光电子技术作业解答.doc

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。 2、设He-Ne激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 （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： HYPERLINK /lts/Paper/Lai/Fig2.ppt \t _parent 标准照明体 HYPERLINK /lts/Paper/Lai/Fig2.ppt \t _parent 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。 3、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。 HYPERLINK /lts/Paper/Lai/Fig3.ppt \t _parent 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 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 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，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： 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