光电子技术安毓英习题答案(完整版)
光电子技术安毓英第五章课后习题参考答案1
5.1以图中p型半导体器件为例，栅极加正电压超过MOS晶体管的开启电压时，在半导体金属界面会形成深度耗尽层，称为电子的势阱。
当有光照时，光生电子会聚集在势阱中，形成电荷存储。
以图中三相CCD结构为例，相邻三个栅极电压从高电平依次降低到低电平，为一个周期。
每个栅极电压降低过程与下一个栅极高电平重合。
这样三个栅极位置的电子势阱会依次减小，消失与出现。
存储电子会随着势阱位置的移动发生转移。
电荷输出：外加放大电路，利用电荷电势进行放大，输出信号CCD输出信号的特点：1.信号电压是在浮置电平基础上的负电压2.每个电荷包的输出占有一定的时间长度3.在输出信号总叠加有复位期间的高电平脉冲根据这些特点，对CCD的输出进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平，复位高脉冲及抑制噪声。
5.2光电成像系统利用的都是帧扫描方式，完成一帧扫描所需要的时间称为帧时T，单位时间完成的帧数称为帧速 F, 它们的关系是T=1/F5.3(1)F=0.3m(2) W=n*α=128*a/f=128x100um/0.3m=4.26x10-2 rad5.5从目标调制度（对比度）到人眼观察到，总的调制函数为各个调制函数的乘积，光学体统调制传递函数为MTF O, 人眼能感知的极限调制度为0.026，则0.5×MTF O×0.9×0.5×0.95×0.5≥0.026MTF O≥0.245.7(1)像增强器CCD (ICCD)可以探测微光图像，但是其内经过光子-电子的多次转换，图像质量会有损失，光锥中光纤光栅干涉波纹，折断和耦合损失都将使ICCD输出噪声增加，对比度下降，动态范围减小，影响成像质量。
（2）薄型背向CCD器件灵敏度高，噪声低，但当照度低于10-6 lx 时，只能依赖图像增强来提高增益，克服噪音（3）电子轰击型CCD简化了光子多次转换过程，信噪比大大提高，与ICCD相比，电子轰击型CCD具有体积小，重量轻，可靠性高，分辨率高及对比度好等优点。
光电子技术基础与应用习题答案
第三章 习题(1)
1. 填空
① 最早的电光源是
，最早的激光器是 年由 国的 制作的 。
② 光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示 虚部表示 与频率的关系。
与频率的关系，
③ 激光器的基本结构包括 、 是 、 ，必要条件包括
、 。激光产生的充分条件
、
。
④ 今有一个球面激光腔r1=1.5m，r2=-1m，L=80cm，它属于 2. 试简单说明以下光电子学术语的科学含义：
8. 从麦克斯韦通式(2-28)出发，推导波动方程(2-44)。
1. 填空题：
第二章 习题答案(1)
第二章 习题答案(2)
第二章 习题答案(3)
6. 输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和 ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层 才能使镜面反射系数大于99.5％？
第三章复习思考题(8)
4. 简述题 （5）以一个三能级原子系统为例, 说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。
4. 简述题
第三章复习思考题(9)
4. 简述题 （7）分析激光产生的条件。
第三章复习思考题(10)
4. 简述题 （7）分析激光产生的条件。
第三章复习思考题(11)
4. 简述题
第三章复习思考题(12)
讲授内容
第三、四、五讲
1 第一章 绪 论（一讲） 2 第二章 光学基础知识与光场传播规律（二讲）
3 第三章 激光原理与技术（三、四、五讲）
4 第四章 光波导技术基础（六、七讲） 5 第五章 光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲）
6 第六章 光电探测技术（十一、十二讲）
最新光电子技术(安毓英)习题课后答案
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 rdS d c πθπϕθθ 所以⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=Ω=Φ220012c e e e R l lI d I π2. 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:ΩΦ=d d I ee 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：2cos l A d cc θ∆=Ω 则在小面源在∆A c 上辐射照度为：20cos cos l A L dA d E cs s e e e θθ∆=Φ=ΩΦd d ee I =r r ee A dI L θ∆cos =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()22cos rl A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d rlrdrl L E πθπ=+=⎰⎰∞20022224. 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。
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 ee 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：2cos l A d cc θ∆=Ω 则在小面源在∆A c 上辐射照度为：2cos cos l A L dA d E cs 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()22cos r l A d d +=Ωθ则辐照度：()e e e L d rlrdrl L E πθπ=+=⎰⎰∞20022227.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2151()1e C TC M T eλλλ=-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 cl 0θsθc第1.2题图⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=0000000002251513313221322γγγγγγγγγij 由此可得铌酸锂晶体在外加电场后的折射率椭球方程为：12)(2)1()1()1(2251233121322202152220=-++++++++-xy E xz E yz E z E n y E E n x E E n x x z z ez y z y γγγγγγγ （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E z =E y =0,且E x ≠0。
光电子技术课后习题
光电子技术课后习题
一、简单题：
1.光电子技术是什么？
答：光电子技术是利用光来进行电子学和数字信号处理的技术。
它通
常涉及对光来源、光传输设备，以及用于处理光信号的光电子设备的
研究和设计。
2.请简要描述“光电子技术”中“光”的概念？
答：“光”是经典物理学中指可以传播的电磁波。
它包含有人眼
能够感知的可见光，也包括无法人类感知的紫外线和X射线。
在光电
子技术中，光被用作传播信息，而且可以用来进行光信号的处理。
3.什么是A/D变换？
答：A/D变换是模数转换的一种，它可以将连续的模拟信号转换为
数字信号。
A/D转换的过程包括量化和编码两个步骤，量化步骤决定信
号的精度，编码步骤决定信号的传输率。
二、应用题：
1.请描述光电子技术在通信中的应用?
答：光电子技术在通信中的应用十分广泛，例如，光纤技术可以
用来传输大容量的信息，而探测器和放大器可以用来增强信号的功率
和质量。
此外，光电子元件也可以用于处理通信信号，例如基带处理、数据采样和数据编码等。
2.什么是光学探测器，它有哪些用途？
答：光学探测器是一种用来检测和探测光信号的光电子器件，它
可以将光信号转换为电信号，然后输出至外部电路。
光学探测器在光
电子领域有着广泛的应用，它可以用来检测光信号的强度，传输信息，或者监测和识别光信号。
光电子技术安毓英第一章课后习题参考答案1
(t)
2
− A21t
20
20 − s
因此
s
=
1 A 21
1.19 该电矢量方程写成实数形式：
E=(-2i+2 3 j) cos (6x108t-(- 3 x-y)
E0= (-2, 2 3 , 0), k=(- 3 , -1, 0), = 6108
平面波电矢量的振动方向为 X 和 Y 轴面内, 一，三象限内，与 X 轴成 60°角 传播方向为与 X 和 Y 轴平面内，第三象限，与 X 轴成 30°角负向传播
类似于一个完全吸收的黑体，所以室外看窗口感觉较黑。
1.8 （1）根据维恩位移定律：
m
=
2897.9m 3K
K
= 966m
（2）根据斯忒潘-波尔兹曼定律，黑体的辐射出射度为
Meb (T ) = T 4 = 5.67 10−8 J （/ m2 s K4）T 4
所以 3K 辐射背景的辐射出射度为：
s
1 ln10
=
4.80 3 103 K ln10
=
6254K
1.13 证明：自发辐射，一个原子由高能级 自发跃迁到 ，单位时间内能级 减少的粒子数为：
dn2 =−( dn21) dt dt
sp
自发跃迁几率
A21
=(
dn21) dt
1 n2
sp
可得：
dn2 dt
=−
A21
n2
t
n =n e n e 解得：
r sin
hr
Le
=
dIe ds cos
,
dIe = Le ds cos
,
ds = rd r sin d cos
光电子技术安毓英习题答案全
第一章IRI，如图1.设在半径为的点源的圆盘中心法线上，距盘圆中心为为ec o所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
____ e d 解：因为，s dS i R c0上为辐射在被照面，到面源的距离为。
若的入射角，试计算小面源在面积为cccsc o产生的辐射照度。
dI e | __________ e cOsA:解：亮度定义I :强度定c---------------------2I0 cosd cOsL A一 cssee E A上辐射照度为：则在小面源在__________________________________________ e2dA|0,其各处的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） 3.的探测器表面上产生的辐照度。
L均相同，试计算该扩展源在面积为A辐亮度de cosA d d L cosdAd Ld d答：由，且得_____________________________ ee 22cOsddA「1旳「2 2 LEdLI 则辐照度：------------------ e ee20022- I 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 4.在两端放置有电极的真空充入氖或氩等惰性气体，霓虹灯发的光是电致发光,cosld d d 2sin R 2 c r o 且i.i题图第I o 1 222R I co | 0I1 Id 2 所以eee22R|cOLIA ；被照面的，面源法线与, 辐射亮度为的夹角为 2.如图所示，设小面源的面积为sse o A AAAIS处有一个辐射强度d e Ie L d I e 0 A s cOsAdd L c可得辐射通量：sees cos A cc d 在给定方向上立体角为:图1.2第 _______________不是热辐射。
使原子中气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击,当两极间的电压增加到一定数值时,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。
光电子技术安毓英习题答案(全)
第一章1.设在半径为 R 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为 所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
解：因为 l e 所以 dS~~2rl e d sin d d l o2 l e 1l o2 1 cosjo R C2.如图所示，设小面源的面积为 面积为 A,到面源 产生的辐射照度。
L e ,面源法线与10的夹角为 A,辐射亮度为 A 的距离为I 。
若c 为辐射在被照面 A 的入射角，试计算小面源在 0o ;被照面的 A上 L e 解：亮度定义： dl eA r cos r 强度定义：I e 可得辐射通量: d e dd e L e A s Cos sd在给定方向上立体角为： d A c cos cI 。
2d e dA3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源 则在小面源在 A上辐射照度为：EL e A s cos s cos c I 2(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 d A d 的探测器表面上产生的辐照度。
答：由L e 得d d dAcos dAcos ，且 d A d cos I 2r 2则辐照度: E L I ? —rdre e tI 2r 22L e l 0处有一个辐射强度为l e 的点源S ,如图证明：M e (T)T=3K3m0.966 10 m9.答： 到色温度这个量，单位为 K 。
色温度是指在规定两波长具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的 温度。
11如果激光器和微波器分别在入=10卩m 入=500nn 和v =3000MH 输出一瓦的连续功率，问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数分别是多少？由能量守恒可得:解答:NhvN hC当 =10u m 时,10 10叫 3 1013M e (T)5C 1 6C 2e T 1G C245(e C2T1)2Me(T)=o ,解得:mT 2.898 10 3m?K 。
得证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导出M 与温度T 的四次方成正比，即M 。
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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
系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。
电光系数矩阵为：
⎥⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎢
⎢⎢⎢⎣⎡--=00
0000
00022
51513313221322
γγγγγγγγγij 由此可得铌酸锂晶体在外加电场后的折射率椭球方程为：
12)(2)1()1()1(
22512
33121322202152220=-++++++++-xy E xz E yz E z E n y E E n x E E n x x z z e
z y z y γγγγγγγ （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E z =E y =0,且E x ≠0。
晶体主轴x,y 要发生旋转，上式变为：
122225122
222
2=-+++xy E xz E n z n y n x x x z
y x γγ （2） 因151〈〈x E γ，且光传播方向平行于z 轴，故对应项可为零。
将坐标轴绕z 轴旋转角度α得到新坐标轴，使椭圆方程不含交叉项，新坐标轴取为
⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡''cos sin sin cos y x y x αααα，z=z ’ （3） 将上式代入2式，取o 45=α消除交叉项，得新坐标轴下的椭球方程为：
1''1'1222222022220=+⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-e x x n z y E n x E n γγ （4）
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：
e
z x y x x n n E n n n E n n n =-=+
='223
00'223
00'2
121γγ （5）
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n 0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n x ，n y 的大小与外加电场E x 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：。