光电子技术习题
1. 一氦氖激光器，发射波长为6.328710-?m 的激光束，辐射量为5mW ，光束的发散角为
1.0310-?rad ，求此激光束的光通量及发光强度。又此激光器输出光束的截面（即放电毛细管的截面）直径为1mm ，求其亮度。
解：波长632.8nm 的光的视见函数值为=)(λV 0.238，W lm K m /683=则其激光束的光通量为：
e m v V K Φ??=Φ)(λ=683??238.053
10-?=0.813lm
1弧度 = 1单位弧长/1单位半径, 1立体角=以该弧长为直径的圆面积/1单位半径的值的平方，则光束的发散角为1.0310-?rad 时的立体角为
2
4
απ
=
Ω=
23
)10
0.1(4
-??π
=0.796
10
-?sr
发光强度为：
cd I v v 6
10035.1?=Ω
Φ=
亮度为：
2
cos r
I A
I L v
v v πθ=?=
=1.318212/10m cd ?
2．已知氦氖激光器输出的激光束束腰半径为0.5mm ，波长为632.8nm ，在离束腰100mm 处放置一个倒置的伽利略望远系统对激光束进行准直与扩束，伽利略望远系统的目镜焦距mm f e 10-='，物镜焦距mm f o 100='
，试求经伽利略望远系统变换后激光束束腰大小、位
置、激光束的发散角和准直倍率。
解：已知束腰半径010.5w m m =，632.8nm λ=，束腰到目镜的距离为1100z m m =
∴可以求得目镜前主平面上的截面半径
2
10.50.502w w m m
==?=
波阵曲面的曲率半径： 2
2
012
2
116
1 3.140.5
(1(
))100(+(
))=-15488.857mm 100632.810
w R z z πλ-?=+=-?-??1
'
'
1
1
111R R f
-
=
∴将115488.857m m R =-，'10f m m =-带入得'
1R ：
'
'
1
1
1111115488.857
10
R R f
=
+
=
+
--
∴'
19.99R mm =-
由于'
110.502w w mm ==，所以根据'1w 和'1R 可以求出目镜后射出的光束的束腰
位置
'
1
z 和束腰半径02w ：
'
1
020.00398w mm === '2
'1
'
1'
6
12
2
2
1
9.99
z 9.99632.810
(9.99)
1(
)1(
)
3.140.502
R m m R w λπ--=
==-??-++? 入射光束束腰离物镜距离为
mm d z z 99.99)10100(99.912-=---=-'
=
由2z 和02w 可以求出物镜前主面上的光束截面半径2w 和波面半径2R ：
20.00398 5.063w w m m
==?= 2
2022
2
226
2
3.140.00398
(1(
))99.99(+(
))=-99.99mm 99.99632.810
w R z z πλ-?=+=-?-??1
对光束进行物镜变换，求出物镜后主面上的光束截面半径'2w 和波面半径'
2R ：
'
22 5.063w w mm ==
'
'
2
2
1111199.99
100
R R f
=
+
=
+
-
'
2999900R mm =-
由'
2w 和'2R 可知：求出最后的束腰位置'
2z 和束腰半径03w ：
'2
'2
'
2'
6
22
2
2
2
999900
z 15923.18632.810
(999900)
1(
)
1(
)
3.14 5.063
R mm R w λπ--=
==-??-++?
'
2
03 5.023w m m =
== 扩束后远场发散角：
-6
''
-5
03
632.810
=4.01103.14 5.023
rad w λθπ?=
=
??
入射时的发散角：
-6
-4
632.810
=4.03103.140.5
rad w λθπ?=
=
??
所以激光束的准直倍率为： 4''
5
4.031010.054.0110
T θθ
--?=
=
=?
3. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km,它的单色性λ
λ
?是多少?
解: 氦氖激光器的光波长为632.8nm 。 光源的相干长度： λ
λλ
λ
λ
?=?=
2
c L =1310?m
所以，光源的单色性：
=
=
?c
L λ
λ
λ
3
7
10
110328.6??-=6.3281010-?。
4．设一对激光能级为1E 和2E （21g g =），两能级间的跃迁频率为ν（相应的波长为λ），能级上的粒子数密度分别为1n 和2n ，试求： （1）当ν=3000MHz 、T=300K 时，12/n n =？ （2）当m μλ1=，T=300K 时，12/n n =？ （3）当m μλ1=，12/n n =0.2时，T=？
解：原子从一个能级跃迁到另一个能级所吸收或辐射的能量与跃迁频率间的关系为：
νh E E =-12 （1）
=h 6.6253410-?Js ：普朗克常数
λ
νc
=
：光频与光波长的相应关系
s m c /100.38
?=：真空中的光速
热平衡状态下，腔内物质的粒子数密度按能级分布应服从玻耳兹曼分布，即：
kT
E E e
n n 1
21
2--= （2）
K J k /10
38.123
?=
根据公式（1）和（2），则知： （1）当ν=3000MHz 、T=300K 时，
kT
E E e
n n 1
21
2--==kT
h e
ν-
=50
10
8.4-?-e
=0.9995
（2）当m μλ1=，T=300K 时，
kT
E E e n n 1
21
2--==kT
hc e λ/-=45
10
8.4-?-e
=
()()21
1
23
34
1
210
4174.110
38062.110
626.6exp
exp
----?=????
??-=-=T
K J c
S J KT
h n n λ
ν
（3）当m μλ1=，12/n n =0.2时
kT
E E 1
2--=ln(0.2)
()K
n n K c
S J
n n K h T 31
234
1
210948.8ln
10626.6ln
?=??
??-
=?-
=-λν
5. 有一台输出波长为 632.8nm ,线宽为1000Hz,输出功率为 1mW 的氦氖激光器，发散角为 1mrad 。问：(1)每秒发出的光子数目是多少？ (2) 如果输出光束的直径是 1mm ，那么对于一个黑体来说，要求它从相等的面积上以及整个相同的频率间隔内，发射出与激光器发射相同的光子，所需温度应为多高？ 解：（1）设激光器在时间t 内输出的总能量为W ，
由题意可知，激光器输出功率为P=1mW ，所以W=Pt ； 设时间t 内发出的光子数目为N ，
又激光器输出的总能量W N hv =，其中N 为时间t 内发出的光子数目，hv 为光子能量，
=h 6.6253410-?Js ：普朗克常数
λ
νc
=
：光频与光波长的相应关系
所以，每秒发出的光子数目是153.1810?个。
6．若Fabry-Pero 平面干涉仪的腔长为4.5cm ，它的自由谱宽为多少？能分辨m μλ6.0=，
nm 01.0=?λ得氦氖激光谱线吗？
解：F-P 标准具的自由光谱范围为： h
R S 2)(2
),(λ
λ=
?=
9
3
2
610
18.010
2)
106.0(---?=??=0.18nm
nm nm R S 01.018.0)(),(>=?λ
故不能分辨m μλ6.0=，nm 01.0=?λ得氦氖激光谱线。
7．设圆形镜共焦腔长m L 1=，试求纵模间隔q v ?和横模间隔m v ?、n v ?。若振荡阈值以上的增益线宽为100MHz ，试问：是否可能有两个以上的纵模同时振荡，是否可能有两个以上的不同横模同时振荡，为什么？
解：对于圆形镜共焦腔，其腔长和圆形反射镜的曲率半径相等，假设R1，R2为谐振腔的两个反射镜的曲率半径，则L R R ==21 纵模间隔q v ?：
MHz Hz L
c v q 150105.11
210328
8
=?=??==
?
横模间隔n m v v ?=?
??
?
????????????????? ??-???? ??-?=?=?2
/12111arccos 1R L R L v v v q n m π=2q v ?=300MHz 所以，当振荡阈值以上的增益线宽为100MHz 时，不可能有两个以上的纵模同时振荡，也
不可能有两个以上的不同横模同时振荡。
i q 45.0-∞=∞
9．已知输出功率为1w 的氩离子激光器，光束波长为514.5nm ，在z=0处的最小光斑尺寸
mm 20=?。求：（1）在光斑尺寸达到1cm 时，该光束传播多远？（2）在该距离处相位面的曲率半径等于多少？（3）电场在r=0处的振幅为多少？ 解：（1）高斯光束的光斑半径：
2
2
00
1)(???
? ??+=π?λ??z
z 已知mm 20=?，nm 5.514=λ
所以，当cm z 1)(=? 时，可得到：
m z 65.119=
（2）等相位面的曲率半径 ???
????
?
???
? ?
?+
=2
2
01)(z z z R λπ? 所以m z R 64.124)(=
(3)电场在光斑尺寸达到1cm ，r=0时的振幅为：
)
(00
2
2
)
(),(z r
e
z E z r E ?
??-
=
则，)
(),0(00
z E z E ??=＝0.2W
10．半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs 材料的Eg=1.43eV
某一InGaAs 材料的Eg=0.96eV ，求这种激光器的发射波长。 解：E hv ?=，=h 6.6253410-?Js ：普朗克常数 且λ
c
v =
，1J eV 1910602.1-?=
所以，激光器的发射波长
19
834
10
602.1)96.043.1(10
310
625.6--??-???=
?=
E
hc λ=2.640um
11．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：电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的哪些透射率高的波段成为大气窗口，通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有：微波波段(300~1GHz/0.8~2.5cm)，热红外波段(8~14um)，中红外波段(3.5~5.5um)，近紫外、可见光和近红外波段(0.3~1.3um ，1.5~1.8um)。
光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素：大气分子的吸收、大气分子散射、大气气溶胶的衰减。
12．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：大气的一种无规则漩涡流动，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，空间的每一个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，是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。
大气湍流对光束的传播产生的影响：大气湍流运动使大气折射率引起的这种起伏
的性质，使光波参量（振幅和相位）产生随机起伏，造成光束的闪速、弯曲、扩展、空间相干性降低、偏振状态起伏等。
13.若取s m v s /616=，35.2=n ，10=s f MHz ，m μλ6328.00=，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度=max L ？
解： 根据拉曼-纳斯衍射的特点，并考虑声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L 满足条件：
2
04λλs
n L L ≈
<
才会产生多级衍射，故发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度 0
2
max 4λλs
n L =
且s
s s f v =
λ
所以=max L 0.35229mm
14.考虑熔融石英中的声光布喇格衍射，若取m μλ6328
.00=，46.1=n ，s m v s /1097.53
?=，100=s f MHz ，计算布喇格角B θ。
解：当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍
射光相互抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光，即产生布喇格衍射，各衍射光相干加强条件，光程差为光波长整数倍，即 )1,
0()sin (sin ±==+m n
m
d i s λ
θθλ
考虑到d i θθ=，所以
s s
s
B f nv n 22sin λ
λλ
θ=
=
式中B d i θθθ==，B θ为布喇格衍射角。
由题意：m μλ6328.00=，46.1=n ，s m v s /1097.53
?=，100=s f MHz 得：
6
3
6
1010010
97.546.1210
6328.0sin ??????=
-B θ=0.00363
布喇格角 ：3arcsin(3.6310)0.208B θ-=?=
15. 今有一4/Λ=L 的自聚焦光纤，试画出一束平行光和会聚光入射其端面时，光纤中和输出端面上的光线图，并说明为什么？
解：对于A
L 24
π
=
Λ=
的自聚焦光纤，可得：
A
n f )0(1=
'，且自聚焦光纤的物方焦点和像方焦点分别位于光纤的输入和输出端面，其
等效光组可表示为：
16．光纤色散、带宽和脉冲展宽之间有什么关系?对光纤传输容量产生什么影响?
答：光纤色散是指光纤中携带信号能量的光脉冲由不同频率成分和不同模式成分组成，他们具有不同的传播速度，在传播过程中相位关系发生变化，各模式以不同时刻到达光纤的出射面，从而引起光脉冲展宽。
光纤色散引起光脉冲展宽，容易形成码间干扰，导致传输码的失误，从而减小通信容量，同时会限制光纤的传输距离。 或者：
光纤的色散会使脉冲信号展宽，即限制了光纤的带宽或传输容量。一般说来，单模光纤的脉冲展宽与色散有下列关系：δλ
τ??=?L d 即由于各传输模经历的光程不同而引起的脉
冲展宽。
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》本科期末考试试卷(A卷)
西南科技大学2013-2014-2 学期 《光电子技术》本科期末考试试卷（ A 卷）课程代码 1 6 3 9 9 0 1 9 0 命题单位理学院：专业物理教研室 一、单选题（每题 2 分，共20 分） 1、光电子技术主要研究（）。 A. 光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的一门技术 B. 光电子材料制备的一门技术 C. 光信息转换成电信息的一门技术 D. 介绍光电器件的原理、结构和性能参数的一门科学 2、波长为0.78 μm的光子能量为（）。 A.3.2eV B.1.59eV C.1.24eV D.2.4eV 3、光波在大气中传播时，气体分子及气溶胶的（）会引起光束能量的衰减。 A. 折射和反射 B. 吸收和散射 C. 弯曲和漂移 D. 湍流和闪烁 4、将2012 年诺贝尔物理学奖授予法国科学家沙吉·哈罗彻（Serge Haroche ）与美国科学家大卫·温兰德（David J. Wineland ）。大卫·维因兰德是利用光或光子来捕捉、控制以及测量带电原子或者离子，而沙吉·哈罗彻通过发射原子穿过阱，控制并测量捕获的（）。 A. 光子或粒子 B. 电子 C.载流子 D.声子 5、光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导，其结构上由（）组成。 A. 纤芯、包层和护套 B.单模和多模 C. 塑料、晶体和硅 D. 阶跃和梯度光纤 6、直接调制是把要传递的信息转变为（）信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。 A. 电流 B. 电压 C. 光脉冲 D. 正弦波7、以下基于光电导效应制成的光电器件是（）。 A. 光敏电阻 B.光电管 C.雪崩光敏二极管 D. 光电池 8、光电成像转换过程需要研究（）。 A. 能量、成像、噪声和传递 B. 产生、存储、转移和检测 C. 调制、探测、成像和显示 D. 共轭、放大、分辨和聚焦 9、微光光电成像系统的工作条件就是环境照度低于（）l x 。 A. 0.1 B. 0.01 C. 0.001 D. 0.0001 10、PDP 单元虽是脉冲放电，但在一个周期内它发光（）次，维持电压脉冲宽度通常5~10μs，幅度90V~100V ，工作频率范围30KHz~50KHz ，因此光脉冲重复频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。
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》考试试卷
《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 一、选择题（20分，2分/题） 1、光电子技术在当今信息时代的应用主要有（abcd ） A.信息通信 B.宇宙探测 C.军事国防 D.灾害救援 2、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 3、光波在大气中传播时，引起的能量衰减与（abcd ）有关 A.分子及气溶胶的吸收和散射 B.空气折射率不均匀 C.光波与气体分子相互作用 D.空气中分子组成和含量 4、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 5、激光调制器主要有（abc ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 6、电光晶体的非线性电光效应主要与（ac ）有关 A.外加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 7、激光调制按其调制的性质有（cd ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光强调制 8、光电探测器有（abc ） 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 9、CCD 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 10、LCD显示器，可以分为（abcd ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型
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 ） 二、判断题（20分，2分/题，对用“√”、错用“×”标记） 11、世界上第一台激光器是固体激光器。 ( T ) 12、在辐射度学中，辐射能量Q 是基本的能量单位，用J(焦耳)来度量。 ( T ) 13、在声光晶体中，超声场作用像一个光学的“相位光栅”，其光栅常数等于光波波长λ。 ( F ) 14、在磁光晶体中，当磁化强度较弱时，旋光率α 与外加磁场强度是成正比关系。( T ) 15、为了获得线性电光调制，通过引入一个固定2/π相位延迟，一般该调制器的电压偏置 在T ＝50％的工作点上。 ( T ) 16、在磁光调制中的磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路，主要为了实现交替变 化的磁场。 ( T ) 17、探测器的量子效率就是在某一特定波长上，每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数 之比。 ( T ) 18、二代像增强器以纤维光学面板作为输入、输出窗三级级联耦合的像增强器。( F ) 19、阴极射线管的电子枪的作用是产生辉亮信号和彩色显示。 ( F ) 20、等离子体显示主要是通过电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光碰击后面的玻 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。( T ) 三、填空题（10分，1分/题） 21、红外辐射其波长范围在 0.76~1000um 。 22、光纤通信中常用的光源波长为 850 1310 1550um 。 23、在t J t P t E E ??-??-=??+????????μμμε22220中，对于半导体而言，起主要作用是 t t P ?-??-??μμ22 。
光电子材料与器件 课后习题答案
3.在未加偏置电压的条件下，由于截流子的扩散运动，p 区和n 区之间的pn 结附近会形成没有电子和空穴分布的耗尽区。在pn 结附近，由于没有电子和空穴，无法通过电子-空穴对的复合产生光辐射。加上正向偏置电压，驱动电流通过器件时，p 区空穴向n 区扩散，在pn 结附近形成电子和空穴同时存在的区域。电子和空穴在该区通过辐射复合，并辐射能量约为Eg 的光子，复合掉的电子和空穴由外电路产生的电流补充。 5要满足以下条件a 满足粒子数反转条件，即半导体材料的导带与价带的准费米能级之差不小于禁带宽度即B.满足阈值条件，半导体由于粒子数产生的增益需要能够补偿工作物质的吸收、散射造成的损耗，以及谐振腔两个反射面上的透射、衍射等原因产生的损耗。即 第二章课后习题 1、工作物质、谐振腔、泵浦源 2、粒子数反转分布 5a.激光介质选择b.泵浦方式选择c 、冷却方式选择d 、腔结构的选择e 、模式的选择f 、整体结构的选择 第三章课后习题 10.要求：对正向入射光的插入损耗值越小越好，对反向反射光的隔离度值越大越好。原理：这种光隔离器是由起偏器与检偏器以及旋转在它们之间的法拉第旋转器组成。起偏器将输入光起偏在一定方向，当偏振光通过法拉第旋转器后其偏振方向将被旋转45度。检偏器偏振方向正好与起偏器成45度，因而由法拉第旋转器出射的光很容易通过它。当反射光回到隔离器时，首先经过起偏器的光是偏振方向与之一至的部分，随后这些这些光的偏振方向又被法拉第旋转器旋转45度，而且与入射光偏振方向的旋转在同一方向上，因而经过法拉第旋转器后的光其偏振方向与起偏器成90度，这样，反射光就被起偏器所隔离，而不能返回到入射光一端。 15.优点：A 、采用光纤耦合方向，其耦合效率高；纤芯走私小，使其易于达到高功率密度，这使得激光器具有低的阈值和高的转换效率。B 、可采用单模工作方式，输出光束质量高、线宽窄。C 、可具有高的比表面，因而散热好，只需简单风冷即可连续工作。D 、具有较多的可调参数，从而可获得宽的调谐范围和多种波长的选择。E 、光纤柔性好，从而使光辉器使用方便、灵巧。 由作为光增益介质的掺杂光纤、光学谐振腔、抽运光源及将抽运光耦合输入的光纤耦合器等组成。 原理:当泵浦激光束通过光纤中的稀土离子时，稀土离子吸收泵浦光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现粒子数反转。反转后的粒子以辐射跃迁形式从高能级转移到基态。 g v c E F F 211ln 21R R L g g i th
光电子技术基础复习题
1、某单色光频率为3×1014Hz，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/s λ=v/f=2.26*108/3*1014 =0.75*10-6m 2、某星球的辐射出射度的峰值波长为400nm，试估算该星球表明的温度。 答：由维恩位移律λmT=b 得T=b/λm=2.898*10-3/400*10-9=7.245*103k 3、简述光子简并和能级简并 答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。光子态是按光子所具有的不同能量（或动量数值），光子行进的方向以及偏振方向相互区分的。处于同一光子态的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。可以有多个光子处于同一种光子态上，这种现象称为简并。处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度δ。δ=1/（e hυ/kT-1） 4、什么是亚稳态能级。 答：若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均寿命会很长τs>>10-3s,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。 5、设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？ 6、产生激光的重要机理是 答：受激辐射 7、爱因斯坦关系是 8、以二能级为例推导粒子数反转的条件是什么？ 答：能级上的粒子数分布满足条件N2/g2>N1/g1 反转分布图 对物质的要求：在物质能级中存在亚稳态能级 对外界的考验：需要有泵浦源 9、从能级理论出发，解释Nd:YAG激光器工作原理（p44-45） 10、解释增益饱和效应 答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应。 11、两种介质A、B的折射率分别为nA=1，nB=1.2，当光从B传播到A时，计算：1）发生全反射的零界角
《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
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
重庆大学 “光电子技术” 2012 B卷
重庆大学“光电子技术”课程试卷 2011~20012学年 第一学期 开课学院： 光电工程学院 课程号： 12001025 考试日期： 2010.12.29 考试方式： 考试时间：120分钟 一、 概念题（３分/每小题，共4５分） 1. 写出麦克斯韦方程组的积分形式及其物理意义： jie 2. 光波在介质界面两侧肯定跃变的量是： jie 3. 电场和磁场两者关系是： 077 4. 自发辐射和受激辐射有什么区别？ jie 5. 以布儒斯特角入射时，反射光和透射光分别含有哪些偏振分量： 6. 产生激光器的条件有哪些？ 7. 要探非常微弱的光信号，PIN 必须采用（ ）接法，这种接法的主要 缺点是（ ） 8. 光纤射出光纤的发散角与数字孔径的关系？ 9. 画出LED 、PIN 的输入输出曲线 202 10. APD 的增益与偏压、温度呈什么变化趋势？ jie 11. 声光调制能够改变入射光波哪些参量？ 12. 相关检测时，对参考信号有什么要求： 13. 多模光纤受到微弯损耗时，什么模最敏感？ 14. 光纤通信系统中最大无中继距离由哪些因素决定： 命题人：邹建 组题人： 审题人：潘英俊 命题时间： 教务处制 学院 专业、班 年级 学号 姓名 公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊 封 线 密
15.磁光调制改变的光波什么量？ 二、简述题（3０分） １．光纤大电流传感器系统中，如果最大电流导致的偏转角超越了检偏器的通光轴，会导致什么结果？要求画图说明（１5分） ２．使用光子计数法探测微弱光信号时，预先测出计数窗口为2-3.4V，大于3.4V 的计数速率为500/分钟，某次实验时，窗口内计数为300000/分钟，大于 3.4V的计数速率为5000/分钟，请问：（15分） 1、此时该计数结果是否正常？ 2、估算误差大约有多少？ 3、如何让光子计数更加准确？ 三、分析、计算题（1０分） 试用菲涅耳公式计算，当光从空气中垂直射向水面时，能够从水面反射多少比例 的光功率，水的折射率1.33（１０分） 四、设计题（１５分） 设计一个光纤位移测试系统，采用光纤-光纤耦合原理，即耦合效率与光纤位置有关。要求画出原理框图，尽量给出定量的计算公式。
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：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
课后题答案 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：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= 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?= = 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。
光电子技术习题
1. 一氦氖激光器，发射波长为6.3287 10-?m 的激光束，辐射量为5mW ，光束的发散角为 310-?，求此激光束的光通量及发光强度。又此激光器输出光束的截面（即放电毛细管 的截面）直径为1mm ，求其亮度。 解：波长的光的视见函数值为=)(λV ，W lm K m /683=则其激光束的光通量为： e m v V K Φ??=Φ)(λ=683??238.05310-?=lm 1弧度 = 1单位弧长/1单位半径, 1立体角=以该弧长为直径的圆面积/1单位半径的值的平方，则光束的发散角为3 10-?时的立体角为 24 απ = Ω= 23)100.1(4 -??π =610-? 发光强度为： cd I v v 610035.1?=Ω Φ= 亮度为： 2cos r I A I L v v v πθ=?= =212/10m cd ? 2．已知氦氖激光器输出的激光束束腰半径为0.5mm ，波长为，在离束腰100mm 处放置一个倒置的伽利略望远系统对激光束进行准直与扩束，伽利略望远系统的目镜焦距 mm f e 10-='，物镜焦距mm f o 100=' ，试求经伽利略望远系统变换后激光束束腰大小、位 置、激光束的发散角和准直倍率。 解：已知束腰半径010.5w mm =，632.8nm λ=，束腰到目镜的距离为1100z mm = ∴可以求得目镜前主平面上的截面半径 2 10.50.502w w mm === 波阵曲面的曲率半径： 22 0122116 1 3.140.5(1())100(+())=-15488.857mm 100632.810 w R z z πλ-?=+=-?-??1 Q '' 11111R R f -= ∴将115488.857mm R =-，'10f mm =-带入得'1R ： ''111111115488.85710 R R f =+=+--
光电子技术期末考试试卷及其知识点大汇总(可编辑修改word版)
一、选择题（20 分，2 分/题） 1、光电子技术在当今信息时代的应用主要有（abcd ） A.信息通信 B.宇宙探测 C.军事国防 D.灾害救援 2、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 3、光波在大气中传播时，引起的能量衰减与（abcd ）有关 A.分子及气溶胶的吸收和散射 B.空气折射率不均匀 C.光波与气体分子相互作用 D.空气中分子组成和含量 4、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 5、激光调制器主要有（abc ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 6、电光晶体的非线性电光效应主要与（ac ）有关 A.外加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变
化量 7、激光调制按其调制的性质有（cd ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光强调制 8、光电探测器有（abc ） 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 9、CCD 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 10、LCD 显示器，可以分为（abcd ） A. TN 型 B. STN 型 C. TFT 型 D. DSTN 型 二、判断题（20 分，2 分/题，对用“√”、错用“×”标记） 11、世界上第一台激光器是固体激光器。 ( T ) 12、在辐射度学中，辐射能量Q 是基本的能量单位，用J(焦耳)来度量。 ( T ) 13、在声光晶体中，超声场作用像一个光学的“相位光栅”，其光栅常数等于光 波 波 长
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 本科期末考试试卷
西南科技大学2012-2013-2学期 《光电子技术》本科期末考试试卷（B卷） 一、单选题（共20分，2分/题） 1、光电子技术发展的首要标志是（）的出现。 A.液晶电视 B.光纤通讯 C.摄像机 D.激光器 2、以下是对四种激光器的描述，其中不正确的是（）。 A.固体激光器主要采用光泵浦，工作物质中的激活粒子吸收光能，形成粒子数反转，产生激光 B.气体激光器从真空紫外到远红外，既可以连续方式工作，也可以脉冲方式工作 C.半导体激光器利用电子在能带间跃迁发光，使光振荡和反馈，产生光的辐射放大，从而输出激光 D.光纤激光器采用光纤做增益介质，具有很小的表面积与体积比 3、激光在大气中传播时，分子散射系数与光波长的（）。 A.平方成正比 B.平方成反比 C.四次成正比 D.四次方成反比 4、将2010年诺贝尔物理学奖授予荷兰籍物理学家海姆和拥有英国与俄罗斯双重国籍的物理学家诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。其中石墨烯可以用于制造（）。 A.光纤面板 https://www.360docs.net/doc/e615584520.html,D存贮器 C.电光晶体 D. 光子传感器 5、要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程，就是（）。 A.编码→抽样→量化 B. 编码→量化→抽样 C. 抽样→编码→量化 D. 抽样→量化→编码 6、下列有关量子效率的描述，其中正确说法的是（）。 A.量子效率就是探测器吸收的光子数与激发的电子数之比 B.量子效率只是探测器的宏观量的描述。 C.量子效率与灵敏度成反比而正比于波长 D.如果探测器吸收一个光子而产生一个电子，其量子效率为100% 7、光敏电阻适用于( ) 。 A.光的测量元件 B.发光元件 C.加热元件 D.光电导开关元件 8、CCD是以（）作为信号。 A.电流 B.电压 C. 光子 D.电荷 9、CRT中的电子枪主要功能是（）。 A.电信号转换成光信号 B.光信号转换成电信号 C.光信号先转换成电信号，再转换成光图像 D.电子束的发射、调制、加速、聚集 10、关于液晶的分类，下列说法正确的是( )。 A.向列相液晶中分子分层排列，逐层叠合，相邻两层间分子长轴逐层有微小的转角
光电子技术安毓英习题答案(完整版)
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
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。
光电子技术基础复习题
1、某单色光频率为3×1014Hz ，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。 答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/s λ=v/f=2.26*108/3*1014 =0.75*10-6m 2、某星球的辐射出射度的峰值波长为400nm ，试估算该星球表明的温度。 答：由维恩位移律λmT=b 得 T=b/λm =2.898*10-3/400*10-9=7.245*103 k 3、简述光子简并和能级简并 答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。光子态是按光子所具有的不同能量（或动量数值），光子行进的方向以及偏振方向相互区分的。处于同一光子态的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。可以有多个光子处于同一种光子态上，这种现象称为简并。处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度δ。δ=1/（e h υ /kT -1） 4、什么是亚稳态能级。 答：若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均寿命会很长τs >>10-3s,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。 5、设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？ 6、产生激光的重要机理是 答：受激辐射 9、从能级理论出发，解释Nd:YAG 激光器工作原理（p44-45） 10、解释增益饱和效应 答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应。 11、两种介质A 、B 的折射率分别为nA=1，nB=1.2，当光从B 传播到A 时，计算：1）发生全反射的零界角 2）布鲁斯特角 答：1.θc =arcsin （n 2/n 1）（n 1>n 2） =arcsin （1/1.2）=56.44° 2. tan θ=n 2/n 1 θ=arctan （n 2/n 1） =arctan （1/1.2）=39.8° 12、人体辐射出射度的峰值波长为（ ） 答：由维恩位移律λmT=b 得 λm =b/ T =2.898*10-3/（37+273）=9.35*10-6m 13、红宝石激光器利用（氙灯）作为泵浦源。 14、光纤长距离通信中传播信息光的波长为(1550nm)，在接收端光电二极管所使用的材料是(InGaAs) 15、某阶跃光纤：n1=1.490, n2=1.480,则光纤的临界传播角为多少？ 答: α=arcsin （n 2/n 1）=arcsin （1.48/1.49）=83.4° 16、某平板介质波导：2a=10μm, n1=1.480, n2=1.470,则该波导的截止波长为多少？ 答：平板v=π/2（光纤v=2.405） V=（2πa/λc ）2 221n n - λc =2πa 2 2 21n n -/ V=（10*π2247 .148.1-）/（π/2）=3.44μm 17、已知某平板介质波导：2a=80μm, n1=1.490, n2=1.470,入射光波长为λ=1μm ，在该波导中存在的模式数为 答：M=V 2/2=(π/2)2/2=1 18、解释材料色散产生的原因 答：材料色散：是由于折射率随波长变化的，而光源都具有一定的波谱宽度，因而产生传播时延差，引起脉冲展宽。 补充： 模式色散：在阶跃光纤中，入射角不同的光波在光纤内走过的路径长短不同，在临界角上传输的光路最长，沿光纤轴线传输的光路最短，由此引起时延差而产生模式色散。 波导色散：是由光纤的几何 结构决定的色散，它是由某一波导模式的传播常数β随光信号角频率w 变化而引起，也称为结构色散。 19、简述谐振腔的作用 答：使光只能沿着轴线方向往返运动（方向性） 筛选光频率，只能使满足干涉相干条件频率的光能在腔内往返运动（单色性） 增加光强度，实现光放大（高亮度） 20、半导体激光器实现光放大的物质条件是什么 答：PN 结附近或导带电子和价带空穴相对反转分布 21、激光产生的条件具体有那些 答：必要；粒子数反转分布和减少振荡模式数 充分；起振和稳定振荡 计算：1）入射光波长为1550nm ，Pin=0.05W ，Pout=0.002W ，估算光纤中信号能传输的最远距离。 2）光源为激光，λc=1550nm,光源脉宽Δλ=0.5nm ，假设信号传输1km ，计算由于材料色散造成的脉冲信号展宽σ。 3）只考虑材料色散，估算信号 在光纤中传播1km 的bit rate 的最大值。 答：1. α=10lg(p i /p o )/L L=10*lg （0.05/0.002）/0.36=38.8m 2. σ=Δλdn/cd λ=0.5*10-9/3*108=1.7*10-18s/m 3.B<=1/（4Δτ） Δτ=L|D m |Δλ 24、已知输入信号频率最大值为 1kHz ，输入信号峰值为3V ，脉冲编码调制采用4位编码 则：1）采样频率最小值为？ 2）采用有舍有入的方式，量化单元为？由此产生误差的最大值为？ 答： 25、KDP 晶体的纵向电光效应中，Δφ=？V π=？ 答：Δφ=（2π/λ）n 03γ63v V π=λ/（2 n 03γ63）=πC/（wn 03γ63） 26、电光强度调制中如何解决信号失真问题？推导解决失真后的透射率表达式。 答：a.在调制晶体上加一个恒定的直流电压V=Vn/2，该直流电压使两束光产生相位延迟π/2； b ．在光路中增加一片λ/4波片 27、调制:将欲传递的信息加载到激光 辐射上的过程。 28、脉冲编码调制是把模拟信号先变 成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制。 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程:抽样、量化和编码。 抽样：将连续的信号分割成不连续的脉冲波，且脉冲序列的幅度与信号波的幅度相对应。要求取样频率比传递信号频率的最大值大两倍 以上。 量化：把抽样后的脉冲幅度 调制波分级取整处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。 编码：用量化的数字信号变 成相应的二进制代码的过程，用一组等幅度、等宽度的脉冲作为码元。 29、解释电光效应 答：某些晶体在外加电场作用下，折射率发生变化，当光波通过此介质时，其传播特性就会受到影响。 30、解释半波电压 答：光波在光晶体中传播时，当光波的两个垂直分量的光程差为半个波长时所需要加的电压，称为半波电压。 32、渡越时间对调制信号频率有什么影响？ Δфo 是当ωm τd <<1时的峰值相位延迟；γ称为高频相位延迟缩减因子，表征因渡越时间引起的峰值相位延迟的减小程度。只有当ωm τd <<1。即τd << T m / 2π时， γ=1，即无缩减作用。说明光波在晶体内的渡越时间必须远小于调制信号的周期，才能使调制效果不受影响。 33、某电光晶体n=1.5，L=1cm ，ωm τd =π/2,则调制信号最高频率为？ 答：f m =w m / 2π=1/4τd =c/4nL=3*108/（4*1.5*0.01）=5*109Hz 34、解释声光效应（p136-137） 答：当光在建立起超声场的介质中传播时，由于弹光效应，光介质中的超声波衍射或散射的现象。 补充：介质光学性质的变 化，不仅可以通过外加电场的作用而实现，外力的作用也能够造成折射率的改变，这种由于外力作用而引起介质光学性质变化的现象称为弹光效应。 36、声光调制器件由声光介质，电——声换能器，吸声装臵以及电源组成。 采用布喇格衍射。 35、声光效应中发生Bragg 衍射的条件是什么？Bragg 衍射的特点是？ 答：条件：1）超声波频率足够高L=λs /λ 2）光线倾斜入射，当入射角θB 满足2λs sin θB =λ产生布喇格衍射 特点：1）衍射光只有0级，+1 或-1级，布喇格衍射效应制成的声光器件效率比较高。 2）两级衍射光夹角为2 θB 3）衍射效率 η=I 0/I i =sin 2[（π L/2 λ） s P M H L 2)/(]=sin 2 [πL/ 2λs I M 2] 37、调Q 的目的是压缩脉冲宽度，提高峰值功率。 38、解释激光器的Q 值？Q 值和激光器的损耗之间有什么关系？ 答：Q 值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标—品质因数。 品质因子Q 与谐振腔的单 程总损耗的关系 Q=2πW/P=2π/λα总 39、叙述调Q 的过程？ 答：过程1.在泵浦过程的大部分时间里（t-t 0）谐振腔处于低Q 值状态，故阈值很高不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，直至t 0时刻，粒子数反转达到最大值Δni 过程2. t 0时刻Q 值突然升 高（损耗下降），振荡阈值随之降低， 于是激光振荡开始建立。由于此Δni>>Δnt （阈值粒子反转数），因此受激辐射增强非常迅速，激光介质存储的能量在极短时间内转变为受激辐射场的能量，结果产生了一个峰值功率很高的窄脉冲。 41、叙述声光调Q 的原理。 答：利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的反射损耗。 40、叙述电光调Q 的原理。 答：电光调Q 是指在激光谐振腔内加臵一块偏振片和一块KDP 晶体。光经过偏振片后成为线偏振光，如果在KDP 晶体上外加λ/4电压，由于泡克尔斯效应，使 往返通过晶体的线偏振光的振动方向改变π/2。如果KD*P 晶体上未加电压，往返通过晶体的线偏振光的振动方向不变。所以当晶体上有电压时，光束不能在谐 振腔中通过，谐振腔处于低Q 状态。由于外界激励作用，上能级粒子数便迅速增加。当晶体上的电压突然除去时，光束可自由通过谐振腔，此时谐振腔处于高Q 值状 态，从而产生激光巨脉冲。电光调Q 的速率快，可以在10-8秒时间内完成一次开关作用，使激光的峰值功率达到千兆瓦量级。如果原来谐振腔内的激光已经是线 偏振光，在装臵电光调Q 措施时不必放臵偏振片。 42、什么是单模光纤？成为单模光纤的条件是什么？ 答：只允许基模通过的光纤为单模光纤。 条件：V=（2πa/λc ）2 221n n -<2.405 光纤直径很小、λ>λc 43、试比较单模光纤和多模光纤的区别（阶跃光纤） 答：单模光纤的数值孔径比较大，单 模光纤只允许基模通过而多模光纤则允许若干个模式通过。单模芯径为8~10μm ，多模光纤的芯径为50~100μm. 44、光纤中存在哪几种损耗 答：吸收损耗：当光波通过任何透明物质时，都要使组成这种物质的分子中不同振动状态之间和电子的能级之间发生跃迁。这种能级跃迁时， 物质吸收入射光波的能量引起的光的损耗。 散射损耗：由于光纤制作工艺上 的不完善，例如有微气泡、杂质和折射率不均匀以及有内应力等，光能在这些地方会发生散射，使光纤损耗增大。 弯曲损耗：光纤弯曲是引起光纤 损耗的另一个重要的原因。光纤是柔软的，可以弯曲。弯曲的光纤虽然可以导光，但是会使光的传播路径改变，使得光能渗透过包层向外泄漏而损失掉。 45、解释瑞利散射 答：物质散射中最重要的是本征散射，也成为瑞利散射。本征散射是由玻璃熔制过程中造成的密度不均匀而产生的折射率不均匀引起的散射。瑞利散射与波长的四次方成反比。瑞利散射引起的损耗： αRs =（A/λ4）（1+B Δ） 46、光纤通信中常用的波段的波长是多少？为什么使用该波长？ 答：光在Sio 2中传输 850nm （损耗比较小）、1300nm （色散最小）、1550nm （损耗最小） 48、光纤的基本结构是什么？每部分的作用是什么？ 答：基本结构：护套、涂敷层、包层和纤芯