光电子技术及应用计算题

1、1、普朗克辐射定律黑体为理想的余弦辐射体，其光谱辐射出射度Me,s,角标“ S表示黑体由普朗克公式表示为:Me,s, T2 ic2hhc5(e育 1)式中，K为波尔兹曼常数；h为普朗克常数；T为绝对温度；c为真空中的光速。上式说明，黑体外表向半球空间发射波长为入的光谱，其辐射出射度 Me,s, A是黑体温度T和波长入的函数，这就是普朗克辐射定律。2、斯忒藩-波尔兹曼定律将黑体的普朗克公式对波长 入求积分，得到黑体发射的总辐射出射度:Me,s 0 M e,s, dT4式中，C是斯特藩-波尔兹曼常数，它由下式决定:542 n K824七 5.67 10 Wm K15h3c2可见，Me, s与 T

2、的四次方成正比, 这就是黑体辐射的斯忒藩 -波尔兹曼定律。3、维恩位移定律将黑体的普朗克公式对波长 A求微分后令其等于0,那么可以得到峰值光谱辐射出射度所对应的波长 A与绝对温度T的关系为：2898/、m T ( m)可见，峰值光谱辐出度对应的波长与绝对温度的乘积是常数。当温度升高时,峰值光谱辐射出射度对应的波长向短波方向位移，这就是维恩位移定律。 将式An代入普朗克公式，得到黑体的峰值光谱辐出度：Me,s, m 1.309T5 10 15(W cm 2 m 1 K 5)以上三个定律统称为黑体辐射定律。ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff f

3、f ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff 7f T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf Tf1在卫星上测得大气层

4、外太阳光谱的最顶峰值在ym处，假设把太阳作为黑体，试计算太阳外表的温度及其峰值光谱辐射出射度Me,s,入。【解】T 2898/ m 2898/0.465 10 6 6.23 103 K4分峰值光谱辐射出射度为：Mes 1.309T5 10 15 1.309 62325 10 15e，s， m1.23 104 W cm 2 m 1 K 52、在距离标准钨丝灯2m远处放置一个照度计探头，探头的光敏面积 为0.5 cm2，假设照度计测得的最大照度为100(lx)。试求：1标准钨丝灯在该方向的发光强度？ 2它所发出的总光通量？ 3所发出的总辐射通量？【解】1先计算光电探头对标准钨丝灯所张的立体角:Sr

5、40.5 105,、21.25 10 (sr)22再计算光电探头所接收的光通量：v EvS 100 0.5 10 4 5.0 10 3lm计算灯在该方向上的发光强度：Iv -5.0 10 3 1.25 10 5 400cd2灯所发出的总光通量为：434OvEvS5.0 10 35 5000(lm)1.25 10 53灯所发出的总辐射通量为：e里色00 294 WKw17.13、将标准钨丝灯为黑体时，试计算它的峰值辐射波长，峰值光谱辐射出射 度和它的总辐射出射度。【解】 标准钨丝灯的温度为Tw=2856K，因此它的峰值辐射波长为:28982896T 28561.015 (卩 m)峰值光谱辐射出射

6、度为：Mes 1.309T5 10 15 =1.309 Z8565X10-15m总辐射出射度为Me,sT4 5.67 1 0 8 2 8 564 3.77 1 06 W m2 K 44、假设将人体作为黑体，正常人体温的为°C计算：1正常人体所发出的辐射出射度为多少 W/m2?2正常人体的峰值辐射波长为多少ym?峰值光谱辐射出射度Me,s,入为多少？3人体发烧到38C时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐射出射 度Me,s,入又为多少？T K，根据斯特藩-波尔兹曼辐射定【解】1人体正常体的绝对温度为律，正常人体所发出的辐射出射度为：Me,s2由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为:

7、峰值光谱辐射出射度为：Me,s, m 1.309T510 151.3092898T4309.59.36 卩 m10 15P.72 Wcm2 nm 13人体发烧到38E时峰值辐射波长为:2898T2898273 389.32( ym)T45.67 10 8309.5 4520.27(W/m2)发烧时的峰值光谱辐射出射度为:nm 1 K 5Mes m 1.309T5 10 151.309 311 5 10 15 "Wcmmif if if if if if if if if if if if if if if if if if if if if if if if if if if if

8、ifTf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf T7ff Tf T7ff Tf T7ff Tf Tf Tf1、 什么是三基色原理？彩色重现是什么含义？V【答】三基色具有独立性，三基色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。三基色具 有最大的混合色域，其他色彩可由三基色按一定的比例混合出来，并且混合后得到的颜色 数目最多。人眼的三种感色细胞 一一感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞，具有合色的能力。当一复 色光刺激人眼时，人眼感色细胞可将其分解为红光、绿光、蓝光三种单色光，然后混合成 一种颜色。正是由于这种合色能力，才能识别除红、绿、蓝三色之外的更大范围

9、的颜色。Page76-772、 简述液晶的种类和特点。V【答】液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。熔致液晶要溶解在水或有机溶剂中才 显示出液晶态，液晶受控于浓度条件。热致液晶那么要在一定的温度范围内才呈现出液晶 态，液晶光电效应受温度条件控制。Page91-923、简述等离子显示的主要开展水平和研究动向。4、 简述PN结电致发光原理。V【答】当在PN结施加正向电压时，会使势垒高度降低，耗尽层减薄，能量较大的电子 和空穴分别注入到 P区或N区，同P区的空穴和N区的电子复合，同时以光的形式辐射出 多余的能量。 Page885、 GaAs禁带宽度为 1.4 eV，求GaAs的LED的峰值波长。而实测

10、 GaAs的LED的 峰值波长为1 127 nm，为什么？ V【答】峰值响应波长 取决于制造光敏电阻所用半导体材料的禁带宽度，其值可由下式估hc1.2431.243m1010885.7 nmPage160EgEg1.4算:因为在光电半导体中，杂质和晶格缺陷所形成的能级与导带间的禁带宽度比价带与导带 间的主禁带宽要窄得多，因此波长比峰值响应波长长的光将把这些杂质能级中的电子激发到 导带中去，从而使光敏电阻的光谱响应向长波方向有所扩展。Page1606、简述高场交流电致发光ACEL丨发光原理。7、 液晶有何特点？它主要有哪些电光效应？主要有哪些应用？Page93-94【答】液晶的二个显著的特点：1

11、液晶的各向异性一一 在外电场作用下，分子的排 列极易发生变化，P型液晶分子长轴方向平行于外电场方向，N型液晶分子长轴方向垂直于外电场方向。2液晶的双折射一一 偏振平行于光轴的光在传播时所经历的折射率为非常 光ne = n，偏振垂直于光轴传播的光所经历的折射率为寻常光no = n丄。动态散射敷应存储效应排列相崎变效应归光效应*混合排列招畸变效应电场效应扭曲向列效应你宾主效8、试说明自会聚彩色显示管的特点。9、 试说明扭曲向列 LCD的特点。Page95-96【答】入射光通过偏振片后成为线偏振光，在无电场作用时，线偏振光经过扭曲向列液晶时，由其旋光特性决定偏振光旋转90°在出射处，检偏片

12、与起偏片相互垂直，旋转了 90°的偏振光可以通过，因此呈透光态。在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列， 即与外表呈垂直排列，此时入射的线偏振光不能得到旋转，因而在出射处不能通过检偏片， 呈暗态。18、激光显示系统的分类、组成和特点都是什么？a/ Page108【答】激光显示技术分为三种类型： 第一种是激光阴极射线管 LCRTlaser cathode ray tube丨，其根本原理是用半导体激光器代替阴极射线显像管荧光屏的一种新型显示器件；第二种是激光光阀显示，根本原理是激光束仅用来改变某些材料如液晶等的光学参数折射率或透过率，而再用另外的光源使这种光学参数变化而形成的像投射到屏幕上，从而实现图像显示；第三种是直观式点扫描电视激光显示，它是将经过信号调制过的RGB三色激光束直接通过机械扫描方法偏转扫描到显示屏上。【激光扫描测量法举例】同步位相电机N分频反射镜透镜1激光器边缘检测戶WW*4cpv激光束经过透镜1后被反射镜反射，由于同步位相马达的转动而形成扫描光 束，扫描光束经过透镜1后变成平行的扫描光束，平行扫描光在扫描过程中被 工件遮挡。光束经过透镜2后被位于焦平面上的探测器 D接收，得到一个随时间变化的 光电信号。再经过后续的信号处理电路主要包括信号放大电路、边缘检出电路、计数电 路等，就可以得出工件直径的测量值