厦门大学849光电子技术2009年考研初试专业课真题试卷

《厦门大学光电子技术历年考研真题及答案解析》9/45厦门大学2009年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题科目代码：849

科目名称：光电子技术

考生须知：答案必须使用黑（蓝）色墨水（圆珠）笔；不得在试题（草稿）纸上作答；

凡未按规定作答均不予评阅、判分

1、一台5W LD 泵浦全固体Nd ：YAG 激光器，输出波长为1064nm ，问：（1）同荧光灯相比，该光源有哪些特点？（2）如果通过非线性光学技术将其倍频，问倍频光的颜色、光子频率。（3）如果通过受激拉曼散射技术将基频光和倍频光进行频率下移，假定拉曼频移量为882cm -1，请分别计算基频光和倍频光频移后的激光波长。

2、什么是Pockels 电光效应？KDP 纵向、横向电光调制器的工作原理有何异同？以KDP 横向电光强度调制器为例，若在KDP 晶体上调制电压t U U m ωsin =，U 在线性区内，请写出输出光通量的表达式。

3、某光电倍增管的阴极灵敏度为20μA/lm ，阴极有效面积为2cm 2，光电子收集率为0.98。

共有11级倍增极，各倍增极的二次电子发射系数均相等()4=σ，电子收集率为0.95。设阳极的电子收集率为1。当阴极入射光的照度为0.1lx 时，试计算倍增系统的放大倍数和阳极电流。

4、用硒光电池制作照度计的原理如下图。已知硒光电池在100lx 照度下最佳功率输出时的V m =0.3V ，I m =1.5mA ，如果选用100μA 表头作照度指示，表头内阻为1KΩ，指针满刻度为100lx ，试计算电阻R 1和R 2

值。

5、下图中一理想运算放大器对光电二极管的光电流进行线性放大。光电二极管未受光照时，运放输出电压V 0=0.6V ；在100lx 的光照下，输出电压为2.4V 。求（1）光电二极管的暗电流；（2）光电二极管的电流灵敏度。

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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

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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

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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.doc

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+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，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。 322 51122()()()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 4.610/0.0005lm 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

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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

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光电子技术题库及答案 (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 L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图

《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

(完整版)光电子技术题目与答案

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 1)光束调制按其调制的性质可分为调幅，调频，调相，强度调制。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、量化、编码。 2)光束扫描根据其应用的目的来可以分为模拟扫描、数字扫描两种；前者主要应用各种显示，后者主要应用于光存储。 3)在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个 /4波片，波片的轴向取向为快慢轴与晶体的主轴成45度角时最好。

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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=Φ22 0012c 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:r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:ΩΦ =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 第1.1题图 第1.2题图

光电子技术基础习题答案

第一章绪论 1. 光电子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、各种传感器等。 光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。 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。 3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。 20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就是各种激光器的相继问世。 20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟特别是量子阱激光器的问世以及CCD的问世。 20世纪80年代，出现了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的得到了迅速发展；也出现了保偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。 20世纪90年代，掺铒光纤放大器(EDFA)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，形成了光纤通信产业；。另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已成为计算

机存储数据的重要手段。 21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性增长对信息的采集、传输、 处理、存储与显示都提出了严峻的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的增强等都更加依赖于信息的广度、深度和速度。 ⒋ 举出几个你所知道的光电子技术应用实例。 如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。 ⒌ 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 ）。 第二章 光学基础知识与光场传播规律 ⒈填空题 ⑴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。 ⑵两束光相干的条件是频率相同、振幅方向相同、相位差恒定，最典型的干涉装置有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪。两束光相长干涉的条件是(0,1,2,)m m δλ==±±L L δ为光程差。 ⑶两列同频平面简谐波振幅分别为01E 、02E ，位相差为φV ，则其干涉光强为 22010201022cos E E E E φ++V ，两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±±V L L ⑷波长λ的光经过孔径D 的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22f D λ 。 ⒉在玻璃( 2.25,1)r r εμ==上涂一种透明的介质膜以消除红外线(0.75)m λμ=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 λμ=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

(整理)光电子技术思考题答案

2014年光电子技术思考题答案 １．已知一阶跃光纤芯区和包层折射率分别为n 1=1.62, n 2=1.52 (a) 试计算光纤的数值孔径NA=? (b) 计算空气中该光纤的最大入射角M θ=? (c) 如果将光纤浸入水中（n 水=1.33），M θ=？ ２．设阶跃光纤的数值孔径NA=0.2,芯(半)径a=60um ，0λ=0.9um,计算光纤传输的总模数。 ３．欲设计阶跃单模光纤，其芯折射率为n 1=1.5,?=0.005,试分别计算波长为0λ=1.3um 和0λ=0.6328um 的最大芯(半) 径。

４．设一根光纤的芯的折射率n 1=1.532，包层的折射率n 2=1.530 (a)计算临界角； (b)设一条光线沿轴向传播，另一条光线以临界角入射到包层上，试求轴向光线传播１公里后两光线的滞后； ５．已知一直圆柱形阶跃光纤，纤芯和包层折射率分别为n 1=1.62, n 2=1.52，其芯线直径d=10um ，弯曲后的曲率半 径R=1.0cm (a) 试计算放在空气中子午光线的最大入射角M θ？(所有子午光线都全反射) (b) R 值低于多少时，子午光线便不再在内表面上反射？（入射角0θ=M θ）(只要有一条子午光线做到就可以) (c) 对该光纤，要使最大孔径角M θ增大到90°，则n 2最大应等于多少？(设纤芯的折射率保持一定。) (d) 当M θ=90°时，出射光会不会在光纤的出射端面上发生反射？(试分析之)

６．已知“习题5”中的圆柱形阶跃光纤的入射端面有α=10°倾角，出射端面仍垂直于轴线 (a) 试计算放在空气中光纤的最大入射角m ax θ。 (b) 要使m ax θ=90°，该光纤的数值孔径NA 至少要多少？这一光线（M θ=90°）会不会在出射端面内发生全 反射？

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

课后题答案 1.1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：2 0e e I E l = 代入上式可得： 2 20 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= 1.2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： 2200 cos e e s e I L A E l l θ?= = 1.3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= = 1.4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。 1.5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？

光电子技术安毓英习题答案(完整版)分析

第一章 2.如图所示，设小面源的面积为 「A,辐射亮度为L e ,面源法线与10 的夹角为 舛 被照面的面积为「A ，至U 面源 A s 的距离为丨0。若氏为辐射 在被照面 A c 的入射角，试计算小面源在 A 上产生的辐射照度。 强度定义：l e =仏 d Q 可得辐射通量：出」厂LJAcosid" 在给定方向上立体角为： A cos^c 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 的 探测器表面上产生的辐照度。 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T 4 这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.67 10"8W/n 2K 4 解答：教材P9,对公式M e.（T ）二C 1 C 1 进行积分即可证明。 丸 e %T —1 第二章 3.对于3n 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 o > n z = n e 。它所属的三方晶 dl 解：亮度定义： A r cos t 则在小面源在 A c 上辐射照度为: E e d ” e L e =A s cos^s cos ； c "dA 「 1H 答：由-二贏?得， 且 d' 1 二 A d COST l 2 r 2 则辐照度: E e 二 L e o rdr 1 2 ,2 .2 2

系3n点群电光系数有四个，即丫22、丫烬丫33、丫51。电光系数矩阵为：

光电子技术试题及答案

光电子技术试题及答案 光电子技术试题及答案一、选择题 1、电磁波具有的性质有( ) A. 电场、磁场和波的传播方向满足右手定则 B. 具有偏振 C. 电场和磁场相位同步 D. 电场与磁场存在相互依存关系 2、图像通信系统主要由图像输入设备、( )等组成。 A. 编码器 B. 调制器 C. 信道 D. 显示终端 3、在光线作用下,半导体的电导率增加的现象属于( ) A. 外光电效应 B. 内光电效应 C. 光电发射 D. 光导效应 4、厨房宜采用哪种形式的火灾报警探测器 ( ) A. 感温探测器 B. 火焰探测器 C. 感烟探测器 D. 离子感烟探测器 5、成像转换过程需要研究的有( ) A. 能量 B. 成像特性 C. 噪声 D. 信息传递速率 6、光电子技术主要应用在( ) A.光纤通信 B. 光传感 C. 光存储 D. 遥感测量 7、描述时间相??性的等效物理量是( ) A. 相干时间 B. 相干长度 C. 谱线宽度 D. 简并度 8、按照调制方式分类,光调制可以分为( )等,所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波

光波上。 A. 偏振调制 B. 强度调制 C. 相位调制 D. 频率调制 9、掺杂型探测器是由( )之间的电子-空穴对复合产生的,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 10、CCD 摄像器件的基本工作原理是 ( ) A. 势阱的形成 B. 少数载流子的捕获 C. 少数载流子的转移 D. 电荷检测 二、判断题 1、大气分子在光波电场的作用下产生极化,并以入射光的频率作受迫振动。( ) 2、某些晶体在外加电场的作用下,其折射率将发生变化,当光波通过此介质时?? 其传输特性就受到影响而改变,这种现象称为电光效应( ) 3、光电池是利用光生伏特效应,直接将光能转换为电能的光电器件。( ) 4、热辐射光纤温度探测器是利用光纤内产生的热辐射来探测温度的一种器件。 ( ) 5、等离子体显示器缺点是每一个像素都是一个独立的发光管。( ) 6、任意一种朗伯体的辐射亮度都是均匀的,与辐射的方向角没有关系。( )

光电子技术思考题答案

2014 年光电子技术思考题答案 １．已知一阶跃光纤芯区和包层折射率分别为n1=1.62, n2=1.52 (a) 试计算光纤的数值孔径NA=? (b) 计算空气中该光纤的最大入射角M =? (c) 如果将光纤浸入水中（n 水=1.33），M =？ ２．设阶跃光纤的数值孔径NA=0.2, 芯(半)径a=60um， =0.9um, 计算光纤传输的总模数。 ３．欲设计阶跃单模光纤，其芯折射率为n1 =1.5, =0.005, 试分别计算波长为0 =1.3um 和0 =0.6328um 的最大芯(半) 径。

４．设一根光纤的芯的折射率n1=1.532 ，包层的折射率n2=1.530 (a)计算临界角； (b)设一条光线沿轴向传播，另一条光线以临界角入射到包层上，试求轴向光线传播１公里后两光线的滞后； ５．已知一直圆柱形阶跃光纤，纤芯和包层折射率分别为n1=1.62, n2=1.52，其芯线直径d=10um ，弯曲后的曲率半径R=1.0cm (a)试计算放在空气中子午光线的最大入射角M？(所有子午光线都全反射) (b)R 值低于多少时，子午光线便不再在内表面上反射？（入射角0 = M）(只要有一条子午光线做到就可以) (c)对该光纤，要使最大孔径角M增大到90°，则n2 最大应等于多少？(设纤芯的折射率保持一定。) (d)当M =90°时，出射光会不会在光纤的出射端面上发生反射？(试分析之)

６．已知“习题5”中的圆柱形阶跃光纤的入射端面有=10°倾角，出射端面仍垂直于轴线 (a) 试计算放在空气中光纤的最大入射角m ax。 (b) 要使m ax=90 °，该光纤的数值孔径NA 至少要多少？这一光线（M =90°）会不会在出射端面内发生全 反射？

光电子技术作业解答

赖老师的课到期中考试为止一共有9次作业，依次分别由冯成坤、饶文涛、黄善津、刘明凯、郑致远、黄瑜、陈奕峰、周维鸥和陆锦洪同学整理，谨此致谢！ 作业一： 1、桌上有一本书，书与灯至桌面垂直线的垂足相距半米。若灯泡可上下移动，灯在桌上面多高时，书上照度最大？（假设 灯的发光强度各向通性，为I0） 解：设书的面积为dA ，则根据照度的定义公式： dA d I dA d E 0Ω = = φ （1） 其中Ωd 为上图所示的立体角。 因而有： 2 /32222)h (L h dA h L cos dA d +?=+?= Ωθ （2） 将（2）式代入（1）式得到： 2 /3220 ) h (L h I E += （3） 为求最大照度，对（3）式求导并令其等于零， 0dh dE = 计算得： m 2 21h = 因而，当高度为m 2 21时书上的照度最大。

2、设He-Ne 激光器中放电管直径为1mm ，发出波长为6328埃的激光束，全发散角为θ=10-3rad ，辐射通量为3mW ，视见函数取 V(6328)=0.24，求： （1）光通量，发光强度，沿轴线方向的亮度？ （2）离激光器10米远处观察屏上照明区中心的照度？ （3）若人眼只宜看一熙提的亮度，保护眼镜的透射系数应为多少？ 解：（1）光通量：lm 49.010324.0638V K 3 m v =???=Φ??=Φ-θ 发光强度：cd 1024.64 d d I 52v v ?≈Φ=Ω Φ= θπ 亮度：2112 35 m /cd 1059.7)10(4 1024.6dAcos dI L ?≈??==-πθ轴 （2）由题意知，10米远处的照明区域直径为： m 101010 L D 23 --=?=?=θ 从而照度为：lx 9.6238)10(4 1 49.0D 4 E 222 v =??= Φ= -ππ （3）透射率：811 4 1026.110 95.710L 1T -?≈?==轴（熙提） 作业二 1、说明蓝色火焰与黄色火焰的色温谁高，为什么？ 答：色温是用黑体的温度来标度普通热辐射源的温度。 如果热辐射体的光色与温度为T 的黑体的光色完全一样，则称该热辐射体的色温为T 。 由维恩位移定律 T m /αλ=（其中K m ?=μα2898），可知，峰值波长m λ与温度成反比， 峰值波长随温度升高而蓝移。因为蓝色火焰发出的光波长比黄色火焰的小，所以蓝色火焰的色温高。 2、何谓标准照明体与标准光源? 初级和次级标准光源? 答：标准照明体指特定的光谱功率分布。CIE 针对不同的用途定义了不同的标准照明体，其中常用的三种标准照明体为： 标准照明体A ：温度为2856K 的黑体所发出的光谱 标准照明体B ：相关色温约为4874K 的直射阳光的光谱 标准照明体C ：相关色温为6774K 的平均日光的光谱 标准光源指实现标准照明体的发光源。常用标准光源有三种：黑体、钨带灯、钨管灯。黑体是初级标准光源，经过它校准的为次级标准光源，如钨带灯、钨管灯。

光电子技术复习提纲(含标准答案)要点

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

光电子技术安毓英第四章课后习题参考答案

4.1 比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。 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。因为，光子能量是hν，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。 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h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。值得注意的是，以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温度变化率，比其他光热效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的应用。 4.3 用光敏电阻设计路灯自动点亮器 本题为开放式。可能有不同答案。有设计图都算，无明显错误，都算对 4.4 已知Si 光电池光敏面积为5×10mm2, 在1000W/m2光照下，开路电压u∞=0.55V，光电流iφ=12mA。试求: （1）在（200 ~ 700）W/m2光照下,保证线性电压输出的负载电阻和电压变化值; （2）如果希望输出电压变化量为0.5V，怎么办？ 解： （1）不同的光照强度下，光电池的开路电压有变化，由（4 -115）式得到开路电压变化值：