光電技術(shù)(王慶有)習(xí)題參考答案完整版(不包含題目)

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1、光電技術(shù)第一章參考答案1輻射度量與光度量的根本區(qū)別是什么？為什么量子流速率的計(jì)算公式中不能出現(xiàn)光度量？答：為了定量分析光與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的光電效應(yīng)，分析光電敏感器件的光電特性，以及用光電敏感器件進(jìn)行光譜、光度的定量計(jì)算，常需要對光輻射給出相應(yīng)的計(jì)量參數(shù)和量綱。輻射度量與光度量是光輻射的兩種不同的度量方法。根本區(qū)別在于：前者是物理（或客觀）的計(jì)量方法，稱為輻射度量學(xué)計(jì)量方法或輻射度參數(shù)，它適用于整個電磁輻射譜區(qū)，對輻射量進(jìn)行物理的計(jì)量；后者是生理（或主觀）的計(jì)量方法，是以人眼所能看見的光對大腦

2、的刺激程度來對光進(jìn)行計(jì)算，稱為光度參數(shù)。因?yàn)楣舛葏?shù)只適用于0.38~0.78um的可見光譜區(qū)域，是對光強(qiáng)度的主觀評價，超過這個譜區(qū)，光度參數(shù)沒有任何意義。而量子流是在整個電磁輻射，所以量子流速率的計(jì)算公式中不能出現(xiàn)光度量。光源在給定波長λ處，將λ～λ+dλ范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量dΦe，除以該波長λ的光子能量hν，就得到光源在λ處每秒發(fā)射的光子數(shù)，稱為光譜量子流速率。2試寫出?、M、?、L等輻射度量參數(shù)之間的關(guān)系式，說明它們與輻射源的關(guān)系。eeee答：輻（射）能Q：以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量

3、稱為輻（射）能，用e符號Q表示，其計(jì)量單位為焦耳（J）。e輻（射）通量?：在單位時間內(nèi)，以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的輻（射）能稱e為輻（射）通量，以符號?表示，其計(jì)量單位是瓦（W），即edQ?=e。edt輻（射）出（射）度M：對面積為A的有限面光源，表面某點(diǎn)處的面元向半球e面空間內(nèi)發(fā)射的輻通量d?與該面元面積dA之比，定義ed?為輻（射）出（射）度M，即M=e。其計(jì)量單eedA2位是瓦每平方米[W/m]。輻（射）強(qiáng)度?：對點(diǎn)光源在給定方向的立體角元d?內(nèi)發(fā)射的輻射通量d?，ee與該方向立體角元d

4、?之比，定義為點(diǎn)光源在該方向的輻（射）d?強(qiáng)度?，即?=e，輻射強(qiáng)度的計(jì)量單位是瓦特每球面eed?度（W/sr）。輻射亮度L：光源表面某一點(diǎn)處的面元在給定方向上的輻射強(qiáng)度，除以該面元e在垂直于給定方向平面上的正投影面積，稱輻射亮度L，e12dId?eeL==，式中，θ為所給方向與面元法線間edAcos?d?dAcos?2的夾角。其計(jì)量單位是瓦特每球面度平方米[W/（sr.m）]。3何謂余弦輻射體？余弦輻射體的主要特性有哪些？?答：一般輻射體的輻射強(qiáng)度與空間方向有關(guān)。但是有些輻射體的輻射強(qiáng)度在空間

5、方向上的分布滿足dI?dIcos?ee0式中Ie0是面元dS沿其法線方向的輻射強(qiáng)度。符合上式規(guī)律的輻射體稱為余弦輻射體或朗伯體。黑體為理想的余弦輻射體。它滿足黑體輻射定律：a.普朗克輻射定律黑體表面向半球空間發(fā)射波長為λ的光譜，其輻射出射度M是黑體溫度T和波長λ的函數(shù)，這就是普朗克輻射定律；e,?4b.斯忒藩—玻爾茲曼定律黑體的總輻射出射度為對M積分，得到其為σT；e,?c.維恩位移定律峰值光譜輻出度所對應(yīng)的波長與絕對溫度的乘積為常數(shù)。當(dāng)溫度升高時，峰值光譜輻射出射度所對應(yīng)的波長向短波長方向移動

6、。4試舉例說明輻射出射度Me與輻射照度Ee是兩個意義不同的物理量。答：略。5．試說明K、K、K的意義及區(qū)別。m?W答：K為人眼的明視覺最靈敏波長λm的光度參量對輻射度參量的轉(zhuǎn)換常數(shù)，m稱為正常人眼的明視覺最大光譜光視效能。其值為683lm/W。K對于所謂輻射對人眼錐狀細(xì)胞或柱狀細(xì)胞的刺激程度，是從生理上評價所有?的輻射參量X與所有的光度參量X的關(guān)系。對于明視覺，刺激程度平衡條件e,?v,?為X?K?V???X令K???=X/X=K×V???，稱為人眼的明視覺光v,?me,?v,?e,?mL譜光視

7、效能。（其中定義V???=e,?m為正常人眼的明視覺光譜光視效率。?等Lme,?于0.555um）定義一個熱輻射體發(fā)射的總光通量?與總輻射通量?之比，為該輻射體的光視ve效能K，K=KV，其中V為輻射體的光視效率。在光電信息變換技術(shù)領(lǐng)域常m用色溫為2856K的標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈作為光源，測量硅、鍺等光電器件光的電流靈敏度等特性參數(shù)。定義標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈的光視效能為K，K=17．1（lm/W）。mm6．（平面發(fā)散角為1mrad）解：（1）氦氖激光器輸出的光為光譜輻射，則輻射通量為?=3mW根據(jù)式（1-56）可計(jì)

8、算出它發(fā)出的光通量為?=KV????e,?v,?me,?又K=683lm/W，V0.6328=0.235，帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得?為0.4815lm。發(fā)光強(qiáng)度I=mv,?v,??v,?21/2，立體角為?=2π（1－（1－r）），?-3將光束平面發(fā)散角轉(zhuǎn)換α=1×10×180/（π）=0.057度-4-7則r=sin（α/2）=5×10帶入公式得?=8.17×10sr2所以發(fā)光強(qiáng)度I=?v,?=0.4815/（8.17×10-7）=5.89×105cdv,???v,?25光出射度M==0.4815/（π