光电子技术及应用计算题

1、1、普朗克辐射定律黑体为理想的余弦辐射体，其光谱辐射出射度也阳（角标“S”表示黑体） 由普朗克公式表示为:2nc2hhe/(e-l)式中，&为波尔兹曼常数；力为普朗克常数；丁为绝对温度；c为奠空中的光速。上式表明，黒体表面向半球空间发射披长为入的光谱，其辐射出射度 是黑体温度T和波长入的函数,这就是普朗克辐射定律。2、斯或藩波尔兹曼定律将黒体的普朗克公式对波长A求积分，得到黑体发射的总辐射出射度:珂:收"旅”厂式中，"是斯特藩波尔兹曼常数，佗由下式决定：可见，Me, s与T的四次方成正比,这就是黒体辐射的斯忒波尔兹曼定建。3、维思位移定律将黑体的普朗克公式对波长A求

2、微分后令其停于0,则可以得到峰值光谱辐射出射度所对应的披长入与绝对温度T的关系为:Ah学（M"）可见，峰值光谱辐出度对应的波长与绝对温度的乘积是常数。当温度升高时, 峰值光谱辐射出射度对应的波长向短波方向位移，这就是维思位移定律。将式九代入普朗克公式，得到黒体的峰值光谱辐出度:McE = 1 3O97'5 X 1O_15(IV cm2 “沪 A：-5)以上三个定律统称为熬体辐射定律。# #1、在卫星上测得大气层外太阳光谱的最高峰值在0.465gm处，若把太阳 作为黑体，试计算太阳表面的温度及其峰值光谱辐射出射度M.,。皿。【解】：T = 2898/几=2898/0.465x1

3、0" 2 6.23x10 (K)(4分)峰值光谱辐射出射度为：陆站” =1.3097 xIO" =1.309x6232、10"心 1.23 x 10°(W c”严.k-5 )2、在距离标准钩丝灯2m远处放一个照度计探头，已知探头的光敏面积 为0.5 cm?,若照度计測得的最大照度为lOO(lx)。试求：(1)标准鹤丝灯在该 方向的发光强度？ (2)它所发出的总光通量？ (3)所发出的总辐射通量？【解】：(1)先计算光电探头对标准鹄丝灯所X的立体角:厂2-=1.25 x 10'5(sr)再计算光电探头所接收的光通量：叭=E、.S = 100x0.5

4、xl0-|=5.0xl0-3 (lm)计算灯在该方向上的发光强度：/.=啓./0 =5.0x10-3/1.25X10* =400 (cd)(2)灯所发出的总光通量为：、=E S= 5.OxW3x«5000(1/«)v ' Q1.25x10乍 灯所发出的总辐射通量为：0e= = -294(W)K.17.13、将标准钩丝灯为黑体时，试计算它的峰值辐射波长，峰值光谱辐射出射度和它的总辐射出射度。【解】：标准鸭丝灯的温度为7；v=2856K,因此它的峰值辐射波长为:2898= 28%101T 2856峰值光谱辐射出射度为：陆如=1309710七=1309乂28565>

5、< W15u24873(We严“加.肝)总辐射出射度为陆=axT4 = 5.67x 10 x28564 « 3.77x 106(W in14. 假设将人体作为黑体，正常人体温的为36.59。计算：(1)正常人体所发出的辐射出射度为多少W/m2?(2)正常人体的峰值辐射波长为多少pm?峰值光谱辐射出射度Mz 为多少?(3)人体发烧到389时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐射出射度胚.7“又为多少?【解】：(1)人体正常体的绝对温度为736.5+273=309.5 (K),根据斯特藩波尔兹曼辐射定律，正常人体所发出的辐射出射度为:Mcs=ctxT4 =5.67x10-8x(3

6、09.5)4 «520.27(W/m2)OQQQ(2)由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为：4=±p-9.36Mm 峰值光谱辐射出射度为：Mm,” =1.3097X10-" =1.309x(309.5)10T5«3.72 (W cm'2 nml K)OQQQ(3)人体发烧到38t时峰值辐射波长为：九=_ =右932(pm)I273 + 38发烧时的峰值光谱辐射出射度为:陆加 =1.3O9rsxlO'15 = 1.309x(31 l)5xlO-15 3.81(VV c严K)#1、什么是三基色凍理？彩色重现是什么含义？ 7«三基

7、色具有独立性，三基色中任何一色梆不能用其余两种色彩合成。三基色財T屡大 的混合色域，其他色彩可由三基色按一定的比例混合出来，并且混合后得到的颜色数目最多。人眼的三种療色细胞一翩红细胞、感绿细胞、感蓝细胞，具有合色的能力。当一重色 光剌激人眼时，人眼樓色细胞可将其分解为红光、绿光、蓝光三种单色光，然后混合成一种 颜色。正是由于这种合色能力，才能识别除红、録、蓝三色之外的更大X围的颜色。(Page76-77)2、倚述液晶的种类和特点。7液需分为两大类：溶致液晶和热致液晶。熔致液需要溶解在水或有机溶剂中才显示 出疲晶态，液聶受控于浓度条件。热致液晶则要在一定的a«xw内才呈现出液晶态， 液

8、齡光电效应受温度条件控制。(Page91-92)3、简述等离于显示的主要发展水平和研究动向。4、倚述PN结电致发光原理。7答当在PN结施加正向电压时，会使势垒商度降低，耗尽层减薄，能较大的电子 和空穴分别注入到P区或N区，同P区的空穴和N区的电子复合，同时以光的形式辐射出 多余的能董。(Page88)5、巳知GaAs禁带宽度为1.4 eV,求GaAs的LED的峰值波长。而实测GaAs的LED 的峰值波长为1 127 nm,为什么？ 7【答】峰值响应披长取决于制造光敏电阻所用半导体材料的禁带宽度,其值可由下式估 算：九 =罟灯宀芒xK)Z5E(Page160)因为在光电半导体中，杂质和晶格缺陷所

9、形成的能级与导带间的禁带宽度比价带与导带 间的主禁带宽要窄得多，因此波长比峰值响应波长长的光将把这些杂质能级中的电于激发到 导带中去，从而便光敏电阻的光谱晌应向长波方向有所扩展。(Pagel60)6、简述高场交流电致发光(ACEL)发光原理。7、液矗有何軸点？它主要有哪些电光效应?主要有哪些应用？ 7 (Page93-94)【答】液晶的二个显著的特点：(1)液晶的各向异性一在外电场作用下，分子的排列极 易发生变化，P型液晶分于长轴方向平行干外电场方向，N型液晶分于长轴方向垂直干外电 场方向。(2)液晶的双折射偏振平行于光轴的光在传播时所经历的折射率为非常光几 -n,，偏振垂直干光轴传播的光所经

10、历的折射率为寻常光A)-22±o电流效应动态散射效应存储效应排列相畸变效应电光效应混合排列相畸变效应 电场效应扭曲向列效应(TN)相转变效应(PC)I宾主效应(GH)&试说明自矣聚彩色显示管的特点。9、试说明扭曲向列LCD的轄点。7 (Page95-96)【答】入射光通过偏振片后成为线偏振光，在无电场作用时，线偏振光经过扭曲向列液 晶时，由其旋光特性决定偏振光旋转90° o在出射处，检偏片与起偏片相互垂宜，旋转了 90°的偏振光可以通过，因此呈透光态。在有电场作用时，当电场大干阈值场强后，液晶盒内液晶分于长轴都将沿电场方向排列, 即与表面呈垂直排列，此时入

11、射的线偏振光不能得到旋转，因而在出射处不能通过检偏片， 呈暗态。18、激光显示系统的分类、组成和特点梆是什么？ 7 （PagelOS）【答】激光显示技术分为三种类型：第一种是激光阴极射线管LCRT （laser cathode ray tube）,其基本原理是用半导体激光器代替阴极射线显像管荧光屏的一种新型显示器 件；第二种是激光光阀显示，基本原理是激光束仅用来改变某些材料（如液晶等）的光学参 数（折射率或逶过率），而再用另外的光源使这种光学参数变化而形成的像投射到屏幕上， 从而实现图像显示；第三种是直观式（点扫描）电视激光显示，它是将经过信号调制过的 RGE三色激光束直接通过机械扫描方法偏转扫描到显示屏上。【激光扫描測法举例】反射镜透镜1激光束经过透镜1后被反射镜反射，由于同步位相马达的转动而形成扫描光 束，扫描光束经过透镜1后变成平行的扫描光束，平行扫描光在扫描过程中被 工件遮挡。光束经过透桃2后被位于焦平面上的探测黠D接收，得到一个随时间变化 的光电佰号。再经过后续的宿号处理电路（主要包括倍号放大电路、边缘检出电路、计数电 路停），就可以得出工件直径的测童值。根据计数器记录的工件挡光时间