張永林 第二版《光電子技術(shù)》課后習(xí)題答案

1、1.1可見光的波長(zhǎng)、頻率和光子的能量范圍分別是多少？可見光的波長(zhǎng)、頻率和光子的能量范圍分別是多少？波長(zhǎng)：380~780nm400~760nm頻率：385T~790THz400T~750THz能量：1.6~3.2eV1.2輻射度量與光度量的根本區(qū)別是什么？為什么量子流速率的計(jì)算公式中不能出現(xiàn)光度量？為了定量分析光與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的光電效應(yīng)，分析光電敏感器件的光電特性，以及用光電敏感器件進(jìn)行光譜、光度的定量計(jì)算，常需要對(duì)光輻射給出相應(yīng)的

2、計(jì)量參數(shù)和量綱。輻射度量與光度量是光輻射的兩種不同的度量方法。根本區(qū)別在于：前者是物理（或客觀）的計(jì)量方法，稱為輻射度量學(xué)計(jì)量方法或輻射度參數(shù)，它適用于整個(gè)電磁輻射譜區(qū)，對(duì)輻射量進(jìn)行物理的計(jì)量；后者是生理（或主觀）的計(jì)量方法，是以人眼所能看見的光對(duì)大腦的刺激程度來對(duì)光進(jìn)行計(jì)算，稱為光度參數(shù)。因?yàn)楣舛葏?shù)只適用于0.38~0.78um的可見光譜區(qū)域，是對(duì)光強(qiáng)度的主觀評(píng)價(jià)，超過這個(gè)譜區(qū)，光度參數(shù)沒有任何意義。而量子流是在整個(gè)電磁輻射，所以量

3、子流速率的計(jì)算公式中不能出現(xiàn)光度量.光源在給定波長(zhǎng)λ處，將λ～λdλ范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量dΦe，除以該波長(zhǎng)λ的光子能量hν，就得到光源在λ處每秒發(fā)射的光子數(shù)，稱為光譜量子流速率。1.3一只白熾燈，假設(shè)各向發(fā)光均勻，懸掛在離地面1.5m的高處，用照度計(jì)測(cè)得正下方地面的照度為30lx，求出該燈的光通量。Φ=L4πR^2=3043.141.5^2=848.23lx1.4一支氦氖激光器（波長(zhǎng)為632.8nm）發(fā)出激光的功率為2mW。該激光束的平

4、面發(fā)散角為1mrad激光器的放電毛細(xì)管為1mm。求出該激光束的光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光亮度、光出射度。若激光束投射在10m遠(yuǎn)的白色漫反射屏上，該漫反射屏的發(fā)射比為0.85，求該屏上的光亮度。32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos)()0.3621.15102(1cos)2(1cos0.001)1.4610coscoscos0()0.3vmevvvvvvvvvvvKVlmdIdSRhRRIcddII

5、ILcdmdSSrdMdS???????????????????????????????????????????????????????????522624.6100.0005lmm????222222100.0005(6)0.850.850.85cos0.85155cos2vvvvvvvvlmrmPdrMELdSlrLddMlLcdmddSd??????????????????????電路磁場(chǎng)方向在YIG棒軸向，控制高頻線圈電流，改變

6、軸向信號(hào)磁場(chǎng)強(qiáng)度，就可控制光的振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)角，使通過的光振幅隨角的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制。3.1熱電探測(cè)器與光電探測(cè)器相比較，在原理上有何區(qū)別？熱電探測(cè)器與光電探測(cè)器相比較，在原理上有何區(qū)別？光電探測(cè)器的工作原理是將光輻射的作用視為所含光子與物質(zhì)內(nèi)部電子的直接作用，而熱電探測(cè)器是在光輻射作用下，首先使接收物質(zhì)升溫，由于溫度的變化而造成接受物質(zhì)的電學(xué)特性變化。光電探測(cè)器響應(yīng)較快，噪聲??；而熱電探測(cè)器的光譜響應(yīng)與波長(zhǎng)無關(guān)，可以在室溫下

7、工作。3.2光電效應(yīng)有哪幾種？各有哪些光電器件？物質(zhì)在光的作用下釋放出電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)又分為外光電效應(yīng)（如光電發(fā)射效應(yīng)）和內(nèi)光電效應(yīng)（如光電導(dǎo)效應(yīng)和光伏效應(yīng)）。當(dāng)半導(dǎo)體材料受光照時(shí)，由于對(duì)光子的吸收引起載流子濃度的增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率的增大，這種現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻、光導(dǎo)探測(cè)器當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)受光照射時(shí)，光子在結(jié)區(qū)（耗盡區(qū)）激發(fā)電子空穴對(duì)。在自建場(chǎng)的作用下，電子流向N區(qū)，空穴流向P區(qū)，從而在勢(shì)壘兩邊形成電荷堆積，

8、使P區(qū)、N區(qū)兩端產(chǎn)生電位差。P端為正，N端為負(fù)。這種效應(yīng)稱為光伏效應(yīng)。光電池、光電二極管、雙光電二極管，光電三極管、光電場(chǎng)效應(yīng)管、光電開關(guān)管、光電雪崩二極管某些金屬或半導(dǎo)體受到光照時(shí)，物質(zhì)中的電子由于吸收了光子的能量，致使電子逸出物質(zhì)表面，這種現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效應(yīng)，又稱外光電效應(yīng)。光電倍增管，真空光電管、充氣光電管。3.3光電器件的光電特性（光照特性）有哪兩種情況？每種特性的器件各自的用途是什么？當(dāng)光電器件上的電壓一定時(shí)，光電流與入射于

9、光電器件上的光通量的關(guān)系I=F(Ф)稱為光電特性，光電流與光電器件上光照度的關(guān)系I=F(L)稱為光照特性。3.4什么是光電器件的光譜特性？了解它有何重要性？光電器件對(duì)功率相同而波長(zhǎng)不同的入射光的響應(yīng)不同，即產(chǎn)生的光電流不同。光電流或輸出電壓與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光譜特性。光譜特性決定于光電器件的材料。應(yīng)盡量使所選的光電器件的光譜特性與光源的光譜分布較接近。由光電器件的光譜特性可決定光電器件的靈敏度（響應(yīng)率）——光譜靈敏度和積分靈敏度。3