光電子技術及應用計算題

1、1、普朗克輻射定律黑體為理想的余弦摘射體，其光譜輻射出射度（角標表示黑體） 由普朗克公式表示為:w ” 2nc% %.")二下化而一 1)式中，為波爾茲曼常數(shù)；力為普朗克常數(shù)；7為絕對溫度；。為真空中的光速。上式表明，黑體表面向半球空間發(fā)射波長為人的光譜，其輻射出射度M.q 是黑體溫度T和波長入的函數(shù),這就是普朗克福射定律。2、斯忒藩-波爾茲曼定律將黑體的普朗克公式對波長A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：b = 5.67 X lOWmK-415/?3c2可見，旌，s與7的四次方成正比,這就是黑體輻射的斯忒落-波爾茲曼定建。3、維思位移

2、定律將黑體的普朗克公式對波長A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應的波長4與絕對溫度T的關系為:2898()可見，峰值光譜輻出度對應的波長與絕對溫度的乘積是常數(shù)。當溫度升高時, 峰值光譜輻射出射度對應的波長向短波方向位移，這就是笨思位移定律。將式4代入普朗克公式，得到黑體的峰值光譜播出度:區(qū).=1.3O9T5 x 10-15(W cm2 所' - K5)以上三個定律統(tǒng)稱為黑體輻射定律。# #1、在衛(wèi)星上測得大氣層外太陽光譜的最高峰值在0.465um處，若把太陽 作為黑體，試計算太陽表面的溫度及其峰值光譜相射出射度M,0e?！窘狻浚? = 2898/4=2898/0.4

3、65x10J6.23x103 （4分）峰值光譜輻射出射度為：也.,” =13。%=1 309x62325x10-15 1.23 x 1 （卬 an2 .9r K、）2、在距離標準錨絲燈2m遠處放置一個照度計探頭，已知探頭的光敏面積 為0.5 cm?,若照度計測得的最大照度為ioo（Ix）。試求：（1）標準鴇絲燈在該 方向的發(fā)光強度？ （2）它所發(fā)出的總光通量？ （3）所發(fā)出的總輻射通量？【解】：（1）先計算光電探頭對標準鴇絲燈所X的立體角:Q = = 0.5xl0-=i25xi()_5(sr) r 2一再計算光電探頭所接收的光通量：” &.S =100x0.5x107=5.0x10-3

4、 （1m）計算燈在該方向上的發(fā)光強度：。=中"。=5.0x10-3/1.25x10-5 =4oo （cd）（2）燈所發(fā)出的總光通量為:葛= 5.0x1內(nèi)言需比 5000(I/h) 燈所發(fā)出的總輻射通量為：久=* =警*294（W）K.17.13、將標準錨絲燈為黑體時，試計算它的峰值描射波長，峰值光譜描射出射度和它的總輻射出射度?！窘獠窐藴束d絲燈的溫度為£=2856K,因此它的峰值輻射波長為:_ 2898 _ 2896一 T 2856峰值光譜輻射出射度為：以=1.30叼5乂 10-15 = 1.309 X 28565X W157248.73(卬。廣2 "尸,廣5)總

5、輻射出射度為"“ =bxT4 =5.67x10“ x2856"、3.77x1()6(w尸.長7)4、假設將人體作為黑體，正常人體溫的為36.59。計算：(1)正常人體所發(fā)出的輻射出射度為多少W/nr2?(2)正常人體的峰值輻射波長為多少pm?峰值光譜輻射出射度M為 多少？(3)人體發(fā)燒到38C時峰值輻射波長為多少？發(fā)燒時的峰值光譜輻射出射 度M.au又為多少？【解】：(1)人體正常體的絕對溫度為736.5+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：叫=<rxT4 =5.67x10* x(309.5)4 «520

6、.27(W/m2)(2)由維恩位移定律，正常人體的峰值輻射波長為：4=寧心9.36|nm峰值光譜輻射出射度為：=L309TX10-” =1.309x(309.5)4 xl()F元3.72 (卬"廣2 尸K-s)OQQQ OQQC(3)人體發(fā)燒到38C時峰值輻射波長為：4,= -9.32(Mm)I273 + 38發(fā)燒時的峰值光譜輻射出射度為：Mcs&“= 1.30975 X10-15 =1.309x(31 l)5xlO-15 七3.81(W cm-2 - nm- K-5#1、什么是三基色原理？彩色現(xiàn)是什么含義？ 7【答】三基色具有獨立性，三基色中任何一色都不能用其余兩種色彩合成

7、。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來,并且混合后得到的顏色數(shù)目最多。人眼的三種感色細胞一屐紅細胞、感綠細胞、感藍細胞，具有合色的能力。當一復色 光剌激人眼時，人眼感色細胞可將其分解為紅光、綠光、藍光三種單色光，然后混合成一種 顏色。正是由于這種合色能力，才能識別除紅、綠、藍三色之外的更大X圍的顏色。(Page76-77)2、筒述液晶的種類和特點。7【答】液晶分為兩大類：溶致液晶和熱致液晶。熔致液晶要溶解在水或有機溶劑中才顯示 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X圍內(nèi)才呈現(xiàn)出液晶態(tài)， 液晶光電效應受溫度條件控制。(Page91-92)3、簡述等

8、離子顯示的主要發(fā)展水平和研究動向。4、簡述PN結(jié)電致發(fā)光原理。，【答】當在PN結(jié)施加正向電壓時，會使勢壘高度降低，耗盡層冰薄，能較大的電子 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)的電子復合，同時以光的形式相射出 多余的能景。(Page88)5、巳知GaAs禁帶寬度為1.4 eV,求GaAs的LED的峰值波長。而實測GaAs的LED 的峰值波長為1 127 run,為什么？ ,【答】峰值響應波長取決于制造光敏電阻所用半導體材料的禁帶寬度,其值可由下式估 算：(Page160)m =色=上，10“ =上。1()3 885.7 nm紇紇 L4因為在光電半導體中，雜質(zhì)和晶格缺陷所形成的能級與導

9、帶間的禁帶寬度比價帶與導帶 間的主禁帶寬要窄得多，因此波長比峰值晌應波長長的光將把這些雜質(zhì)能級中的電子激發(fā)到 導帶中去，從而使光敏電阻的光譜響應向長波方向有所擴展。(Pagel60) 6、簡述商場交流電致發(fā)光(ACEL)發(fā)光原理。7、液晶有何特點？它主要有哪些電光效應?主要有哪些應用？ ” (Page93-94)【答】液晶的二個顯著的特點：(1)液晶的各向異性一在外電場作用下，分子的排列極 易發(fā)生變化，P型液晶分子長軸方向平行于外電場方向，N型液晶分子長軸方向垂直于外電 場方向。(2)液晶的雙折射偏振平行于光軸的光在傳播時所經(jīng)歷的折射率為非常光2 小，偏振垂直于光軸傳播的光所經(jīng)歷的折射率為尋常

10、光A)刀1。電流效應動態(tài)散射效應存儲效應排列相畸變效應電光效應混合排列相畸變效應 電場效應.扭曲向列效應(TN)相轉(zhuǎn)變效應(PC)1賓主效應(GH)8、試說明自會聚彩色顯示管的特點。9、試說明扭曲向列LCD的特點。，(Page95-96)【答】入射光通過偏振片后成為線偏振光，在無電場作用時，線偏振光經(jīng)過扭曲向列液 晶時，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，因此呈透光態(tài)。在有電場作用時，當電場大干閾值場強后，液晶盒內(nèi)液晶分子長軸都將沿電場方向排列, 即與表面呈垂直排列，此時入射的線偏振光不能得到旋轉(zhuǎn)，因而在出射處

11、不能通過檢偏片， 呈暗態(tài)。18、激光顯示系統(tǒng)的分類、組成和特點都是什么？ ” （PageiOS）【答】激光顯示技術分為三種類型：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，基本原理是激光束僅用來改變某些材料（如液晶等）的光學參 數(shù)（折射率或透過率），而再用另外的光源使這種光學參數(shù)變化而形成的像投射到屏幕上， 從而實現(xiàn)圖像顯示；第三種是直觀式（點掃描）電視激光顯示，它是將經(jīng)過信號調(diào)制過的 RGB三色激光束直接通過機械掃描方法偏轉(zhuǎn)掃描到顯示屏上?！炯す鈷呙铚y，法舉例】反射鏡透鏡1激光束經(jīng)過透鏡1后被反射餞反射，由于同步位相馬達的轉(zhuǎn)動而形成掃描光 束，掃描光束經(jīng)過透鏡1后變成平行的掃描光束，平行掃描光在掃描過程中被 工件遮擋。光束經(jīng)過透僚2后被位于般平面上的探測器D接收，得到一個隨時間變化 的光電信號。再經(jīng)過后續(xù)的信號處理電路（主要包括信號放大電路、邊緣檢出電路、計數(shù)電 路等），就可以得出工件直徑的