮酸鋰晶體變?yōu)殡p軸晶體，其折射率橢球 z 軸的方向和長度基本保持不變，而x,y 截面由半徑為n0 變?yōu)闄E圓，橢圓的長短軸方向x y相對原來的x y 軸旋轉(zhuǎn)了 450 ，轉(zhuǎn)角的大小與外加電場的大小無關(guān)，而橢圓的長度nx ，ny 的大小

13、與外加電場 ex 成線性關(guān)系。當(dāng)光沿晶體光軸z 方向傳播時，經(jīng)過長度為l 的晶體后，由于晶體的橫向電光效應(yīng)（x-z ），兩個正交的偏振分量將產(chǎn)生位相差：?2?(nx?ny)l?2?3n0?22exl （6）若 d 為晶體在 x 方向的橫向尺寸，vx?exd為加在晶體x 方向兩端面間的電壓。通過晶體使光波兩分量產(chǎn)生相位差 ?（光程差 ?/2 ）所需的電壓 vx ，稱為 “半波電壓 ”，以 v? 表示。由上式可得出鈮酸鋰晶體在以（ x-z ）方式運用時的半波電壓表示式：v?d（ 7） 3 2n0?22l由（ 7）式可以看出，鈮酸鋰晶體橫向電光效應(yīng)產(chǎn)生的位相差不僅與外加電壓稱正比，還與晶體長度比 l

14、/d 有關(guān)系。因此，實際運用中，為了減小外加電壓，通常使 l/d 有較大值，即晶體通常被加工成細(xì)長的扁長方體。6在電光晶體的縱向應(yīng)用中，如果光波偏離z 軸一個遠(yuǎn)小于1 的角度2?n0?2n0?1?，傳播，證明由于自然雙折射引起的相位延遲為?2?2c?ne?l式中l(wèi) 為晶體長度。2?1?解： 2?2?2，得ne?n0?1?2?2nne?none?e?1自然雙折射引起的相位延遲：2?n0?2?n0?ne?l?n0?1? 2?2c?ne?2?l7. 若取 vs=616m/s ， n=2.35 ， fs=10mhz ，?0=0.6328?m ，試估算發(fā)生拉曼-納斯衍射所允許的最大晶體長度 lmax=?

15、 n?2l?l0?s4?0 計算。解：由公式9 考慮熔巖石英中的聲光布喇格衍射，若取?0?0.6238?m， n=1.46 ，vs?5.97?103m/s ， fs?100mhz，計算布喇格角 ?b 。解： ?s? 代入公式得： sin?b?vsfs?fs 2n?s2nvs代入數(shù)據(jù)得： sin?b?0.00363由于 ?b 很小，故可近似為：?b?0.0036310. 一束線偏振光經(jīng)過長 l=25cm ，直徑 d=1cm 的實心玻璃，玻璃外繞 n=250 匝導(dǎo)線，通有電流 i=5a 。取韋爾德常數(shù)為 v=0.25?10-5（ ? ） /cm?t ， 3為了降低電光調(diào)制器的半波電壓，用 4 塊

16、z 切割的 kd*p 晶體連接（光路串聯(lián)，電路并聯(lián)）成縱向串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，為了使 4 塊晶體的光電效應(yīng)逐塊疊加，各晶體的 x 軸和 y 軸應(yīng)如何取向？并計算其半波電壓。?1?x?z?2?13(n0?ne?n0?63ez)l ?2經(jīng)過第二塊后，其相位差?2?z?x?2?13(ne?n0?n0?63ez)l ?2于是，通過兩塊晶體之后的相位差為?1?2?2?3n0?63vld由于第一塊和第三塊晶體的光軸平行，第二塊和第四塊晶體的光軸平行，故總的相位差為?2?2(?1?2)?4?3n0?63vldv?(?d)34n0?63l4 如果一個縱向電光調(diào)制器沒有起偏器，入射的自然光能否得到光強(qiáng)度調(diào)制？為什么？解

17、答：不能得到強(qiáng)度調(diào)制。因為自然光偏振方向是任意的。自然光通過電光調(diào)制器后，不能形成固定相位差。5 一個 pbmoo4 聲光調(diào)制器，對 he-ne 激光進(jìn)行調(diào)制。已知聲功率 ps=1w ，聲光相互作用長度 l=1.8mm ，換能器寬度 h=0.8mm ， m2=36.310-15s3/kg ，試求 pbmoo4 聲光調(diào)制器的布喇格衍射效率？解答：?l?s?sin?i0?2?2i1?lm2ps?h?計算可得 71.1 6 一個駐波超聲場會對布喇格衍射光場產(chǎn)生什么影響？給出造成的頻移和衍射方向。解答：新的光子沿著光的散射方向傳播。根據(jù)動量守恒和能量守恒定律： ?s?i?kd，即 s?i?kd（動量守

18、恒）?d?s?i（能量守恒）?（能量守恒） 衍射級相對于入射光發(fā)生頻率移動 ,根據(jù)光波矢量的定義，可以用矢量圖來表示上述關(guān)系，如圖所示圖中 ks?kd?2?s為聲波矢量， ki?2?i?2?為入射光波矢量。c2?2?fsc為衍射光波矢量。?d【篇三：光電子課后習(xí)題答案】器件按功能分為哪幾類？每類大致包括哪些器件？光電子器件按功能分為光源器件、光傳輸器件、光控制器件、光探測器件、光存儲器件、光顯示器件。光源器件分為相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光器和非線性光學(xué)器件等。非相干光源包括照明光源、顯示光源和信息處理用光源等。光傳輸器件分為光學(xué)元件 (如棱鏡、透鏡、光柵、分束器等等 )、光波導(dǎo)

19、和光纖等。光控制器件包括調(diào)制器、偏轉(zhuǎn)器、光開關(guān)、光雙穩(wěn)器件、光路由器等。 光探測器件分為光電導(dǎo)型探測器、光伏型探測器、熱伏型探測器等。 光存儲器件分為光盤(包括 cd 、vcd 、dvd 、ld 等 )、光驅(qū)、光盤塔等。 光顯示器件包括crt 、液晶顯示器、等離子顯示器、led 顯示。 2談?wù)勀銓怆娮蛹夹g(shù)的理解。光電子技術(shù)主要研究物質(zhì)中的電子相互作用及能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)，以光源激光化，傳輸波導(dǎo)（光纖）化，手段電子化，現(xiàn)代電子學(xué)中的理論模式和電子學(xué)處理方法光學(xué)化為特征，是一門新興的綜合性交叉學(xué)科。 據(jù)你了解，繼陰極射線管顯示（ crt ）之后，哪幾類光電顯示器件代表的技術(shù)有可能發(fā)展成為未來

20、顯示技術(shù)的主體？等離子體顯示（ pdp ），液晶顯示（ lcd ），場致發(fā)射顯示（ el）， led 顯示。第二章：光學(xué)基礎(chǔ)知識與光場傳播規(guī)律 填空題 光的基本屬性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型現(xiàn)象有光的吸收、發(fā)射以及光電效應(yīng)等；光波動性的典型體現(xiàn)有光的干涉、衍射、偏振等。 兩束光相干的條件是頻率相同、振動方向相同、相位差恒定；最典型的干涉裝臵有楊氏雙縫干涉、邁克耳孫干涉儀；兩束光相長干涉的條件是?m?(m?0,?1,?2,?)， ?為光程差。兩列同頻平面簡諧波振幅分別為 e01 、e02 ，位相差為 ? ，則其干涉光強(qiáng)為e01?e02?2e01e02cos?22，兩列波干涉相長的條件為?

21、2?m(m?0,?1,?2,?)波長 ?的光經(jīng)過孔徑d 的小孔在焦距f 處的衍射愛里斑半徑為1.22 在玻璃 (?r 反射。求該介質(zhì)膜應(yīng)有的介電常量及厚度。?df。 的?2.25,?r?1) 上涂一種透明的介質(zhì)膜以消除紅外線 (?0.75?m) 如紫外線 (?0.42?m) 垂直照射至涂有該介質(zhì)膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少？玻璃的折射率作用，所以n?n?1.5，正入射時，當(dāng)n?1.225 ，正入射下相應(yīng)的薄膜厚度最薄為0.754?1.225?0.153?mh?04n?22(n0?ng)cos2?nh正入射時，反射率為? 正?(n0?ng)cos22?02?nh?0?(?(n0ngn

22、n0ngn?n)sin?n)sin22222?nh?02?nh?0(n0?ng)cos222?nh?(n0?ng)cos22?0n?n)sin222?nh?0?(n0ng2?nh?3.57%?0輸出波長 ?632.8nm 的 he-ne 激光器中的反射鏡是在玻璃上交替涂覆 zns 和 mgf2 形成的，這兩種材料的折射率系數(shù)分別為1.52.5 。問至少涂覆多少個雙層才能使鏡面反射系數(shù)大于99.5 ？和?nh2pn?()?0nl?nh2p?n?()?0nl?2p2nh?ng?0.9952nh?ng?2設(shè)玻璃的折射率ng 1.5 由題意：?正，?，即1?(2.5/1.5)1?(2.5/1.5)2p

23、2p(2.5/1.5)(2.5/1.5)22?0.997 5即?2.5?1.5?191.7454.167?0.00251.99752p?10.29?p?5.15故至少涂覆 6 個雙層。第三章 激光原理與技術(shù)1填空最早的電光源是炭弧光燈，最早的激光器是1960 年由美國人梅曼制作的 紅寶石激光器。光在各向同性介質(zhì)中傳播時，復(fù)極化率的實部表示色散與頻率的關(guān)系，虛部表示物質(zhì)吸收與頻率的關(guān)系。激光器的基本結(jié)構(gòu)包括激光工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔。激光產(chǎn)生的充分條件是閾值條件和增益飽和效應(yīng)，必要條件包括粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和減少振蕩模式數(shù)。今有一個球面諧振腔，r1=1.5m ， r2=-1m ， l=80cm

24、 ，它屬于穩(wěn)定腔。 2試簡單說明以下光電子學(xué)術(shù)語的科學(xué)含義：受激輻射 (畫出二能級圖 )處于激發(fā)態(tài) e2 上的原子，在頻率滿足 hv21 ?e2?e1 的入射光作用下，從e2能級躍遷到e1能級，在躍遷過程中，原子輻射出能量為h?21、與入射光處于同一狀態(tài)的光子，這兩個光子又可以去誘發(fā)其他發(fā)光粒子，產(chǎn)生更多狀態(tài)相同的光子，這一發(fā)射過程稱為受激發(fā)射過程。譜線的多普勒加寬多普勒展寬是由于氣體物質(zhì)中熱運動速度不同的發(fā)光粒子發(fā)出的光的表觀中心頻率不同造成的譜線加寬。譜線的自然加寬自然加寬是由于粒子存在固有的自發(fā)躍遷，從而導(dǎo)致它在受激能級上壽命有限所形成的譜線加寬。 光放大引入激活介質(zhì)的增益系數(shù)g(?)g(?)?di(?)i(?)dx式中， di(?) 是傳播距離 dx 時的光強(qiáng)的增量。這說明：介質(zhì)的增益系數(shù)在數(shù)值上等于光束強(qiáng)度在傳播單位長度距離時，光強(qiáng)增加的百分?jǐn)?shù)。由于 di(?)?0 ，因而g(?)?0 ，所以 g(?) 可以表示光