光电子技术复习提纲(含标准答案)
第1章绪论
1.半导体光电器件是利用什么效应制作的器件？
答：利用半导体光电效应制成的器件。
2.半导体光电器件是哪两种粒子相互作用的器件？
答：是一种利用光子与电子相互作用所具有的特性来实现某种功能的半导体器件。
3.半导体发光器件主要包括哪两种？
答：（1）发光二极管；（2）半导体激光器。
4.光电器件主要有利用哪些效应制作的器件？
答：光电器件主要有利用半导体光敏特性工作的光电导器件，
利用半导体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。
5.什么是半导体发光器件？
答：利用半导体PN结正向通过电时载流子注入复合发光的器件称为半导体发光器件。
6.光电探测器件是如何转换信号的器件？
答：通过电子过程探测光信号的器件，即将射到它表面上的光信号转换为电信号。
7.光电检测器工作在反向偏置状态。
8.光电池是利用什么效应制作的？
答：光伏打效应。
9. 光纤通信的两个重要窗口是哪些？
答：1.55um和1.3um。
第2章
1. 光信号的频率在哪个频段？需要用什么器件检测？
答：光信号的频率在1014 Hz以上，常用的电子器件无法对这一频率段产生良好的响应，必须使用光电子器件。
2. 常用的光电检测器：PIN、APD
3. 光电检测器的工作过程？
答：光电检测器件的工作过程：
（1）光吸收——（2）电子-空穴对产生——（3）载流子扩散和漂移——（4）检测
4. 光信号（光束）入射到半导体材料后，如何产生电子空穴对？
答：光信号（光束）入射到半导体材料后，首先发生的过程就是半导体材料对光子的吸收，吸收光子以后才能产生价带电子的跃迁，从而产生电子空穴对。
5. 半导体材料中的吸收过程可以分为哪两大类？
答：本征吸收和非本征吸收
6. 本征吸收又包括哪些？
答：（1）直接吸收；（2）间接吸收
7. 非本征吸收包括哪些？
答：（1）激子吸收；（2）带内吸收；（3）杂质吸收
8．本征吸收的必要条件？
9.直接吸收中参与的粒子是什么？遵守哪两种守恒？
答：只有电子和光子的参与，没有第3种粒子的参与。且入射光子的能力必须大于该材料的带隙。整个过程中遵守动量守恒和能量守恒。
10.在间接吸收过程中，为保持吸收过程的动量守恒，必须有哪种量参与？
答：在间接吸收过程中，为保持吸收过程的动量守恒，必须有声子的参与。
11.吸收功率的计算。
答：
12. 有效吸收对有源层厚度的要求。
答：
13. 声子的产生过程？
答：
14. 杂质吸收的特点。
答：半导体材料中掺入杂质后，会在禁带内形成杂质能级，杂质能级往往是浅能级，因此杂质吸收所对
应的吸收谱往往在红外甚至是远红外区。杂质吸收的吸收系数一般很小，且须工作在极低温度下。
15. 长波长检测器的设计方案有哪些？各自特点？
答：(1)本征检测器:
? 需要窄带隙材料
? 难以制作出高质量的器件
（2非本征检测器：
? 工作条件苛刻（低温）
? 器件难以小型化（吸收层厚）
16. 响应度描述的是什么？单位是？
答：描述的是入射单位功率的光功率，能够从检测器中输出多大的电流,单位为：A/W 。
17. 器件效率的定义。
答：单位时间内对外输出的载流子个数与入射的光子个数的比值，描述了检测器将光信号转变为电信
号的效率大小。
op L
ph P J R =?e
h R h P e
J ph op L
Q ωωη==
18. 体材料器件和应变量子阱器件对晶格匹配度的不同要求。
19. 实用的光电检测器以什么结构为基础？检测器形成的光电流主要有哪两类？各自特点如何？
20. 根据PN结的电场分布特点，整个PN结可以分为哪三个部分？
21. PN结的两种工作模式是什么？
22. 在不同条件下，太阳光谱的辐射强度有何不同？
答：在不同条件下，太阳光谱的辐射强度不同：
（1）在不考虑大气吸收情况下，到达地面的太阳光功率密：1350W/m2
（2） 考虑大气影响，晴朗天气，到达地面的光功率密度：952W/m2
光功率密度最强的光波长为0.48 ，处于可见光光谱内。
23. 转换效率是什么？
转换效率是指光电池对外输出的最大功率与输入的光功率的比值，它所表征的是光电池将光能量转换
为电能量的效率高低。
（其中 和 分别是匹配电阻情况下（负载电阻与内阻相等），对外输出的电流和电压，在此条件下对外输出功率达到最大值）
24. 非晶硅的制作原理及特点？
答：制作原理是：在较低温度下（约600℃）析出硅膜，在此过程中，充入大量的氢原子，破坏了硅晶
体中原子排列的周期性，从而改变了硅材料的性质，其特性表现在：
（1）有效带隙增大，约1.6 eV 左右（Si 晶体为1.12eV ）；
（2） 类似于直接带隙材料，吸收系数比Si 大得多，厚度通常在um 左右；
（3）可以使用几乎所有的衬底材料，具有良好的使用灵活性。
25. 光电导检测器产生增益的原因是什么？
答：产生增益的原因：每一个电子-空穴对并非只被电极收集一次，而是在复合之前器件的两个电极之
间循环多次，每被电极收集一次，都会对电信号的形成有贡献，直到复合。
26. 什么是增益带宽积？
答：增益带宽积是器件性能的重要参数，是器件增益与带宽之积，表征了器件的增益和带宽性能。
31. PIN 管结构特点？
答：
（1）PIN 管工作在反向偏置电压下，且偏置电压不能太高，以
避免产生击穿效应；
（2）两侧重掺杂p+区和n+区很薄，中间i 区要厚得多，i 区是光
的主要吸收区。光电流主要是由i 区产生的非平衡载流子定向
运动所形成的；
（3）与i 相邻的两侧区域都是重掺杂，加上外加反向偏置的作用，
%100%100max ?=?=in
m m in P V I P P ηm I m V ???? ??+=n p tr p ph t G μμτ11
使i区成为完全耗尽区，其产生的电流为瞬态电流，响应速度
很快，决定了PIN管具有较高的响应速度。
32. PIN管在器件设计阶段需要考虑的因素有哪些？
33. 接收器件的灵敏度的定义？
答：接收器件的灵敏度是指在满足一定的误码率条件下，器件能够检测到的最小信号功率。
34. PIN与APD的性能特点？
答：PIN特点：无增益，但噪声小，SNR较高
APD特点：噪声较大，但有较高增益，信号功率亦高，SNR较高
两种器件都具有较高的信噪比，性能优良，广泛用于光纤通信系统
35. APD中下列结构的作用？
（1）抗反膜；
（2）保护环；
（3）热沉。
36. PIN和APD各自的光吸收区是哪个？
37. 碰撞电离率的定义？
答：定义为在单位距离上载流子碰撞电离出的电子-空穴对的数目。
38. APD的响应速度主要受到哪三种时间参数的影响？
答：（1）电子穿越光吸收区的渡越时间；
（2）雪崩过程所需要的时间；
（3）雪崩过程中产生的空穴穿越吸收区所需要的时间。
第3章
1. LED是通过自发辐射过程发光的器件，与通过受激辐射发光的半导体激光器相比，其优缺点是什么？答：LED是通过自发辐射过程发光的器件，与通过受激辐射发光
的半导体激光器相比，其不同之处在于：
结构简单；
?价格低廉；
?可靠性高。
但其不足之处在于：
?响应速度低；
?输出功率小；
?输出频谱宽。
2. LED器件内部的主要光电过程？
答：
3. 电子-空穴对的复合过程有哪两种？
答：
●辐射复合：产生光子；
●非辐射复合：不产生光子，能量以其他形式散失。
4. 间接带隙材料内部的复合过程大多属于什么过程？
答：间接带隙材料内部的复合过程大多属于非辐射复合，例如俄歇过程。
5. 辐射效率的定义。
答：其定义为：在载流子复合过程中，辐射复合在总的复合过程中所占的比例。
6. 在正向偏置条件下，注入PN结的电流由哪三部分构成？
答：在正向偏置条件下，注入
PN结的电流由三部分构成：
（1）注入到P区的电子扩散电流Jn；
（2）注入到N区的空穴扩散电流Jp；
（3）中间耗尽层中由陷阱复合导致的电流JGR
7. 什么是外量子效率？
答：外量子效率表征的是器件的总的发光效率，也称为表观效率，即器件从外界来看的总发光效率。
8. 出光效率的定义及其影响因素是什么？
答：（1）定义：
指从发光面出射的光子数占发光区产生的总的光子数的比例。发光区产生的光子并非都能出射，这是因为在半导体材料中存在多种导致光子损耗的因素：
（2）发光区产生的光子需要穿过一定厚度的材料才能到达出射面，在此过程中材料会吸收光子，产生电子-空穴对；
到达出射面的光子，由于界面的菲涅尔反射，有一部分光子无法出射，形成菲涅尔反射损耗；
在出射界面处，若入射角大于临界角，会发生全反射，因而只有有限角度范围内的光子能够出射。
9. 提高出光效率的措施有哪些？
答: （1）尽量减小吸收损耗；
（2）降低菲涅尔损耗；
（3）降低表面全反射损耗；
10. 双异质结结构为何能提高注入效率？
答：双异质结结构可使注入的电子和空穴被两侧势垒有效束缚在中间有源区，使有源区汇聚了较高浓度的载流子，提高了注入效率。
11. 为什么在同质结LED中，应该使电子注入电流尽量大，空穴注入电流尽量小，而在异质结LED中，并不需要这样做？
答：
12. 与普通的面发射LED相比较，为什么边辐射LED与光纤之间的耦合效率更高？
13. 简述LED的P-I特性。
答：
（1）注入电流较小时，输出光功率与注入电流是线性关系，输出光功率随注入电流的增大而线性增加；（2）注入电流越大，器件发热越明显，俄歇复合逐渐加剧；
（3）当注入电流增大到一定程度，俄歇复合更加明显，消耗了大量的载流子，输出光功率不再随注入电流增加而增大，即器件的输出达到“饱和”状态。
14. LED在低注入和高注入条件下谱宽的估算。
：
15. LED发光的温度特性是什么？
答：温度对LED的工作特性有重要影响，这种影响从两个方面体现出来：
(1)在较高温度下，更多的载流子以漏电流的形式到达电极区，而不是相互复合产生光子；
(2)温度越高，俄歇复合越强，降低了器件的发光效率。
16. 简述要提高LED的输出光功率，器件设计器件设计时需要的因素。
答：（1）注入载流子密度；
（2）器件横截面积；
（3）有源区厚度。
17. 影响LED寿命的因素有哪些？（即LED的失效有哪三类？）
答：影响LED寿命的因素主要包括：
（1）早期失效；
（2）反常失效；
（3）渐变失效。
第4章
1. 激光器是利用受激辐射产生光子，其激励方式(能量注入方式)有哪些？
答：（1）电流注入（利用PN结结构的载流子注入）；
（2）电子束注入；
（3）激光注入；
（4）碰撞电离。
2. 自发辐射特点。
答：（1）自发辐射是随机过程；
（2）发出的光波是非相干光；
（3）光子能量大体相等，约等于材料带隙；
（4）相位与方向各不相同。
3. 受激辐射特点：
答：（1）发出的光是相干光；
（2）光子相位、方向与引起辐射的光子一致。
4. LD产生激光出射的过程？
答：（1）正向偏置下，首先由器件内部的有源区自发辐射产生光子，这些光子中的极少一部分会引起受激辐射，这些光子就是LD受激辐射发射激光的源头；
（2）LD工作在高电场条件，即外界激励很强，载流子浓度高，有源区达到粒子数分布反转；
（3）光谐振腔的存在，使其中一部分光子因满足谐振条件而迅速增强，逐渐在整个光波中占有绝对优势，最终克服器件损耗，形成稳定的激光输出。
5. 什么是粒子数分布反转？
答：在无外界注入条件下，绝大多数电子都位于低能级，粒子数分布反转是指由于能量注入，使得高能级上的电子数反而比低能级电子数更多，这是普通激光器的粒子数分布反转。对于半导体激光器，工作过程涉及到两种载流子，其粒子数分布反转是指在一定能量范围内，导带内的电子比价带内的电子还要多。
6. 常见光腔种类有哪三种？
答：（1）F-P 腔
（2） 含周期光栅的分布反馈式光腔（DFB 和DBR ）
（3） 含特殊反射器的表面发射腔
6. F-P 腔的共振频率的定义？纵模的计算及分布特点？
答：光腔的共振频率又称为光腔的纵模。
应的对共振频率为：
7. 光波限制因子的定义？体材料激光器与量子阱激光器的光波限制因子的区别。
答：定义：其物理含义是指限制在有源区中的光波在整个光腔内的所有光波中所占的比例。
区别：光波限制因子是衡量有源区对光波限制作用的强弱的参数，其大小与激光器的结构有关，不同的激光器其光波限制因子有很大差别。例如：
体材料半导体激光器，如F-P 腔LD ，光波限制因子接近于100%；
量子阱半导体激光器，由于有源层很薄，对光波的限制能力弱，其光波限制因子大约只有1%左右。
8. 光腔内部的主要损耗过程
答：（1）限制层及电极区对光子吸收所带来的损耗(如这些区域内的杂质等引起的光吸收)；
（2） 光子由腔体内逸出所导致的损耗(部分光子其传输方向并不与出射面垂直，斜入射出腔体)；
（3）载流子对光子的吸收造成的损耗；
（4）出射面的光子出射损耗(对内部光波而言，输出的光波引起损耗)。
9. 激光输出的阈值条件的含义？
答：要形成稳定的激光输出，光波在腔体内部传输来回反射传输时，其强度至少要保持不减小，即光
波在两个界面来回反射两次并回到其出发点时，其强度应保持不变，这就是激光输出的阈值条件。
10. 温度变化对激光器中心波长的影响，注入电流的变化对激光器增益谱的影响。
答：
11. 横模的定义及其影响因素？
答：激光器内部的光场在横向上的稳定的场分布。如果在平行于出射端面上放置一个成像面，则横模表
现为在成像面上的光斑形状。横模主要受到光腔的横截面形状和横向尺寸的影响。横截面形状影响光斑形状，横向尺寸影响横模的数目。(m,n
12.多模激光器其输出曲线上出现弯折的原因。
答：
2r c q n L
υ=?
13温度对阈值的影响体现在哪几个方面？
答：（1）温度升高时，需要更高的注入载流子浓度，才能满足粒子数分布反转的需要，激光器的注入电流密度阈值亦升高；
（2）温度升高，漏电流增大，需要更高的注入电流才能满足阈值条件；
（3）温度升高，俄歇效应更强烈，窄带隙材料尤其如此，因而需要更高注入电流才能满足阈值条件。
14. 激光器可在哪两方面进行改进？改进后的典型结构？
答：（1）电子特性的改进，典型结构：量子阱、应变量子阱、量子点、量子点；
（2）光子特性的改进，典型结构：DFB, DBR 光栅结构、DBR结构的表面反射、微腔结构、能产
生带隙的周期性介质层
15.不同的应变方式对LD出射光波的偏振性的具体影响？
答：利用不同的应变方式，可以改变LD出射光波的偏振性。利用压缩应变效应制作的应变量子阱激光器，出射光波为TE偏振，而利用拉伸应变效应制作的LD，出射光波为TM偏振。
16. GGC光腔的局限性：
答：
?脊形区对电流限制作用较弱，激光器阈值电流较大；
?横向尺寸对光波限制作用较弱，容易导致多模输出；
?线宽较大；
?输出曲线易形成弯折。
17. F-P激光器在限制横向尺寸方面采取的两种结构是什么？
答：对F-P腔的改进主要是限制其横向尺寸，使其易获得单模输出。按照横向尺寸限制方式的不同，分为两类：
（1）Gain guided cavities (GGC：增益导引型光腔)
（2）Index guide cavities (IGC：折射率导引型光腔)
18. DFB激光器的优点？
答：
?温度稳定性好；
?线宽窄；
?易保持单模输出(静态及调制状态下)
19. SEL型激光器的优缺点？
答：优点：
?阈值电流小，可以减小至亚毫安量级；
?腔长小,可以减小至10um量级,易于制作光电集成电路(OEIC)。
缺点：
●电流注入困难；
●难以有效散热。
第5章
1. LD的调制的分类？
答：（1）直接调制；
（2）间接调整。
2. 直接调制的分类？
答：（1）大信号调制；
（2）小信号调制；
（3）脉冲编码调制(脉码调制。
3. 三种调制方式对比？
答：（1）大信号调制：信号幅度变化大，总电流会发生跨阈值的变化，器件响应速度低，但误码率很低。
（2）小信号调制：信号变化幅度小，但器件偏置电流较大，LD始终工作在阈值以上，不会发生跨阈值的状态变化，器件响应速度最快，但误码率也较高。
（3）脉冲编码调制：信号由“0“和”1“两种状态组成，且两种状态的区分非常明显，LD始终工作于阈值以上。既能保证较高的响应速度，又能保持较低的误码率。
4. 影响LD调制性能的外在因素有哪些？
答：（1）外在因素：与发光过程无关的因素造成的影响；
（2）内在因素：与发光过程有光的因素造成的影响。
5. 在偏置电流等其他外界条件相同的情况下，波长为2.5um的LD，其响应速度要比波长为0.8um的LD 响应速度快，其可能原因是什么？
答：
6. 什么是共振频率？
答：
7. LD小信号调制响应的限制因素有哪些静态偏置电流密度和阈值电流密度？
答：（1）静态偏置电流密度和阈值电流密度；
（2）俄歇效应；
（3）光子寿命；
（4）微分增益。
第6章
1. 半导体激光放大器的重要性能参数
（1）增益带宽积
（2）增益饱和
（3）放大器噪声
（4）频率啁啾
2. 根据放大信号的脉冲宽度，分为连续波放大器和窄脉冲放大器。1ns。
光电子技术安毓英习题答案
光电子技术安毓英习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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 e e I = ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 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s ；被照面的面积为A c ，到面源A s 的距离为l 0。若c 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 e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 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：2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s 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() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ l 0 S R c L e A s A c l 0 s c 第1.2题图
光电子技术安毓英习题答案
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 ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 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 c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: 强度定义:Ω Φ =d d I e e 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：2 0cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s 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() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ ΩΦd d e e I = r r e e A dI L θ?cos = 第1.1题图 第1.2题图
光电子技术课后答案安毓敏第二版
习 题 1 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。 ΩΦd d e e I =， 202πd l R c =Ω 202e πd d l R I I c e e ==ΩΦ 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 s ；被照面的面积为A c ，到面源A s 的距离为l 0。若 c 为辐射在被照面A c 的入射角，试计算小面源在A c 用定义r r e e 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 m 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2.89810-3 m 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 2 1. 何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口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。 l 0 S R c 第1题图 L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第2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）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 ， 0=0.6328m ，试估算发生拉曼-纳斯衍射 所允许的最大晶体长度L max =? 由公式0 2202044λλλs s s f nv n L L =≈<计算，得到 612 2022max 10 6328.0410********.24-?????==λs s f nv L 。 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 。取韦尔德常数为V =0.2510-5（）/cm T ，试计算光的旋转角。 由公式L αθ=、VH =α和L NI H = 计算，得到VNI =θ。 11. 概括光纤弱导条件的意义。 从理论上讲，光纤的弱导特性是光纤与微波圆波导之间的重要差别之一。实际使用的光纤，特别是单模光纤，其掺杂浓度都很小，使纤芯和包层只有很小的折射率差。所以弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构，而且为制造提供了很大的方便。 15. 光波水下传输有那些特殊问题？ 主要是设法克服这种后向散射的影响。措施如下： ⑴适当地选择滤光片和检偏器，以分辨无规则偏振的后向散射和有规则偏振的目标反射。 ⑵尽可能的分开发射光源和接收器。 ⑶采用如图2-28所示的距离选通技术。当光源发射的光脉冲朝向目标传播时，接收器
光电子技术基础考试题及答案
光电子技术基础考试题及答案 一、选择题 1.光通量的单位是（ B ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2. 辐射通量φe的单位是（ B ） A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd) 3.发光强度的单位是（ A ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.激光器的构成一般由（ A ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D. 电子、载流子和光子 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7.2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ A ） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好
8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关 A.内加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 https://www.360docs.net/doc/728514867.html,D 摄像器件的信息是靠（ B ）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 13.LCD显示器，可以分为（ ABCD ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 14.掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载 流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带 15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（ B ） A色性好 B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱 16.红外辐射的波长为（ D ）. A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770-1000 nm 17.可见光的波长范围为（ C ）.
光电子技术安毓英习题答案完整版
第一章 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?s ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若?c 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 e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 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： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s 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() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 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4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.67?10-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ= -进行积分即可证明。 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） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： 第1.2题图
光电子技术安毓英习题答案解析[完整版]
第一章 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 c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 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： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s 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() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 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4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ=-进行积分即可证明。 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） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图
张永林第二版《光电子技术》课后习题答案. ()
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：~ 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~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。 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**^2= 一支氦-氖激光器（波长为）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，求该屏上的光亮度。 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 式这一关系式称为维恩位移定律中，常数为?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。教材P8 什么是光辐射的调制？有哪些调制的方法？它们有什么特点和应用？ 光辐射的调制是用数字或模拟信号改变光波波形的幅度、频率或相位的过程。 光辐射的调制方法有内调制和外调制。 内调制：直接调制技术具有简单、经济、容易实现等优点。但存在波长(频率)的抖动。 LD、LED 外调制：调制系统比较复杂、消光比高、插损较大、驱动电压较高、难以与光源集成、偏振敏感、损耗大、而且造价也高。但谱线宽度窄。机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制 说明利用泡克尔斯效应的横向电光调制的原理。画出横向电光调制的装置图，说明其中各个器件的作用。若在KDP晶体上加调制电压U=Um ，U在线性区内，请写出输出光通量的表达式。 Pockels效应：折射率的改变与外加电场成正比的电光效应。也称线性电光效应。 光传播方向与电场施加的方向垂直，这种电光效应称为横向电光效应。 说明利用声光布拉格衍射调制光通量的原理。超声功率Ps的大小决定于什么？在石英晶体上应加怎样的电信号才能实现光通量的调制？该信号的频率和振幅分别起着什么作用？ 当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。 声光介质在超声波的作用下，就变成了一个等效的相位光栅，当光通过有超声波作用的介质时，相位就要受到调制，其结果如同它通过一个衍射光栅，光栅间距等于声波波长，光束通过这个光栅时就要产生衍射，这就是声光效应。布拉格衍射是在超声波频率较高，声光作用区较长，光线与超声波波面有一定角度斜入射时发生的。
《光电子技术》期末考试试卷(A卷)答案
西南科技大学2009——2010学年第1学期《光电子技术》期末考试试卷（A卷）
西南科技大学2009——2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 31、答： 光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。光子能量是νh，h是普朗克常数, ν是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。5分 光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。所以，光热效应与单光子能量νh的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。5分32、答： 转移效率：电荷包在进行每一次转移中的效率；2分
不均匀度：包括光敏元件的不均匀与CCD的不均匀；2分暗电流：CCD在无光注入和无电注入情况下输出的电流信号；1分灵敏度：是指在一定光谱范围内，单位暴光量的输出信号电压（电流）；1分光谱响应：是指能量相对光谱响应，最大响应值归一化为100%，所对应的波长峰值波长，低于10%的响应点对应的波长称为截止波长；1分噪声：可以归纳为散粒噪声、转移噪声和热噪声；1分 参考答案及评分细则 西南科技大学2009——2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 分辨率：是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力；1分动态范围和线性度：动态范围=光敏元件满阱信号/等效噪声信号，线性度是指在动态范围内，输出信号与暴光量的关系是否成直线关系。1分33、答： 等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气态外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的电场和磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。4分等离子体显示搬是利用气体放电产生发光现象的平板显示的统称。1分等离子体显示技术（Plasma Display）的基本原理：显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。5分
张永林第二版《光电子技术》课后习题答案解析
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63 2.8nm ）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 )()0.362 1.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v v v v v K V lm d I d S Rh R R I cd dI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=???=Φ?Φ= =Ω?Ω ??Ω===-?Φ===?--??= ===??Φ==52262 4.610/0.0005 lm m π=??'2' ''22 2' '2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v v v v v v v v l m r m P d r M E L dS l r L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===??Φ====ΩΩ 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 常数=T m λ 式这一关系式称为维恩位移定律中，常数为-。 普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。教材P8 2.1什么是光辐射的调制？有哪些调制的方法？它们有什么特点和应用？
光电子技术题目与答案8页
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
8) 简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。 答：必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数 充分条件：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 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：将粒子从低能级抽运到高能级的装置 谐振腔：1、使激光具有极好的方向性 2、增强光放大作用 3、使激光具有极好的单色性 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
光电子技术安毓英习题答案
光电子技术安毓英习题答案
习 题1 1．1. 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。 .1.2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e 积为?A c ，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。 第1题图 第2题图
1.4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 不是热辐射。 1.6. 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。 1.9. 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2
2.1. 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。 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？ 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
光电子技术安毓英版答案
习 题1 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：ΩΦd d e e I =， 20 2 πd l R c =Ω 20 2 e πd d l R I I c e e ==ΩΦ 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 c 上产生的辐射照度。 解：用定义r r e e A dI L θ?cos = 和A E e e d d Φ=求解。 3.假设有一个按郎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e L 均相同。试计算该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度。 解：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量，因为余弦辐射体的辐射亮度为 eo e eo dI L L dS = = 得到余弦辐射体的面元dS 向半空间的辐射通量为 0e e e d L dS L dS ππΦ== 又因为在辐射接收面上的辐射照度e E 定义为照射在面元上的辐射通量e d Φ与该面元的面积dA 之比，即e e d E dA Φ= 所以该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度为e e d L dS E A π= 单位是2 /W m 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 解： 不是热辐射。 5刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总显得特别黑暗，这是为什么？ 解：因为刚粉刷完的房间需要吸收光线，故从房外远处看它的窗口总显得特别黑暗 第1题图 第2题图
光电子技术安毓英版答案汇编
习题1 1?设在半径为R c的圆盘中心法线上，距盘圆中心为I。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I。的夹角为被照面的面积为.-：Ac，至価源.■:A s的距 离为I。。若4为辐射在被照面「A c的入射角，试计算小面源在UAc上产生的辐射照度。 3?假设有一个按郎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） 该扩展源在面积为A d的探测器表面上产生的辐照度。 解：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量，因为余弦辐射体的辐射亮度为 L = dI e^ = L e dS eo 得到余弦辐射体的面元dS向半空间的辐射通量为 d：：「Le。二dS ms d①又因为在辐射接收面上的辐射照度E e定义为照射在面元上的辐射通量d「e与该面元的面积dA之比，即E e e dA L ndS 2 所以该扩展源在面积为A d的探测器表面上产生的辐照度为E e e单位是W/m2 A d 解: l e n R2 =le d「 ，其各处的辐亮度L e均相同。试计算d：」 e e 解：用定义L e
4.霓虹灯发的光是热辐射吗?
学习-----好资料 解： 不是热辐射。 5刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总显得特别黑暗，这是为什么？ 解：因为刚粉刷完的房间需要吸收光线，故从房外远处看它的窗口总显得特别黑暗 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 f 随温度T 的升高而减小。试由普朗克 热辐射公式导出 ■m T 二常数。 这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为 2.898 10-3m 水。 解：普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于 0，即可求的。 7?黑体辐射曲线下的面积等于在相应温度下黑体的辐射出射度 M 。试由普朗克热辐射公式导出 M 与温度T 的四次方成正 比，即 M 二常数*T 4 ■5 [exp(C 21 / T)-1]及地球面积 ’ 4 R 2 得出地球表面接收到此辐射的功率。 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？ 解：按色 温区分。 10. :? v dv 为频率在vLI(v ，dv)间黑体辐射的能量密度，'.d-为波长在’L d ■间黑体辐射能量密度。已知 3 3 ;? v =8二 hv / c [exp( hv/kBT)-1]，试求 匚。 解：黑体处于温度 T 时，在波长■处的单色辐射出射度有普朗克公式给出： 2-hc 2 M eb - 5 ，[exp(hc/，k )-1] 则上式可改写为 C 1 M e b = 5 ■ [exp(C 2/ T) -1] 将此式积分得 2 M eb 二M eb d ■二5 c d - cT 4此即为斯忒藩一玻尔兹曼定律。 eb 0 3[exp(hc/，k B )-1] = 5.670 10$J / m 2*k 4为斯忒藩一玻尔兹曼常数。 &宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的均匀背景热辐射相当于 (1) 此辐射的单色辐射出射度在什么波长下有意义? (2) 地球表面接收到此辐射的功率是多大？ 3K 黑体辐射。 解：答(1)由维恩位移定律'm T =2897.9(?im* k )得 2897.9 3 =965.97 J m (2)由M e =d e 和普朗克公式 M e.b dS 这一关系式被称为斯忒藩一玻尔兹曼定律，其中常数为 5.67*10-8W( m 2 K 4)O 式中h 为普朗克常数, c 为真空中光速，k B 为玻尔兹曼常数。令 C i =2二he G 二晋 ^-.2, 4 2 k
光电子技术新增题目及答案
8. 使用棱镜耦合将光耦合进入单模光纤中，若棱镜系统的数值孔径NA 是0.3，光源波长是532.8nm ，如果想要单模光纤与棱镜系统的数值孔径匹配，则其纤芯最大可以是多少？试从结果讨论其可行性。 答：单模光纤需要满足：*.. 2.41a N A c ω<=> 2.41.. a N A λ< =>a<4.28um 一般单模光纤的纤芯在10um 左右，如果纤芯太小，会增加传输损耗，不能进行长距离的传输，所以在设计光纤通信系统时需要注意纤芯以及耦合方式的设计。 15．在弱传导近似下，利用公式（5.97）计算EH 11模和HE 31模的截止条件，并利 用标量模理论解释其物理原因。 对于EH 11模，其截止公式为：1()0J U =，查表得到：U 11=3.832 对于HE 31模，其截止公式为：1()0 J U =（弱传导近似结果）其截至条件为U 11=3.832；这里注意一下由于3(0)0J =所以不能取U=0的根 利用标量模近似分析，EH 11模和HE 31模同属于LP 21模 17．如果在4 1拍长的两个自聚焦透镜对之间的准直光路中插入法拉第旋光器和两个偏振器，就可以做成光纤隔离器，如下图所示，简要说明其原理。 见P211 左侧入射的光束经过聚焦纤维透镜之后成为大致平行的光束，经过0o θ=偏振镜后，偏振方向被调制到与光轴平行，继续经过法拉第旋光器后偏振方向旋转45度，正好通过45o θ=偏振片与另一侧（右侧）聚焦纤维透镜耦合。反射光会再次经过旋光器，偏振继续旋转45度，成为垂直于光轴的方向，不能通过0o θ=的偏振器，从而隔离反射光。 18．（a ）单模光纤在z x -平面内弯曲时产生应力双折射，对于石英光纤有 2)(133.0R a n n n y x -=?-?=δ，这里a 为光纤芯半径，R 为光纤弯曲半径，若用一个光纤圈构成14 波片，0.63m λμ=，m a μ5.62=时，R 应为多大？对于这种弯折
《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、CO 激光器或Ar+激光器（写 2 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）ωνη==h E ；（2）2 2c h c E m ν== ，光子具有运动质量，但静止质量为零；（3） k P ?η?=；（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。 2、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。（10分） [答]：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 )。 三、计算题 1、设一对激光能级为E 2和E 1（g 2=g 1），相应的频率为ν（波长为λ），各 能级上的粒子数为n 2和n 1。求 （1）当ν=3000MHz，T =300K 时，n 2/n 1=？ （2）当λ=1μm，T =300K 时，n 2/n 1=？ （2）当λ=1μm， n 2/n 1=时，温度T =？ 解：(1) 999 .03001038.110300010626.6exp exp exp 23634121212=??? ? ???????-=??? ? ??-=???? ??--=--T k h T k E E g g n n B B ν (2)
《光电子技术》章节练习题及答案
《光电子技术》章节练习题 及答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《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、CO 2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/m 2。 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/m 2。 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）ων ==h E ；（2）22c h c E m ν== ，光
光电子技术习题答案
设半径为R c 的圆盘中心发现上，距圆盘中心为l 0处有一辐射强度为I e 的点源S ，如下图所示。试计算该点光源发射到圆盘的辐射功率。 思路分析：要求e φ由公式e e d E dA φ=，e e d I d φ=Ω 都和e φ有关，根据条件，都可求出。解题过程如下： 法一 e e d E dA φ= 故：20 c R e e E dA πφ= ? 又：20 e e I E l = 代入上式可得： 220 e e c I R l φπ= 法二： e e d I d φ= Ω 220 c R l e e I d πφ=Ω? 2 20 e c e I R l πφ= 如下图所示，设小面源的面积为s A ?，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为s θ；被照面的面积为c A ?，到面源s A ?的距离为l 0。若c θ为辐射在被照面c A ?的入射角，试计算小面源在c A ?上产生的辐射照度。 思路分析：若求辐射照度e E ，则应考虑公式2 0e e I E l =。又题目可知缺少I e ，则该考虑如何求I e 。通过课本上的知识可以想到公式cos e e dI L dS θ =，通过积分则可出I e 。解 题过程如下： 解：
2 0e e I E l = 由cos e e dI L dS θ = 可得 cos s A e e I L dS θ?=? = cos e s L A θ?，故： 22 00cos e e s e I L A E l l θ?= = 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），其各处的辐射亮度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射照度。 思路分析：题目中明确给出扩展源是按朗伯余弦定律发射辐射的，且要求辐射照度E e ，由公式e e d E dA φ= 可知，要解此题需求出e d φ，而朗伯体的辐射通量为cos e e e d L dS d L dS φθπ=Ω=?，此题可解。解题过程如下： 解： e e d E dA φ= cos e e e d L dS d L dS φθπ=Ω=? e e e L dS E L dA ππ= = 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 答：霓虹灯发光是以原子辐射产生的光辐射，属于气体放电，放电原理后面章节会涉及到。而热辐射是指由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象。因此霓虹灯放电不属于热辐射。 此题不适合做例题，可在相关章节做个小思考题。 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？ 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，容易产生几何偏折损耗，故看起来总是特别黑。 这个题目也是不适合作为例题，可以和题一样以思考题的形式出现。 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 λ随温度