光电子技术作业解答.doc

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1、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：（1）其中为上图所示的立体角。因而有：（2）将（2）式代入（1）式得到：（3）为求最大照度，对（3）式求导并令其等于零，计算得：因而，当高度为时书上的照度最大。21/212、设He-Ne激

2、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q=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：发光强度：亮度：（2）由题意知，10米远处的照明区域直径为：从而照度为：（3）透射率：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

3、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（其中），可知，峰值波长与温度成反比，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

4、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。21/213、说明气体放电发光的工作原理?假设气体放电灯中所充工作气体的激发态与基态能量差为2eV，则此灯发什么颜色光？答：气体放电指电流通过气体媒质时产生的放电现象。气体放电的种类很多，但在光源中用得较多的是辉光和弧光放电两类。气体放电灯结构：放电气体、阴极、阳极和玻璃罩气体放电发光的基本过程：①、初始电子加速②、加速电子与气体分子碰撞，能量传给气体分子，使其激发、跃迁到高能级

5、③、受激发分子返回基态时，发射光子，即发光。由知：当时，，为橙光。4、高压气体放电灯与低压气体放电灯的光谱特点？答：高压气体放电灯因为其气压大于一个大气，相邻原子接近，原子之间的相互作用加强，导致工作气体的原子或分子谱线展宽，并迭加在较强的连续背景光谱上。显色性较好。通常发光效率随压力增加而提高。低压气体放电灯：气压在10-1-10-2乇的气体光源。其光谱特点是表现为工作原子或分子的发射谱线，即单个原子的线状光谱，带有明显的特征颜色，显色性不好。5、卤钨循环原理及如何改善白炽灯性能？答：在白炽灯中充入卤族元素，

6、在适当的温度下，从灯丝蒸发出的钨在泡壁区域内形成挥发性的卤钨化合物。当卤钨化合物扩散到较热的钨丝周围区域时分解，释放出来的钨沉积在灯丝上，而卤素扩散到温度较低的泡壁区域在继续与钨化合，形成钨的再生循环。通过这种方法，是卤钨灯比白炽灯具有以下特点：体积小；光通量稳定；光效率高，20-30流明/瓦；；色稳高，达3300K；；寿命长。作业三1、产生激光的必要充分条件？四能级激光器的工作阈值为何低？解：（1）、产生稳定激光输出地条件如下：必要条件：至少为三能级体系，能够实现粒子数反转。充分条件：光学正反馈和大于阈值的泵

7、浦功率。（2）对于四能级系统（的跃迁），能级几乎为空，即，故有：能级布居数的衰减由的抽运补偿，有：21/21故其阈值抽运强度为：（1）对三能级系统（的跃迁），在粒子数反转不大时，有：能级中的布居数的减少由的抽运补偿：即：（2）比较（1）、（2）两式，可发现四能级系统的抽运阈值多了一个激发因子：，而且。所以四能级系统的工作阈值远低于三能级系统。2、何为激光的横模与纵模？答：横模：指光束横截面上的能量分布。通常用横电模表示，其中为基横模。纵模：指激光器振荡的一个频率或该频率电磁波在谐振腔内形成的驻波的能量分布模式。

8、它是由于谐振腔的选频作用引起的。3、比较红宝石激光器与Nd:YAG激光器的性能？解：如表：红宝石激光器Nd：YAG激光器工作物质（重量比），具有弱双折射(原子百分比)，具有各向同性能级结构三能级系统（）四能级系统（）输出波长，倍频后可输出的光。偏振特性若激光不沿光轴方向则输出为线偏光。偏振垂直于光轴，为o光泵浦特性阈值较高，用21/21脉冲氙灯，辅以椭圆聚光腔。因是四能级系统，阈值比红