光电子技术课后答案

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1、安毓英光电子技术教材课后习题答案详解1.设在半径为R的圆盘中心法线上,距盘圆中心为/处有一个辐射强度为I的点源S, c 0 e如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。在AA上产生的辐射照度。.nR 2do 二c-/ 202.如图所示，设小面源的面积为AA，辐射亮度为L ,面源法线与I的夹角为0;被照se0s面的面积为AA，到面源AA的距离为I。若0为辐射在被照面AA的入射角，试计算小面源cs0 cc4. 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X随温 m度 T 的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出X T =常数。 m这一关

2、系式称为维恩位移定律，其中常数为2.898x10-3mK。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 21. 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

3、。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。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, E,的光程差为半个波长（相应的相位差为兀）时所需要加的 xyf电压，称为半波电压。7.若取vs=616m/s, n=2.35, fs=10MHz,耳=0.6328pm，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度L =?max” ”n 九2nv 2 f 2由公式L L0 u 4/ = 4 s计算，得到

4、0 0nv2 f 22.35 x 6I62 x 100 x 1012I 丄s s max4九4 x 0.6328 x 10-6010. 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=0.25x10-5（ x）/cm*T，试计算光的旋转角0。NI由公式0aL、a VH和H 计算，得到0 VNI。L11. 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

5、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：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。尽可能的分开发射光源和接收器。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，接收器的快门关闭，这时朝向接收器的连续后向散射光便无法进入接收器。当水下目标反射的光脉 冲信号返回到接收器时，接收器的快门突然打开并记录接收到的目标信息。这样就能有效的 克服水下后向散射的影响。习 题 31. 一纵向运用的KDP电光调制器，长为2cm,折射率n=2.5,工作频率为1000kHz

6、。 试求此时光在晶体中的渡越时间及引起的相位延迟。渡越时间为：t =nL/cd相位延迟因子：ac 1 e -血 t现(t)二f t e(t)dt二 A (- 丄)eimnt -t d0iTm d2.在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个尢/4波片，波片的轴向如何设置最好？若旋转尢/4波片，它所提供的直流偏置有何变化？其快慢轴与晶体的主轴x成45。角，从而使E和E两个分量之间产生兀/2的固定相位 差。7.用PbMoO4晶体做成一个声光扫描器，取n=2.48, M2=37.75x10-5s3/kg，换能器宽度 H=0.5mm。声波沿光轴方向传播，声频=150MHz,声速v?=3.99

7、x105cm/s，光束宽度d=0.85cm， 光波长尢=0.5ym。 证明此扫描器只能产生正常布喇格衍射；为获得100%的衍射效率，声功P率应为多大？ s若布喇格带宽Af=125MHz，衍射效率降低多少？ 求可分辨点数 N。 由公式L 0.026MTF 0 24oo_ .5.6 红外成像系统 A 的 NETD 小于红外成像系统 B 的 NETD ，能否认为红外成像系统 A AB对各种景物的温度分辨能力高于红外成像系统B,试简述理由。答：不能。NETD反映的是系统对低频景物（均匀大目标）的温度分辨率，不能表征系统用 于观测较高空间频率景物时的温度分辨性能。5.7试比较带像增强器的CCD、薄型背向

8、照明CCD和电子轰击型CCD器件的特点。答：带像增强器的CCD器件是将光图像聚焦在像增强器的光电阴极上，再经像增强器增强 后耦合到电荷耦合器件（CCD）上实现微光摄像（简称ICCD）。最好的ICCD是将像增强 器荧光屏上产生的可见光图像通过光纤光锥直接耦合到普通CCD芯片上。像增强器内光子 -电子的多次转换过程使图像质量受到损失，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，对比度下降及动态范围减小，影响成像质量。灵敏度最高的ICCD 摄像系统可工作在10-61X靶面照度下。薄型、背向照明CCD器件克服了普通前向照明CCD的缺陷。光从背面射入，远离多 晶硅，由衬底向上进行

9、光电转换，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接电极引线部 分很少的多晶硅埋层。由于避开了多晶硅吸收，CCD的量子效率可提高到90%，与低噪 声制造技术相结合后可得到30个电子噪声背景的CCD，相当于在没有任何增强手段下照度 为10-41X （靶面照度）的水平。尽管薄型背向照明CCD器件的灵敏度高、噪声低，但当照 度低于10-6lx （靶面照度）时，只能依赖图像增强环节来提高器件增益，克服CCD噪声的 制约。电子轰击型CCD器件是将背向照明CCD当作电子轰击型CCD的“阳极”，光电子从 电子轰击型CCD的“光阴极”发射直接“近贴聚焦”到CCD基体上，光电子通过CCD背面进 入后，硅消耗入射光

10、子能量产生电子空穴对，进而发生电子轰击半导体倍增，电子轰击过程 产生的噪声比用微通道板倍增产生的噪声低得多，与它获得的3000倍以上增益相比是微不 足到的。电子轰击型CCD器件采用电子从“光阴极”直接射入CCD基体的成像方法，简化了 光子被多次转换的过程，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的优点。6.1 试说明自会聚彩色显像管的特点。答：精密直列式电子枪；开槽荫罩和条状荧光屏；精密环形偏转线圈。6.2如图6.15所示，光在向列液晶中传播，且0 =-，试分析当位相差为0，n/4, n/2, 3n/4, n,45n/4, 3n/2,

11、7n/4和2n时，输出光的偏振状态。答：线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、 椭圆偏振光、线偏振光6.3试比较TN - LCD和STN - LCD的特点。答：TN - LCD利用了扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为90，它的电光特 性曲线不够陡峻，由于交叉效应，在采用无源矩阵驱动时，限制了其多路驱动能力OSTN- LCD的扭曲角在180240范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的扫描行数下， 利用了超扭曲和双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。STN-LCD所用的液晶材料 是在特定的TN材料中添加少量手征性液晶以增加它的扭曲程度，盒厚较

12、薄，一般5-7ym。STN-LCD的工艺流程基本上和TN-LCD类似，但由于STN-LCD是基于光干涉效应的显示 器件，对盒厚的不均匀性要求0.05ym（TN-LCD只要求0.5ym），否则就会出底色不均匀， 预倾角要求达到38,电极精细，器件尺寸较大，因此其规模生产难度较TN-LCD大许多。6.4 试说明充气二极管伏安特性中击穿电压和放电维持电压的概念。答：曲线AC段属于非自持放电，在非自持放电时，参加导电的电子主要是由外界催离作用（如宇宙射线、放射线、光、热作用）造成的，当电压增加，电流也随之增加并趋于饱和， C点之前称为暗放电区，放电气体不发光。随着电压增加，到达C点后，放电变为自持放 电，气体被击穿，电压迅速下降，变成稳定的自持放电（图中EF段），EF段被称为正常辉 光放电区，放电在C点开始发光，不稳定的CD段是欠正常的辉光放电区，C点电压Vf, 称为击穿电压或着火电压、起辉电压，EF段对应的电压VS称为放电维持电压。S6.5 试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理。答：注入电致发光是在半导体PN结加正偏压时产生少数载流子注入，与多数载流子复合发 光。高场电致发光是将发光材料粉末与介质的混合体或单晶薄膜夹持于透明电极板之间，外 施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光。