光電子技術(shù)及應(yīng)用計(jì)算題

1、1、普朗克輻射定律黑體為理想的余弦輻射體，其光譜輻射出射度Me,s,（角標(biāo)“s”表示黑體）由普朗克公式表示為：式中，k為波爾茲曼常數(shù)；h為普朗克常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；c為真空中的光速。 上式表明，黑體表面向半球空間發(fā)射波長(zhǎng)為的光譜，其輻射出射度Me,s,是黑體溫度T和波長(zhǎng)的函數(shù)，這就是普朗克輻射定律。2、斯忒藩-波爾茲曼定律 將黑體的普朗克公式對(duì)波長(zhǎng)求積分，得到黑體發(fā)射的總輻射出射度：式中，是斯特藩-波爾茲曼常數(shù)，它由下式?jīng)Q定：可見(jiàn)，Me, s與T的四次方成正比，這就是黑體輻射的斯忒藩-波爾茲曼定律。3、維恩位移定律 將黑體的普朗克公式對(duì)波長(zhǎng)求微分后令其等于0，則可以得到峰值光譜輻射出射度所對(duì)應(yīng)

2、的波長(zhǎng)m與絕對(duì)溫度T的關(guān)系為：可見(jiàn)，峰值光譜輻出度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與絕對(duì)溫度的乘積是常數(shù)。當(dāng)溫度升高時(shí)，峰值光譜輻射出射度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波方向位移，這就是維恩位移定律。 將式m代入普朗克公式，得到黑體的峰值光譜輻出度：以上三個(gè)定律統(tǒng)稱為黑體輻射定律。 #1、在衛(wèi)星上測(cè)得大氣層外太陽(yáng)光譜的最高峰值在0.465m處，若把太陽(yáng)作為黑體，試計(jì)算太陽(yáng)表面的溫度及其峰值光譜輻射出射度Me,s,m?！窘狻浚海↘）（4分）峰值光譜輻射出射度為：2、在距離標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈2m遠(yuǎn)處放置一個(gè)照度計(jì)探頭，已知探頭的光敏面積為0.5 cm2，若照度計(jì)測(cè)得的最大照度為100(lx)。試求：（1）標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈在該方向的發(fā)光強(qiáng)度？（2）它

3、所發(fā)出的總光通量？（3）所發(fā)出的總輻射通量？【解】：（1）先計(jì)算光電探頭對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈所張的立體角：再計(jì)算光電探頭所接收的光通量：（lm）計(jì)算燈在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度：（cd）（2）燈所發(fā)出的總光通量為：（3）燈所發(fā)出的總輻射通量為：3、將標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈為黑體時(shí)，試計(jì)算它的峰值輻射波長(zhǎng)，峰值光譜輻射出射度和它的總輻射出射度?！窘狻浚簶?biāo)準(zhǔn)鎢絲燈的溫度為T(mén)W=2856K，因此它的峰值輻射波長(zhǎng)為： (m) 峰值光譜輻射出射度為：=1.3092856510-15248.73總輻射出射度為4、假設(shè)將人體作為黑體，正常人體溫的為36.5。計(jì)算：（1）正常人體所發(fā)出的輻射出射度為多少W/m2？ （2）正常人體的峰值

4、輻射波長(zhǎng)為多少m？峰值光譜輻射出射度Me,s,m為多少？（3）人體發(fā)燒到38時(shí)峰值輻射波長(zhǎng)為多少？發(fā)燒時(shí)的峰值光譜輻射出射度Me,s,m又為多少？【解】：（1）人體正常體的絕對(duì)溫度為T(mén)=36.5+273=309.5（K），根據(jù)斯特藩-波爾茲曼輻射定律，正常人體所發(fā)出的輻射出射度為：（2）由維恩位移定律，正常人體的峰值輻射波長(zhǎng)為：9.36m 峰值光譜輻射出射度為：3.72 （3）人體發(fā)燒到38時(shí)峰值輻射波長(zhǎng)為：發(fā)燒時(shí)的峰值光譜輻射出射度為：3.81#1、什么是三基色原理？彩色重現(xiàn)是什么含義？【答】三基色具有獨(dú)立性，三基色中任何一色都不能用其余兩種色彩合成。三基色具有最大的混合色域，其他色彩可由三

5、基色按一定的比例混合出來(lái)，并且混合后得到的顏色數(shù)目最多。人眼的三種感色細(xì)胞感紅細(xì)胞、感綠細(xì)胞、感藍(lán)細(xì)胞，具有合色的能力。當(dāng)一復(fù)色光刺激人眼時(shí)，人眼感色細(xì)胞可將其分解為紅光、綠光、藍(lán)光三種單色光，然后混合成一種顏色。正是由于這種合色能力，才能識(shí)別除紅、綠、藍(lán)三色之外的更大范圍的顏色。（Page76-77）2、簡(jiǎn)述液晶的種類和特點(diǎn)?！敬稹恳壕Х譃閮纱箢悾喝苤乱壕Ш蜔嶂乱壕?。熔致液晶要溶解在水或有機(jī)溶劑中才顯示出液晶態(tài)，液晶受控于濃度條件。熱致液晶則要在一定的溫度范圍內(nèi)才呈現(xiàn)出液晶態(tài)，液晶光電效應(yīng)受溫度條件控制。（Page91-92）3、簡(jiǎn)述等離子顯示的主要發(fā)展水平和研究動(dòng)向。4、簡(jiǎn)述PN結(jié)電致發(fā)光

6、原理?！敬稹慨?dāng)在PN結(jié)施加正向電壓時(shí)，會(huì)使勢(shì)壘高度降低，耗盡層減薄，能量較大的電子和空穴分別注入到P區(qū)或N區(qū)，同P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子復(fù)合，同時(shí)以光的形式輻射出多余的能量。（Page88）5、已知GaAs禁帶寬度為1.4 eV，求GaAs的LED的峰值波長(zhǎng)。而實(shí)測(cè)GaAs的LED的峰值波長(zhǎng)為1 127 nm，為什么？【答】峰值響應(yīng)波長(zhǎng)取決于制造光敏電阻所用半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，其值可由下式估算： （Page160）因?yàn)樵诠怆姲雽?dǎo)體中，雜質(zhì)和晶格缺陷所形成的能級(jí)與導(dǎo)帶間的禁帶寬度比價(jià)帶與導(dǎo)帶間的主禁帶寬要窄得多，因此波長(zhǎng)比峰值響應(yīng)波長(zhǎng)長(zhǎng)的光將把這些雜質(zhì)能級(jí)中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中去，從而使光敏電阻的

7、光譜響應(yīng)向長(zhǎng)波方向有所擴(kuò)展。（Page160）6、簡(jiǎn)述高場(chǎng)交流電致發(fā)光（ACEL）發(fā)光原理。7、液晶有何特點(diǎn)？它主要有哪些電光效應(yīng)?主要有哪些應(yīng)用？（Page93-94）【答】液晶的二個(gè)顯著的特點(diǎn)：（1）液晶的各向異性在外電場(chǎng)作用下，分子的排列極易發(fā)生變化，P型液晶分子長(zhǎng)軸方向平行于外電場(chǎng)方向，N型液晶分子長(zhǎng)軸方向垂直于外電場(chǎng)方向。（2）液晶的雙折射偏振平行于光軸的光在傳播時(shí)所經(jīng)歷的折射率為非常光ne = n，偏振垂直于光軸傳播的光所經(jīng)歷的折射率為尋常光n0 = n。8、試說(shuō)明自會(huì)聚彩色顯示管的特點(diǎn)。9、試說(shuō)明扭曲向列LCD的特點(diǎn)。（Page95-96）【答】入射光通過(guò)偏振片后成為線偏振光，在

8、無(wú)電場(chǎng)作用時(shí)，線偏振光經(jīng)過(guò)扭曲向列液晶時(shí)，由其旋光特性決定偏振光旋轉(zhuǎn)90。在出射處，檢偏片與起偏片相互垂直，旋轉(zhuǎn)了90的偏振光可以通過(guò)，因此呈透光態(tài)。在有電場(chǎng)作用時(shí)，當(dāng)電場(chǎng)大于閾值場(chǎng)強(qiáng)后，液晶盒內(nèi)液晶分子長(zhǎng)軸都將沿電場(chǎng)方向排列，即與表面呈垂直排列，此時(shí)入射的線偏振光不能得到旋轉(zhuǎn)，因而在出射處不能通過(guò)檢偏片，呈暗態(tài)。18、激光顯示系統(tǒng)的分類、組成和特點(diǎn)都是什么？（Page108）【答】激光顯示技術(shù)分為三種類型：第一種是激光陰極射線管LCRT（laser cathode ray tube），其基本原理是用半導(dǎo)體激光器代替陰極射線顯像管熒光屏的一種新型顯示器件；第二種是激光光閥顯示，基本原理是激光束

9、僅用來(lái)改變某些材料（如液晶等）的光學(xué)參數(shù)（折射率或透過(guò)率），而再用另外的光源使這種光學(xué)參數(shù)變化而形成的像投射到屏幕上，從而實(shí)現(xiàn)圖像顯示；第三種是直觀式（點(diǎn)掃描）電視激光顯示，它是將經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)制過(guò)的RGB三色激光束直接通過(guò)機(jī)械掃描方法偏轉(zhuǎn)掃描到顯示屏上?！炯す鈷呙铚y(cè)量法舉例】激光束經(jīng)過(guò)透鏡1后被反射鏡反射，由于同步位相馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)而形成掃描光束 ，掃描光束經(jīng)過(guò)透鏡1后變成平行的掃描光束，平行掃描光在掃描過(guò)程中被工件遮擋。光束經(jīng)過(guò)透鏡2后被位于焦平面上的探測(cè)器D接收，得到一個(gè)隨時(shí)間變化的光電信號(hào)。再經(jīng)過(guò)后續(xù)的信號(hào)處理電路(主要包括信號(hào)放大電路、邊緣檢出電路、計(jì)數(shù)電路等)，就可以得出工件直徑的測(cè)量值。根據(jù)計(jì)數(shù)器記錄的工件擋光時(shí)間內(nèi)的時(shí)