光电子技术安毓英习题答案(完整版).doc

,设小面源的面积为DAs,辐射亮度为Le,面源法线与l0的夹角为qs;被照面的面积为DAc,到面源DAs的距离为l0。若qc为辐射在被照面DAc的入射角,试计算小面源在DAc上产生的辐射照度。肄解:亮度定义:薁强度定义:羈可得辐射通量:螇在给定方向上立体角为:膃则在小面源在DAc上辐射照度为:(如红外装置面对的天空背景),其各处的辐亮度Le均相同,试计算该扩展源在面积为Ad的探测器表面上产生的辐照度。蚈答:由得,且薅则辐照度:。试有普朗克的辐射公式导出M与温度T的四次方成正比,即M=常数。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律,´10-8W/m2K4蒀解答:教材P9,对公式进行积分即可证明。,试求外场分别加在x,y和z轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟(这里只求外场加在x方向上)膃解:铌酸锂晶体是负单轴晶体,即nx=ny=n0、nz=ne。它所属的三方晶系3m点群电光系数有四个,即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为:腿由此可得铌酸锂晶体在外加电场后的折射率椭球方程为:蚇(1)螂通常情况下,铌酸锂晶体采用450-z切割,沿x轴或y轴加压,z轴方向通光,即有Ez=Ey=0,且Ex≠0。晶体主轴x,y要发生旋转,上式变为:薃(2)罿因,且光传播方向平行于z轴,故对应项可为零。将坐标轴绕z轴旋转角度α得到新坐标轴,使椭圆方程不含交叉项,新坐标轴取为蒅,z=z’(3)膄将上式代入2式,取消除交叉项,得新坐标轴下的椭球方程为:羂(4)蚀可求出三个感应主轴x’、y’、z’(仍在z方向上)上的主折射率变成:薆(5)芃可见,在x方向电场作用下,铌酸锂晶体变为双轴晶体,其折射率椭球z轴的方向和长度基本保持不变,而x,y截面由半径为n0变为椭圆,椭圆的长短轴方向x’y’相对原来的xy轴旋转了450,转角的大小与外加电场的大小无关,而椭圆的长度nx,ny的大小与外加电场Ex成线性关系。蒁当光沿晶体光轴z方向传播时,经过长度为的晶体后,由于晶体的横向电光效应(x-z),两个正交的偏振分量将产生位相差:蒀(6)蚇若为晶体在x方向的横向尺寸,为加在晶体x方向两端面间的电压。通过晶体使光波两分量产生相位差(光程差/2)所需的电压,称为“半波电压”,以表示。由上式可得出铌酸锂晶体在以(x-z)方式运用时的半波电压表示式:蚅(7)袁由(7)式可以看出,铌酸锂晶体横向电光效应产生的位相差不仅与外加电压称正比,还与晶体长度比/有关系。因此,实际运用中,为了减小外加电压,通常使/有较大值,即晶体通常被加工成细长的扁长方体。,如果光波偏离z轴一个远小于1的角度传播,证明由于自然双折射引起的相位延迟为,式中L为晶体长度。莅解:,得螃自然双折射引起的相位延迟:=616m/s,n=,fs=10MHz,l0=,试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度Lmax=?蒆解:由公式计算。袂由公式计算,得到虿=,若取,n=,,,计算布喇格角。薈解:芄代入公式得:莃代入数据得:膈由于很小,故可近似为:=25cm,直径D=1cm的实心玻璃,玻璃外绕N=250匝导线,通有电流I=5A。取韦尔德常数为V=´10-5(¢)/cm·T,试计算光的旋转角q。莂解:由公式、和计算,得到=’,用4块z切割的KD*P晶体连接(光路串联,电路并联)成纵向串联式结构,为了使4块晶体的光电效应逐块叠加,各晶体的x轴和y轴应如何取向?并计算其半波电压。莆应使4块晶体成纵向排列,且相邻晶体的光轴应互成90°排列,即一块晶体的和z轴分别与另一块晶体的z和轴平行,这样排列后第一块和第三块晶体的光轴平行,第二块和第四块晶体的光轴平行。螅经过第一块晶体后,亮光束的相位差节蚈经过第二块后,其相位差蒈袃于是,通过两块晶体之后的相位差为蚁荿由于第一块和第三块晶体的光轴平行,第二块和第四块晶体的光轴平行,故总的相位差为芅膆肀4如果一个纵向电光调制器没有起偏器,入射的自然光能否得到光强度调制?为什么?聿解答:芆不能得到强度调制。因为自然光偏振方向是任意的。自然光通过电光调制器后,不能形成固定相位差。莄5一个PbMoO4声光调制器,对He-Ne激光进行调制。已知声功率Ps=1W,声光相互作用长度L=,换能器宽度H=,M2=´10-