光电子技术第三版答案

1、光电子技术第三版答案【篇一：光电子技术(安毓英 )习题课后答案】径为 rc 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为 l0 处有一个辐射强度为 ie 的点源 s ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。d?ed? ， 解：因为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 题图2. 如图所示，设小面源的面积为 ?as ，辐射亮度为 le，面源法线与 l0 的夹角为 ?s ；被照面的面积为 ?ac ，到面源 ?as 的距离为 l0 。若?c 为辐射在被照面 ?ac 的入射角，试计

2、算小面源在 ?ac 上产生的辐射照度。die?arcos?r 解：亮度定义 :d?e强度定义 :ie?d?第 1.2 题图可得辐射通量： d?e?le?ascos?sd?acos?在给定方向上立体角为：d?c2cl0d?l?acos?cosc则在小面源在 ?ac 上辐射照度为： ee?e?es2sdal0le?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 le 均相同，试计算该扩展源在面积为 ad 的探测器表面上产生的辐照度。答：由 le?acos?d?得 d?led?dacos? ，且 d?d 22 d?dacos?l?r则辐照度： ee?le

3、?0l?2rdr l2?r220?2?d?le4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？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。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。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 ?m 随温度 t 的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出?mt? 常数。答：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。7. 黑体辐射

4、曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度m 。试有普朗克的辐射公式导出 m 与温度 t 的四次方成正比，即 m? 常数 ?t4这一关系式称斯特藩 -波耳兹曼定律，其中常数为 5.67?10-8w/m2k4 解答：教材 p9 ，并参见大学物理相关内容。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。 10 ?vdv 为频率在 vv?dv 间黑体辐射能量密度， ?d? 为波长在33?8?hvc?exp?kbt?1? ，试求 ?d? 间黑体辐射能量密度。已知 v? 。解答：由?c ，通过全微分进行计算。分别是多少？解答：p?nhv ，p?nhc?n2g2?e

5、n1g1e2?e1kt,e2?e1?hv,?c13 试证明，由于自发辐射，原子在 e2 能级的平均寿命 ?s?a21 。解答： 参见教材 p1214 焦距 f 是共焦腔光束特性的重要参数，试以f 表示0v00w0wzr?z?，。由于 f 和 w0 是一一对应的，因而也可以用作为表征共焦腔高斯wvw?rz000光束的参数，试以表示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 。试证明该腔为稳定腔；并求出它的等价共焦腔的参数。解答：g1?

6、1?g2?1?12稳定强条件：0?g1g2?1 ，求出 g 和 g 为腔参数。1216 某高斯光束w0=1.2mm ，求与束腰相距 0.3m ，10m 和 1000m 远处的光斑 w 的大小及波前曲率半径 r。 解答：w0? f?2?z?w?w?z?w0?f?zf?f2r?z?z?f?zz?f?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？答：是一种无规则的

7、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。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）?0?0?0?ij?0?51?22?22?22?13?13?33?5100? 由此可得铌酸锂晶体在外加电场后的折射?0?0?率椭球方程为：(11122

8、?e?e)x?(?e?e)y?(?33ez)z2?2?51(ezyz?exxz)?2?22exxy?122y15z22y13z221n0n0ne（ 1）通常情况下，铌酸锂晶体采用 450 z 切割，沿 x 轴或 y 轴加压， z 轴方向通光，即有 ez=ey=0, 且 ex0。晶体主轴 x,y 要发生旋转，上式变为：x2y2z2?2?2?2?51exxz?2?22exxy?1（ 2） 2nxnynz【篇二：光电子技术安毓英习题答案(完整版 )】所示，设小面源的面积为?as ，辐射亮度为le ，面源法线与l0的夹角为 ?s ；被照面的面积为 ?ac ，到面源 ?as 的距离为 l0。若 ?c 为

9、辐射在被照面 ?ac 的入射角，试计算小面源在 ?ac 上产生的辐射照度。die?arcos?r解：亮度定义 :d?强度定义 :ie?ed?可得辐射通量： d?e?le?ascos?sd?le?第 1.2 题图在给定方向上立体角为：d?accos?c2l0则在小面源在 ?ac 上辐射照度为： ee?d?ele?ascos?scosc?2dal03. 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 le 均相同，试计算该扩展源在面积为 ad 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由 le? acos?d?得 d?led?dacos? ，且 d?d d?daco

10、s?l2?r2则辐照度： ee?le?0l2?rdr l2?r220?2?d?le7. 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出射度m 。试有普朗克的辐射公式导出m 与温度 t 的四次方成正比，即m= 常数 ?t4 。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.6710-8w/m2k4解答：教材p9 ，对公式 me?(t)?第二章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）c11c2?e5进行积分即可证明。?1t?0?0?0?ij?0?51?22?22?220?13?13?33?5100?

11、 由此可得铌酸锂晶体在外加电场后的折射率椭?0?0?球方程为：(11122?e?e)x?(?e?e)y?(?33ez)z2?2?51(ezyz?exxz)?2?22exxy?122y15z22y13z221n0n0ne（ 1）通常情况下，铌酸锂晶体采用 450 z 切割，沿 x 轴或 y 轴加压， z 轴方向通光，即有 ez=ey=0, 且 ex0。晶体主轴 x,y 要发生旋转，上式变为：x2y2z2?2?2?2?51exxz?2?22exxy?1（ 2） 2nxnynz因?51ex?1 ，且光传播方向平行于 z 轴，故对应项可为零。将坐标轴绕 z?x?cos?sin?x?y?sin?cos?

12、y?，z=z（ 3） ?将上式代入 2 式，取 ?45o 消除交叉项，得新坐标轴下的椭球方程为：?1?2?1?2z2?n2?22ex?x?n2?22ex?y?n2?1 （4） e?0?0?可求出三个感应主轴x、 y、 z（仍在 z 方向上）上的主折射率变成：13nx?n0?n0?22ex213ny?n0?n0?22ex（5）2nz?ne可见，在 x 方向电场作用下，铌酸锂晶体变为双轴晶体，其折射率椭球 z 轴的方向和长度基本保持不变，而x,y 截面由半径为n0 变为椭圆，椭圆的长短轴方向x y相对原来的x y 轴旋转了 450 ，转角的大小与外加电场的大小无关，而椭圆的长度nx ，ny 的大小

13、与外加电场 ex 成线性关系。当光沿晶体光轴z 方向传播时，经过长度为l 的晶体后，由于晶体的横向电光效应（x-z ），两个正交的偏振分量将产生位相差：?2?(nx?ny)l?2?3n0?22exl （6）若 d 为晶体在 x 方向的横向尺寸，vx?exd为加在晶体x 方向两端面间的电压。通过晶体使光波两分量产生相位差 ?（光程差 ?/2 ）所需的电压 vx ，称为 “半波电压 ”，以 v? 表示。由上式可得出铌酸锂晶体在以（ x-z ）方式运用时的半波电压表示式：v?d（ 7） 3 2n0?22l由（ 7）式可以看出，铌酸锂晶体横向电光效应产生的位相差不仅与外加电压称正比，还与晶体长度比 l

14、/d 有关系。因此，实际运用中，为了减小外加电压，通常使 l/d 有较大值，即晶体通常被加工成细长的扁长方体。6在电光晶体的纵向应用中，如果光波偏离z 轴一个远小于1 的角度2?n0?2n0?1?，传播，证明由于自然双折射引起的相位延迟为?2?2c?ne?l式中l 为晶体长度。2?1?解： 2?2?2，得ne?n0?1?2?2nne?none?e?1自然双折射引起的相位延迟：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 ，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度 lmax=?

15、 n?2l?l0?s4?0 计算。解：由公式9 考虑熔岩石英中的声光布喇格衍射，若取?0?0.6238?m， n=1.46 ，vs?5.97?103m/s ， fs?100mhz，计算布喇格角 ?b 。解： ?s? 代入公式得： sin?b?vsfs?fs 2n?s2nvs代入数据得： sin?b?0.00363由于 ?b 很小，故可近似为：?b?0.0036310. 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 。取韦尔德常数为 v=0.25?10-5（ ? ） /cm?t ， 3为了降低电光调制器的半波电压，用 4 块

16、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，为了使 4 块晶体的光电效应逐块叠加，各晶体的 x 轴和 y 轴应如何取向？并计算其半波电压。?1?x?z?2?13(n0?ne?n0?63ez)l ?2经过第二块后，其相位差?2?z?x?2?13(ne?n0?n0?63ez)l ?2于是，通过两块晶体之后的相位差为?1?2?2?3n0?63vld由于第一块和第三块晶体的光轴平行，第二块和第四块晶体的光轴平行，故总的相位差为?2?2(?1?2)?4?3n0?63vldv?(?d)34n0?63l4 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强度调制？为什么？解

17、答：不能得到强度调制。因为自然光偏振方向是任意的。自然光通过电光调制器后，不能形成固定相位差。5 一个 pbmoo4 声光调制器，对 he-ne 激光进行调制。已知声功率 ps=1w ，声光相互作用长度 l=1.8mm ，换能器宽度 h=0.8mm ， m2=36.310-15s3/kg ，试求 pbmoo4 声光调制器的布喇格衍射效率？解答：?l?s?sin?i0?2?2i1?lm2ps?h?计算可得 71.1 6 一个驻波超声场会对布喇格衍射光场产生什么影响？给出造成的频移和衍射方向。解答：新的光子沿着光的散射方向传播。根据动量守恒和能量守恒定律： ?s?i?kd，即 s?i?kd（动量守

18、恒）?d?s?i（能量守恒）?（能量守恒） 衍射级相对于入射光发生频率移动 ,根据光波矢量的定义，可以用矢量图来表示上述关系，如图所示图中 ks?kd?2?s为声波矢量， ki?2?i?2?为入射光波矢量。c2?2?fsc为衍射光波矢量。?d【篇三：光电子课后习题答案】器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件、光显示器件。光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光器和非线性光学器件等。非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。光传输器件分为光学元件 (如棱镜、透镜、光栅、分束器等等 )、光波导

19、和光纤等。光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。 光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。 光存储器件分为光盘(包括 cd 、vcd 、dvd 、ld 等 )、光驱、光盘塔等。 光显示器件包括crt 、液晶显示器、等离子显示器、led 显示。 2谈谈你对光电子技术的理解。光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。 据你了解，继阴极射线管显示（ crt ）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来

20、显示技术的主体？等离子体显示（ pdp ），液晶显示（ lcd ），场致发射显示（ el）， led 显示。第二章：光学基础知识与光场传播规律 填空题 光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效应等；光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。 两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定；最典型的干涉装臵有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪；两束光相长干涉的条件是?m?(m?0,?1,?2,?)， ?为光程差。两列同频平面简谐波振幅分别为 e01 、e02 ，位相差为 ? ，则其干涉光强为e01?e02?2e01e02cos?22，两列波干涉相长的条件为?

21、2?m(m?0,?1,?2,?)波长 ?的光经过孔径d 的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22 在玻璃 (?r 反射。求该介质膜应有的介电常量及厚度。?df。 的?2.25,?r?1) 上涂一种透明的介质膜以消除红外线 (?0.75?m) 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？玻璃的折射率作用，所以n?n?1.5，正入射时，当n?1.225 ，正入射下相应的薄膜厚度最薄为0.754?1.225?0.153?mh?04n?22(n0?ng)cos2?nh正入射时，反射率为? 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 mgf2 形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.52.5 。问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系数大于99.5 ？和?nh2pn?()?0nl?nh2p?n?()?0nl?2p2nh?ng?0.9952nh?ng?2设玻璃的折射率ng 1.5 由题意：?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 个双层。第三章 激光原理与技术1填空最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是1960 年由美国人梅曼制作的 红宝石激光器。光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示色散与频率的关系，虚部表示物质吸收与频率的关系。激光器的基本结构包括激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。激光产生的充分条件是阈值条件和增益饱和效应，必要条件包括粒子数反转分布和减少振荡模式数。今有一个球面谐振腔，r1=1.5m ， r2=-1m ， l=80cm

24、 ，它属于稳定腔。 2试简单说明以下光电子学术语的科学含义：受激辐射 (画出二能级图 )处于激发态 e2 上的原子，在频率满足 hv21 ?e2?e1 的入射光作用下，从e2能级跃迁到e1能级，在跃迁过程中，原子辐射出能量为h?21、与入射光处于同一状态的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光粒子，产生更多状态相同的光子，这一发射过程称为受激发射过程。谱线的多普勒加宽多普勒展宽是由于气体物质中热运动速度不同的发光粒子发出的光的表观中心频率不同造成的谱线加宽。谱线的自然加宽自然加宽是由于粒子存在固有的自发跃迁，从而导致它在受激能级上寿命有限所形成的谱线加宽。 光放大引入激活介质的增益系数g(?)g(?)?di(?)i(?)dx式中， di(?) 是传播距离 dx 时的光强的增量。这说明：介质的增益系数在数值上等于光束强度在传播单位长度距离时，光强增加的百分数。由于 di(?)?0 ，因而g(?)?0 ，所以 g(?) 可以表示光