第1-2章作业题解答.pdf

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1、第一章第一章 光辐射与光源光辐射与光源 1.用目视观察发光波长分别为用目视观察发光波长分别为 435.8nm 和和 546.1nm 的连个发光体，他们的亮度相同，的连个发光体，他们的亮度相同，均为均为 3cd/m2。如果在两个发光体前分别加上投射比为。如果在两个发光体前分别加上投射比为 10-4的光衰减器，问此时目视观察的的光衰减器，问此时目视观察的亮度是否相同？为什么？亮度是否相同？为什么？解：此时目视观察的亮度不一样 由光亮度公式 X=()()780580可知：当 Xv相等且为 3cd/m2时，起主要作用的是明视见函数曲线。从曲线上可以看出当 X(435.8)=X(546.1)时，V(43

2、5.8)Xe(546.1)。当加入衰减器后 Xv=0.0003cd/m2,此时起主要作用的是暗视见函数。此时 V(435.8)V(543.41)，因此 Xv(435.8)Xv(546.1)，故此时目视观察的亮度不一样 2.求辐射亮度为求辐射亮度为 L 的各向同性面积元在张角为的各向同性面积元在张角为 的圆锥内所发射的辐射通量。的圆锥内所发射的辐射通量。解：辐射通量=L dS =424 =4L24dS 当 较小时，=4L2dS 3 如果忽略大气吸收，地球表面受太阳垂直辐射时，每平方米接受的辐射通量为如果忽略大气吸收，地球表面受太阳垂直辐射时，每平方米接受的辐射通量为 1.35kW。假设太阳的辐射

3、遵循兰伯特定律，试计算它在每平方米面积上所发射的辐射通量为多少？假设太阳的辐射遵循兰伯特定律，试计算它在每平方米面积上所发射的辐射通量为多少？（从地球看太阳的张角为（从地球看太阳的张角为 32）。）。解：=L S cos =1.35kW,=0,=424=142,=32 L=1.98 107 由兰伯特定律可知，太阳每平方米面积上向半球空间发射的总功率为=故整个球空间内发出的总功率为 2Me=2L=1.25*108 5 设空腔处于某温度时设空腔处于某温度时 m=650nm，如果腔壁的温度增加，以致总辐射本领加倍时，如果腔壁的温度增加，以致总辐射本领加倍时 m变为多少？变为多少？解：M(,T)=M(

4、,T)4=24 又T=T =T=24=546.58nm 7 一支氦氖激光器（波长一支氦氖激光器（波长=635.8nm）发出的激光功率为）发出的激光功率为 2mW，该激光束的平面发散，该激光束的平面发散角为角为 1mrad，激光器的放电毛细管直径为，激光器的放电毛细管直径为 1mm。（1）求出该激光束的光通量，发光强度，光亮度，光出射度。）求出该激光束的光通量，发光强度，光亮度，光出射度。1 （2）若激光束透射在）若激光束透射在 10m 远的漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为远的漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为 0.85，求该屏上的光，求该屏上的光亮度亮度 解：(1)光通量=683V()明视觉函数

5、 V(632.8)=0.265=2 103W =683 0.265 2 103=0.36lm 发光强度I=,=142 I=42=4.58 105 光亮度L=42=5.83 1011/2 光出射度M=42=4.58 105/2(2)激光束投射在 10m 远的白色漫反射屏上，反射光充满整个半球空间，光通量=0.85 漫反射屏上的发光面积S=2 r=l tan2 =2 故光亮度 L=0.8522222=620/2 2 第二章第二章 光电探测器概述光电探测器概述 1对光子探测器和热探测器特性上的差别列表作一比较。对光子探测器和热探测器特性上的差别列表作一比较。答：光谱响应选择性 是否需要制冷降噪 响应

6、时间 光子探测器 有选择性 是 快 热探测器 无选择性 否（降温热辐射器除外）慢 2.试以光电导探测器为例，说明为什么光子探测器的工作波长愈长，工作温度就越低。试以光电导探测器为例，说明为什么光子探测器的工作波长愈长，工作温度就越低。答：根据维恩位移定律可知，当探测器工作波长越长时，探测器的光谱响应峰值波长也响应变大，故工作温度应越低；另外，为了提高探测器的性能，降低噪声和提高探测率，应在低温下工作。6.探测器探测器=,探测器的光敏面的直接为探测器的光敏面的直接为 0.5cm，用，用 f=5*103Hz的光电仪器，它能探测的最小辐射功率为多少？的光电仪器，它能探测的最小辐射功率为多少？解：D=

7、NEP=D=3 1010 7.请总结光电系统常见几种噪声的功率谱密度和统计特性请总结光电系统常见几种噪声的功率谱密度和统计特性 噪声特性 功率谱密度 噪声统计特性及说明 散粒噪声(f)=2()=22=2(f)与探测器工作频率无关，具有白噪声的频谱特性 热噪声(f)=2()=4Ve2022(1+202)具有平坦特性，属于白噪声频谱 产生-复合噪声(g-r 噪声)(f)=gr2()=222202(1+202)当 w02 1 时，gr2=4e(02d2)=4e g-r 噪声与探测器平均电流0，工作带宽，载流子平均寿命0,温度噪声(f)=()2+22(f)=4Gk2 温度噪声功率与热导成正比，与工作温度的平方成正比 电流噪声（1/f噪声）f2=1 a:0.8-1.3 之间，多取为 1 b:通常取值为 2 主要出现在 1kHz 以下的低频区，工作频率大于 1kHz后，与其它噪声相比可以忽略