光電子技術(shù)書后答案

1、習(xí) 題11. 設(shè)在半徑為Rc的圓盤中心法線上，距盤圓中心為l0處有一個(gè)輻射強(qiáng)度為Ie的點(diǎn)源S，如圖所示。試計(jì)算該點(diǎn)源發(fā)射到盤圓的輻射功率。l0SRc第1題圖 思路分析：要求由公式，都和有關(guān)，根據(jù)條件，都可求出。解題過程如下：法一 故： 又：代入上式可得： 法二： 2. 如圖所示，設(shè)小面源的面積為DAs，輻射亮度為L(zhǎng)e，面源法線與l0的夾角為qs；被照面的面積為DAc，到面源DAs的距離為l0。若qc為輻射在被照面DAc的入射角，試計(jì)算小面源在DAc上產(chǎn)生的輻射照度。LeDAsDAcl0qsqc第2題圖思路分析：若求輻射照度，則應(yīng)考慮公式。又題目可知缺少Ie，則該考慮如何求Ie。通過課本上的知識(shí)

2、可以想到公式，通過積分則可出Ie。解題過程如下：解： 由可得= ，故：3.假設(shè)有一個(gè)按郎伯余弦定律發(fā)射輻射的大擴(kuò)展源（如紅外裝置面對(duì)的天空背景），其各處的輻亮度均相同。試計(jì)算該擴(kuò)展源在面積為的探測(cè)器表面上產(chǎn)生的輻照度。解：輻射亮度定義為面輻射源在某一給定方向上的輻射通量，因?yàn)橛嘞逸椛潴w的輻射亮度為 得到余弦輻射體的面元向半空間的輻射通量為 又因?yàn)樵谳椛浣邮彰嫔系妮椛湔斩榷x為照射在面元上的輻射通量與該面元的面積之比，即所以該擴(kuò)展源在面積為的探測(cè)器表面上產(chǎn)生的輻照度為單位是4. 霓虹燈發(fā)的光是熱輻射嗎？答：霓虹燈發(fā)光是以原子輻射產(chǎn)生的光輻射，屬于氣體放電，放電原理后面章節(jié)會(huì)涉及到。而熱輻射是指由

3、于物體中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象。因此霓虹燈放電不屬于熱輻射。5剛粉刷完的房間從房外遠(yuǎn)處看，它的窗口總顯得特別黑暗，這是為什么？解：因?yàn)閯偡鬯⑼甑姆块g需要吸收光線，故從房外遠(yuǎn)處看它的窗口總顯得特別黑暗6. 從黑體輻射曲線圖可以看出，不同溫度下的黑體輻射曲線的極大值處的波長(zhǎng)lm隨溫度T的升高而減小。試由普朗克熱輻射公式導(dǎo)出。這一關(guān)系式稱為維恩位移定律，其中常數(shù)為2.898´10-3m·K。思路分析：由公式可知，若要求得，可對(duì)進(jìn)行求偏導(dǎo)。證明過程如下：證明： 令=0，解得： 。得證7.黑體輻射曲線下的面積等于在相應(yīng)溫度下黑體的輻射出射度。試由普朗克熱輻射公式導(dǎo)出

4、與溫度的四次方成正比，即這一關(guān)系式被稱為斯忒藩玻爾茲曼定律，其中常數(shù)為W()。解：黑體處于溫度T時(shí)，在波長(zhǎng)處的單色輻射出射度有普朗克公式給出： 式中為普朗克常數(shù)，為真空中光速，為玻爾茲曼常數(shù)。令,則上式可改寫為將此式積分得 此即為斯忒藩玻爾茲曼定律。式中為斯忒藩玻爾茲曼常數(shù)。8宇宙大爆炸遺留在宇宙空間的均勻背景熱輻射相當(dāng)于3K黑體輻射。（1）此輻射的單色輻射出射度在什么波長(zhǎng)下有意義？（2）地球表面接收到此輻射的功率是多大？解：答（1）由維恩位移定律得 （2）由和普朗克公式及地球面積得出地球表面接收到此輻射的功率。9. 常用的彩色膠卷一般分為日光型和燈光型。你知道這是按什么區(qū)分的嗎？答：日光型和

5、燈光型是按色溫來區(qū)別的。為了表示一個(gè)熱輻射光源所發(fā)出光的光色性質(zhì)，常用到色溫度這個(gè)量，單位為K。色溫度是指在規(guī)定兩波長(zhǎng)具有與熱輻射光源的輻射比率相同的黑體的溫度。10. 為頻率在間黑體輻射的能量密度，為波長(zhǎng)在間黑體輻射能量密度。已知，試求。解：由=得11.如果激光器和微波激射器分別在，和輸出1W連續(xù)功率，問每秒鐘從激光上能級(jí)向下能級(jí)躍遷的粒子數(shù)是多少？由能量守恒可得： 當(dāng)=10um時(shí)，當(dāng)=500nm時(shí)，當(dāng)=3000M時(shí) 12設(shè)一對(duì)激光能級(jí)為和（），相應(yīng)頻率為（波長(zhǎng)為），各能級(jí)上的粒子數(shù)為和，求：（1）當(dāng)，T=300K時(shí)，？（2）當(dāng)，T=300K時(shí)，？（3）當(dāng)，時(shí)，溫度T=?解： （1）（2）（

6、3）得：13試證明，由于自發(fā)輻射，原子在能級(jí)的平均壽命證明：自發(fā)輻射，一個(gè)原子由高能級(jí)自發(fā)躍遷到，單位時(shí)間內(nèi)能級(jí)減少的粒子數(shù)為： ， 自發(fā)躍遷幾率， 因此 14焦距是共焦腔光束特性的重要參數(shù)，試以表示。由于和是一一對(duì)應(yīng)的，因而也可以用作為表征共焦腔高斯光束的參數(shù)，試以表示，。解：,，1.14這個(gè)題答案為課本P21、P22兩頁公式，若作為例題來出不好，直接套公式的題拿來當(dāng)例題讓人看著比較沒水平。15今有一球面腔，L0.8m。試證明該腔為穩(wěn)定腔；求出它的等價(jià)共焦腔的參數(shù)。解：g=1-=0.47 g=1-=1.8 ，gg=0.846 即：0< gg<1，所以該腔為穩(wěn)定腔。由公式（2.8.

7、4）Z=-1.31mZ=-0.15mf=0.25mf=0.5m16某高斯光束，求與束腰相距0.3m、遠(yuǎn)處的光斑的大小及波前曲率半徑。思路分析：由公式可知，若求需找出f，解出f，代入公式即可求出結(jié)果。解題過程如下：解：17有頻率為，的二束光入射，試求在均勻加寬及非均勻加寬兩種情況下(1) 頻率為的弱光的增益系數(shù)表達(dá)式；(2) 頻率為的強(qiáng)光的增益系數(shù)表達(dá)式；解：對(duì)于均勻加寬物質(zhì)，當(dāng)頻率為，光強(qiáng)為的準(zhǔn)單色光入射時(shí)，其小信號(hào)增益系數(shù)和飽和增益系數(shù)分別為式中為中心頻率處的小信號(hào)增益系數(shù)，為增益曲線的寬度。對(duì)于非均勻加寬物質(zhì)，當(dāng)頻率為，光強(qiáng)為的準(zhǔn)單色光入射時(shí)，其小信號(hào)增益系數(shù)和飽和增益系數(shù)分別為式中為中心

8、頻率處的小信號(hào)增益系數(shù)，為增益曲線的寬度。若，二強(qiáng)光同時(shí)入射，則此時(shí)反轉(zhuǎn)集居數(shù) （1） 弱光的增益系數(shù) （2） 強(qiáng)光的增益系數(shù) 18長(zhǎng)為1m的He-Ne激光器中，氣體溫度T=400K。若工作波長(zhǎng)=3.39時(shí)的單程小信號(hào)增益為30dB，試求提供此增益的反轉(zhuǎn)集居數(shù)密度。解：氦氖激光器的小信號(hào)增益系數(shù)可表示為 （1） 式中為自發(fā)輻射躍遷幾率，而多普勒加寬線寬 式中氖原子量M=20,而T=400K，由此有根據(jù)題中給出條件 （即：?jiǎn)纬绦⌒盘?hào)增益為30dB）式中腔長(zhǎng)，由此可得到 于是由（1）式，求出反轉(zhuǎn)集居數(shù) 19計(jì)算由下式表示的平面波電矢量的振動(dòng)方向、傳播方向、相位速度、振幅、頻率和波長(zhǎng)。解：平面波電矢

9、量的振動(dòng)方向?yàn)閄和Y軸面內(nèi)角度傳播方向?yàn)榕cX和Y軸成角度負(fù)向傳播（）相位速度振幅為復(fù)振幅頻率； 波長(zhǎng)20試確定下列各組光波表示式所代表的偏振態(tài)：（1）（2）（3）解：（1） 為圓偏振光（2） 為右旋橢圓偏振光（3） 為圓偏振光21已知冕玻璃對(duì)0.3988µm波長(zhǎng)光的折射率為n=1.52546，/µm，求光波在該玻璃中的相速度和群速度。思路分析：相速度、群速度，代入求解。解題過程如下：解：22如圖1-41所示，玻璃塊周圍介質(zhì)（水）的折射率為1.33，若光束射向玻璃塊的入射角為，問玻璃塊的折射率至少應(yīng)為多大才能使透入光速發(fā)生全反射？n 解：設(shè)玻璃的折射率為由折射定律得（式中=9

10、0- ），且時(shí)發(fā)生全反射，所以玻璃的折射率滿足，由此解得玻璃的折射率。習(xí) 題21. 何為大氣窗口，試分析光譜位于大氣窗口內(nèi)的光輻射的大氣衰減因素。答：對(duì)某些特定的波長(zhǎng)，大氣吸收呈現(xiàn)出極為強(qiáng)烈的吸收。根據(jù)大氣的選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成8個(gè)區(qū)段，將透過率較高的波段稱為“大氣窗口”。位于大氣窗口內(nèi)的光輻射對(duì)大氣分子的吸收幾乎免疫，所以衰減因素主要是大氣分子的散射、大氣氣溶膠的衰減和大氣湍流效應(yīng)。2. 何為大氣湍流效應(yīng)，大氣湍流對(duì)光束的傳播產(chǎn)生哪些影響？答：大氣始終處于一種湍流效應(yīng)，即大氣的折射率隨時(shí)間和空間做無規(guī)則的變化。這種湍流狀態(tài)將使激光輻射在傳播過程中隨即的改變其光波參量，使光束質(zhì)量受

11、到嚴(yán)重影響，出現(xiàn)所謂光束界面內(nèi)的強(qiáng)度閃爍、光束的彎曲和漂移、光束彌散畸變以及空間相干性退化等現(xiàn)象，這些統(tǒng)稱為大氣湍流效應(yīng)。光束閃爍將使激光信號(hào)受到隨即的寄生調(diào)制而呈現(xiàn)出額外的大氣湍流噪聲，使接收信噪比減小。這將使激光雷達(dá)的探測(cè)率降低，漏減率增加；使模擬調(diào)制的大氣激光通信噪聲增大；使數(shù)字激光通信的誤碼率增加。光束方向抖動(dòng)則將使激光偏離接收孔徑，降低信號(hào)強(qiáng)度；而光束空間相干性退化則將使激光外差探測(cè)的效率降低。3對(duì)于3m晶體，試求外場(chǎng)分別加在x、y和z軸方向的感應(yīng)主折射率及相應(yīng)的相位延遲。當(dāng)晶體未加外電場(chǎng)時(shí)，主軸坐標(biāo)系中折射率橢球由下方程描述當(dāng)晶體施加電場(chǎng)后，其折射率橢球就發(fā)生變形，橢球方程變?yōu)橛捎?/p>

12、外加電場(chǎng)的作用，折射率橢球各系數(shù)隨之發(fā)生線形變化，其變化量定義為 式中稱為線性電光系數(shù)。其新主軸的半長(zhǎng)度分別為設(shè)光波沿軸方向傳播，當(dāng)沿方向加電場(chǎng)時(shí)為縱向應(yīng)用，兩偏振分量的相位延遲分別為，如果沿軸方向加電場(chǎng)，光束傳播方向垂直于軸并與y或x軸成，則其電光效應(yīng)相位延遲為4一塊z切割的GaAs晶體，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電場(chǎng)沿Z方向。證明縱向運(yùn)用時(shí)的相位延遲為。思路證明：當(dāng)沿方向加電場(chǎng)時(shí)為縱向應(yīng)用，兩偏振分量的相位延遲分別為，因此這兩個(gè)光穿過晶體后產(chǎn)生一個(gè)相位差,式中是沿Z軸加的電壓。5. 何為電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的那些參數(shù)決定？答：當(dāng)光波的兩個(gè)垂直分量、的光程差為半個(gè)波長(zhǎng)（相應(yīng)的相位差為）時(shí)，所需

13、要加的電壓，稱為“半波電壓”，通常以或表示。半波電壓是表征電光晶體的一個(gè)重要的參數(shù)，這個(gè)電壓越小越好，特別是在寬頻帶高頻率的情況下，半波電壓越小，需要的調(diào)制功率越小。晶體的半波電壓是波長(zhǎng)的函數(shù)。由上式可知，半波電壓還跟0和有關(guān)。6在電光晶體的縱向應(yīng)用中，如果光波偏離晶體的一個(gè)小角度（1）傳播，證明由于自然雙折射引起的相位延遲為，式中L為晶體長(zhǎng)度。證明：運(yùn)用晶體橢球方程和光波在晶體中的傳播特性及自然雙折射原理7. 若取vs=616m/s，n=2.35， fs=10MHz，l0=0.6328mm，試估算發(fā)生拉曼-納斯衍射所允許的最大晶體長(zhǎng)度Lmax=?思路分析：考慮到聲束的寬度，則當(dāng)光波傳播方向上

14、聲束的寬度L滿足條件才會(huì)產(chǎn)生拉曼納斯衍射。求出代入公式即可。解題過程如下：解： =，代入數(shù)據(jù)得， 8利用應(yīng)變S與聲強(qiáng)的關(guān)系式，證明一級(jí)衍射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比為（取近似）。思路分析：找到相關(guān)的公式，然后互相代入（這個(gè)題目就是不同公式的相互轉(zhuǎn)換，沒多大意思）。證明過程如下：證明： 由： ， 由得 將代入得9考慮熔融石英中的聲光布喇格衍射，若取l0=0.6328mm, n=1.46, vs= m/s, fs=100MHz，計(jì)算布喇格角。思路分析：根據(jù)公式求解，過程如下：解： 代入公式得：代入數(shù)據(jù)得： 由于很小，故可近似為： 10. 一束線偏振光經(jīng)過長(zhǎng)L=25cm，直徑D=1cm的實(shí)心玻璃，玻璃外繞N

15、=250匝導(dǎo)線，通有電流I=5A。取韋爾德常數(shù)為V=0.25´10-5（¢）/cm·T，試計(jì)算光的旋轉(zhuǎn)角q。思路分析：由，知需求，又有，通過已知求出H則本題可解。解題過程如下：解： 代入 ，得： 11. 概括光纖弱導(dǎo)條件的意義。從理論上講，光纖的弱導(dǎo)特性是光纖與微波圓波導(dǎo)之間的重要差別之一。實(shí)際使用的光纖，特別是單模光纖，其摻雜濃度都很小，使纖芯和包層只有很小的折射率差。所以弱導(dǎo)的基本含義是指很小的折射率差就能構(gòu)成良好的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，而且為制造提供了很大的方便。12從光線方程式出發(fā)，證明均勻介質(zhì)中光線的軌跡為直線，非均勻介質(zhì)中光線一定向折射率高的地方偏斜。證明：由

16、折射定律知，折射率越高，折射角越小，光線一定向折射率高的地方偏斜 n13今有一的自聚焦光纖，試畫出一束平行光和會(huì)聚光線入射其端面時(shí)，光纖中和輸出端面上的光線圖，并說明為什么？解：平方律折射率分布光纖的可表示為其中為工程上定義的纖芯和包層間的相對(duì)折射率差?？梢娖椒铰商荻裙饫w具有自聚焦性質(zhì)，又稱自聚焦光纖。一段長(zhǎng)的自聚焦光纖與光學(xué)透鏡作用類似，可以匯聚光線和成像。參見P7314光纖色散、帶寬和脈沖展寬之間有什么關(guān)系？對(duì)光纖傳輸容量產(chǎn)生什么影響？解：光釬的色散會(huì)使脈沖信號(hào)展寬，既限制了光釬的帶寬或傳輸容量。一般說來，單模光釬的脈沖展寬與色散有下列關(guān)系，式中，是總色散，光釬長(zhǎng)度，是光信號(hào)的譜線寬度。光

17、脈沖展寬與光釬帶寬有一定關(guān)系，參見P74。15. 光波水下傳輸有哪些特殊問題？解：傳播光束的衰減特性，前向散射和后向散射。習(xí) 題31. 一縱向運(yùn)用的KDP電光調(diào)制器，長(zhǎng)為2cm，折射率n=2.5，工作頻率為1000kHz。試求此時(shí)光在晶體中的渡越時(shí)間及引起的哀減。思路分析：本題目實(shí)際上是求光在晶體中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。要求時(shí)間需要知道路程和速度，從題目中的已知不難求得。具體過程如下：解：m2. 在電光調(diào)制器中，為了得到線性調(diào)制，在調(diào)制器中插入一個(gè)l/4波片，波片的的軸向如何設(shè)置最好？若旋轉(zhuǎn)l/4波片，它所提供的直流偏置有何變化？答：為得到線性調(diào)制，需在調(diào)制器的光路上插入一個(gè)波片，其快慢軸與晶體的主軸x

18、成45°角，從而使和兩個(gè)分量之間產(chǎn)生的固定相位差。若旋轉(zhuǎn)波片，出射光的光強(qiáng)會(huì)變小，故應(yīng)加大其直流偏壓。3為了降低電光調(diào)制器的半波電壓，用4塊切割的KD*P晶體連接（光路串聯(lián)，電路并聯(lián)）成縱向串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，試求：（1）為了使4塊晶體的電光效應(yīng)逐塊疊加，各晶體的軸應(yīng)如何取向？（2）若，計(jì)算其半波電壓，并與單塊晶體調(diào)制器比較。答：應(yīng)使4塊晶體成縱向排列，且相鄰晶體的光軸應(yīng)互成90°排列，即一塊晶體的和z軸分別與另一塊晶體的z和軸平行，這樣排列后第一塊和第三塊晶體的光軸平行，第二塊和第四塊晶體的光軸平行。經(jīng)過第一塊晶體后，亮光束的相位差經(jīng)過第二塊后，其相位差于是，通過兩塊晶體之后的相

19、位差為由于第一塊和第三塊晶體的光軸平行，第二塊和第四塊晶體的光軸平行，故總的相位差為 4如果一個(gè)縱向電光調(diào)制器沒有起偏器，入射的自然光能否得到光強(qiáng)度調(diào)制？為什么？解：不能，因?yàn)闆]有了線偏振光通過晶體后，不能產(chǎn)生相位差。5一個(gè)聲光調(diào)制器，對(duì)He-Ne激光進(jìn)行調(diào)制。已知聲功率，聲光相互作用長(zhǎng)度，換能器寬度，試求聲光調(diào)制器的布喇格衍射效率。解：,已知，H，,由,可求得，再代入求得，即可解出=71.1%7. 用PbMoO4晶體做成一個(gè)聲光掃描器，取n=2.48，M2=37.75´10-15s3/kg，換能器寬度H=0.5mm。聲波沿光軸方向傳播，聲頻fs=150MHz，聲速vs=3.99&#

20、180;105cm/s，光束寬度d=0.85cm，光波長(zhǎng)l=0.5mm。 證明此掃描器只能產(chǎn)生正常布喇格衍射； 為獲得100%的衍射效率，聲功Ps率應(yīng)為多大？ 若布喇格帶寬Df=125MHz，衍射效率降低多少？4 求可分辨點(diǎn)數(shù)N。解：(1) 由公式證明不是拉曼-納斯衍射。 ，=0.195W ，2 用公式和=1486一個(gè)駐波超聲場(chǎng)會(huì)對(duì)布喇格衍射光場(chǎng)產(chǎn)生什么影響？給出它所造成的頻移和衍射方向。習(xí) 題44.1 比較光子探測(cè)器和光熱探測(cè)器在作用機(jī)理、性能及應(yīng)用特點(diǎn)等方面的差異。答：光子效應(yīng)是指單個(gè)光子的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)。探測(cè)器吸收光子后，直接引起原子或分子的內(nèi)部電子狀態(tài)的改變

21、。光子能量的大小，直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)改變的大小。因?yàn)?，光子能量是h，h是普朗克常數(shù), 是光波頻率，所以，光子效應(yīng)就對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應(yīng)速度一般比較快。光熱效應(yīng)和光子效應(yīng)完全不同。探測(cè)元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升,溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。所以，光熱效應(yīng)與單光子能量h的大小沒有直接關(guān)系。原則上，光熱效應(yīng)對(duì)光波頻率沒有選擇性。只是在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強(qiáng)烈，所以廣泛用于對(duì)紅外線輻射的探測(cè)。因?yàn)闇囟壬呤菬岱e累的作用，

22、所以光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。值得注意的是，以后將要介紹一種所謂熱釋電效應(yīng)是響應(yīng)于材料的溫度變化率，比其他光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度要快得多，并已獲得日益廣泛的應(yīng)用。4.2 總結(jié)選用光電探測(cè)器的一般原則。答：用于測(cè)光的光源光譜特性必須與光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)特性匹配；考慮時(shí)間響應(yīng)特性；考慮光電探測(cè)器的線性特性等。4.3用光敏電阻設(shè)計(jì)路燈自動(dòng)點(diǎn)亮器及AGC放大電路。答：CdS探測(cè)器和CdSe探測(cè)器是兩種低造價(jià)的可見光輻射探測(cè)器，它們的特點(diǎn)是高可靠性和長(zhǎng)壽命，因而廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化技術(shù)和攝影機(jī)中的光計(jì)量。這兩種器件的光電導(dǎo)增益比較高（），但相應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)（大約50ms）。故設(shè)

23、計(jì)一種采用造價(jià)低，高可靠性和長(zhǎng)壽命的CdS探測(cè)器和CdSe探測(cè)器作為路燈自動(dòng)點(diǎn)亮器及AGC放大電路的光敏電阻。4.4已知Si光電池光敏面積為，在光照下，開路電壓,光電流。試求:(1)在（200700）W/光照下，保證線性電壓輸出的負(fù)載電阻和電壓變化值；（2）如果取反偏壓V=0.3V，求負(fù)載電阻和電壓變化值；（3）如果希望輸出電壓變化量為0.5V，怎么辦？答：，即，思路分析：從題目上可以看出是交變光電信號(hào)下的探測(cè)，為了保證輸出特性的線性度，通過已知條件即可求解。具體過程如下：解： 代入公式得：解得：將代入代入數(shù)據(jù)求解得：（2）若取反偏壓V=0.3V，則相當(dāng)于開路電壓減去0.3V，故將上面過程中換

24、成0.25V代入公式求解即可。（3）此時(shí)題目相當(dāng)于已知=0.5V，求的過程。由 得：故應(yīng)加一個(gè)1.37V的正偏壓。4.5如果Si光電二級(jí)管靈敏度為,結(jié)電容為10pF，光照功率5時(shí)，拐點(diǎn)電壓為10V，偏壓40V，光照信號(hào)功率,試求；（1）線性最大輸出功率條件下的負(fù)載電阻；（2）線性最大輸出功率；（3）響應(yīng)截止頻率。思路分析：對(duì)于Si光電二極管來講，交變光電探測(cè)情況下有兩種情況，由已知可以看出此處應(yīng)用第一種情況分析。利用公式求解，具體過程如下：解：（1）（u為光照功率5 時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓） 將各參數(shù)代入公式得： （2）： （3） 4.6證明思路分析：本題是對(duì)量子效率等概念的綜合運(yùn)用。證明： 分別代入

25、即得： 原題得證。4.7比較直接探測(cè)和外差探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。答：光電探測(cè)器的基本功能就是把入射到探測(cè)器上的光功率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光電流。即，光電流是光電探測(cè)器對(duì)入射光功率的響應(yīng)。因此，只要待傳遞的信息表現(xiàn)為光功率的變化，利用光電探測(cè)器的這種直接光電轉(zhuǎn)換功能就能實(shí)現(xiàn)信息的解調(diào)，這種探測(cè)方式通常稱為直接探測(cè)。而光頻外差探測(cè)基于兩束光波在光電探測(cè)器光敏面上的相干效應(yīng)，所以光頻外差探測(cè)也常常稱為光波的相干探測(cè)。習(xí) 題77.1試比較光纖通信中直接調(diào)制和間接調(diào)制的特點(diǎn)。答：直接調(diào)制是用電信號(hào)直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流，使輸出光強(qiáng)隨電信號(hào)變化。這種方案技術(shù)簡(jiǎn)單成本低，容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光

26、器的頻率特性所限制。間接調(diào)制（也稱外調(diào)制）是把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，用獨(dú)立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實(shí)現(xiàn)的。外調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制速率高，缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用。7.2試舉出激光雷達(dá)的三種實(shí)際應(yīng)用。答：應(yīng)用激光雷達(dá)系統(tǒng)從地面、飛機(jī)、艦船和空間平臺(tái)上對(duì)人們感興趣的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)距和跟蹤。以遠(yuǎn)距離測(cè)量環(huán)境狀態(tài)為目的，對(duì)大氣、水域、陸地的各種狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。（1）空中交通管制是應(yīng)用激光雷達(dá)的極好領(lǐng)域，激光雷達(dá)與數(shù)字計(jì)算機(jī)相結(jié)合應(yīng)用于空中交通管制，將會(huì)大大提高分辨率和數(shù)據(jù)率，顯著改善機(jī)場(chǎng)的技術(shù)工作。（2）激光雷達(dá)在測(cè)繪和大地測(cè)量中也非常有用，應(yīng)用激光雷達(dá)能精密測(cè)量角度和距離，并能以很高的精度確定垂線和局部垂線。觀測(cè)現(xiàn)有軌道衛(wèi)星上的后向反射器（合作目標(biāo)），可以監(jiān)視與地質(zhì)結(jié)構(gòu)漂移有關(guān)的地球物理運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而預(yù)報(bào)地震。（3）激光雷達(dá)可以用作機(jī)載地面測(cè)平儀，從飛機(jī)上連續(xù)測(cè)量飛機(jī)至地面的距離，提供難以接近的山脈和峽谷的高度和輪廓數(shù)據(jù)。7.3試說明激光制導(dǎo)分為幾種方式。答： 激光制導(dǎo)分為激光尋的制導(dǎo)和激光駕束制導(dǎo)。激光駕束制導(dǎo)導(dǎo)彈的種類很多，典型代表是瑞典的RBS70導(dǎo)彈系統(tǒng)，其工作原理是，以瞄準(zhǔn)線為坐標(biāo)基線，將激光束在垂直平面內(nèi)進(jìn)行空間位置編碼發(fā)