光電檢測(cè)原理與技術(shù)

1波長(zhǎng)在 的是紅外輻射。通常分為 、 和遠(yuǎn)紅外三部分2輻射體的輻射強(qiáng)度在空間方向上的分布滿足公 ，式中打是面元eodS2輻射體的輻射強(qiáng)度在空間方向上的分布滿足公 ，式中打是面元eodS沿其法線方向的輻射強(qiáng)度。符合上式規(guī)律的3光輻射普遍形式的波動(dòng)方程VxVxE+項(xiàng)分別由 與 引起。輻射體稱為衛(wèi)土J，朗伯體右邊兩0dt2dt2 dtKDP晶體沿z軸加電場(chǎng)時(shí)，由 變成了雙軸晶體,折射率橢球的主軸繞 TOC\o"1-5"\h\z軸旋轉(zhuǎn)了45度角，此轉(zhuǎn)角與外加電場(chǎng)的大小 ，其折射率變化與電場(chǎng)成 。KDP晶體橫向運(yùn)用條件下，光波通過(guò)晶體后的相位差包括兩項(xiàng)：其中一項(xiàng)與外加電場(chǎng)無(wú)關(guān)，是由晶體本身 引起的；另一項(xiàng)為電光效應(yīng) 。6考慮到聲束的寬度，當(dāng)光波傳播方向上聲束的寬度L滿足條件 ,會(huì)產(chǎn)生多級(jí)衍射，否則從多級(jí)衍射過(guò)渡到單級(jí)衍射。7要用激光作為信息的載體，就必須解決如何將信息加到激光上去的問(wèn)題，這種將信息加載于激光的過(guò)程稱為調(diào)制，光束調(diào)制按其調(diào)制的性質(zhì)可分為 、 、 強(qiáng)度調(diào)制等。8依據(jù)噪聲產(chǎn)生的物理原因，光電探測(cè)器的噪聲可大致分為 三類。簡(jiǎn)答題，共30分，每題6分1光電探測(cè)器性能參數(shù)包括哪些方面。2光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)。3請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)出InSb和PbS光敏電阻的特性。4為什么說(shuō)光電池的頻率特性不是很好？5直接光電探測(cè)器的平方律特性表現(xiàn)在哪兩個(gè)方面?三推導(dǎo)證明，共10分，每題5分1已知熱電晶體極板面積為A,熱電系數(shù)為B，負(fù)載電阻為RL，熱敏元件的吸收系數(shù)為a,熱導(dǎo)為G，且溫度變化規(guī)律為T(mén)MJ+AS。證明熱釋電探測(cè)器的電壓靈敏度為2已知光電二極管的反偏壓V及最大入射光功率P,器件的暗電導(dǎo)為g,臨界電導(dǎo)為g'器件SP光點(diǎn)轉(zhuǎn)換靈敏度為S'光點(diǎn)轉(zhuǎn)換靈敏度為S'證明合理的負(fù)載電阻為：Rl=Ig'丿g'

SP。(畫(huà)出線性化處理后的伏安特性曲線)四分析、計(jì)算題，共40分，每題10分1已知熱敏器件的受光面為100mm2，頻率響應(yīng)范圍4f為1HZ，器件初始溫度為300K,發(fā)射率為￡為100%，試推導(dǎo)并估算此熱敏探測(cè)器的最小可探測(cè)光功率。(O=5.67X10-12J/cm2K4,k=1.38X10-23J/K)B2輸入信號(hào)U經(jīng)過(guò)二極管整流后，輸出信號(hào)為U=KU，現(xiàn)有一按正弦規(guī)律變化的經(jīng)過(guò)隔直in ou in處理后的調(diào)幅輸入信號(hào)為：U=(1+msinQt)sinwt,其中的m為調(diào)制度，Q為調(diào)制頻率，inw為載波頻率，經(jīng)過(guò)二極管整形后并按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，得到：U=Kou+msinQt)-E4n2U=Kou+msinQt)-E4n2-1icos2nt+msin(2n+0》-msin(2n22問(wèn)：（1）分析上式，并說(shuō)出上式中哪部分是我們需要提取的信號(hào)?（2） 為了提取出需要的信號(hào)，需要采取什么電路來(lái)提取？最后提取出的信號(hào)表達(dá)式是什么，并畫(huà)出電路圖。（3） 根據(jù)右圖的調(diào)制波形繪出整流后的波形，并繪出經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)波形簡(jiǎn)圖。3一目標(biāo)經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀察，在某一特征頻率時(shí)，目標(biāo)對(duì)比度為0.5,大氣的MTF為0.9，探測(cè)器的MTF為0.5,電路的MTF為0.95,CRT的MTF為0.5，則在這一特征頻率下，光學(xué)系統(tǒng)的MTF至少要多大？4已知某硅光電二極管的靈敏度S=0.5MA屮W,結(jié)電導(dǎo)g=0.005卩s,屈膝電壓u"=10V，入射光信號(hào)功率P=5+3sin°t（?W），反偏壓V=40V。求：電信號(hào)輸出送到放大器時(shí)，取得最大功率的電阻RP及放大器的輸入電阻R.。P I《光電檢測(cè)原理與技術(shù)》課程試題A答案2007-12-23一填空題20分，每空1分1波長(zhǎng)在0.77~1000rm的是紅外輻射。通常分為近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外三部分2一般輻射體的輻射強(qiáng)度與空間方向有關(guān)。但是有些輻射體的7輻射強(qiáng)度在空間方向上的分布滿足dI=dIcos9，式中1山是面元DS沿其法線方向的輻射e e0 EJ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。3光輻射普遍形式的波動(dòng)方程VxVxE+卩運(yùn)三=-比竺-比込中,方程右0at2 at2 dt邊兩項(xiàng)反映物質(zhì)對(duì)光輻射場(chǎng)量的影響，起“源”的作用，分別由極化電荷與傳導(dǎo)電流引起。KDP晶體沿z軸加電場(chǎng)時(shí)，由單軸晶體變成了雙軸晶體，折射率橢球的主軸繞z軸旋轉(zhuǎn)了45。角，此轉(zhuǎn)角與外加電場(chǎng)的大小無(wú)關(guān)，其折射率變化與電場(chǎng)成正比。KDP晶體橫向運(yùn)用條件下，光波通過(guò)晶體后的相位差包括兩項(xiàng)：第一項(xiàng)與外加電場(chǎng)無(wú)關(guān)，是由晶體本身自然雙折射引起的；第二項(xiàng)即為電光效應(yīng)相位延遲6考慮到聲束的寬度，當(dāng)光波傳播方向上聲束的寬度L滿足條件L<L沁4#，會(huì)產(chǎn)生多級(jí)衍射，否則從多級(jí)衍射過(guò)渡到單級(jí)衍射。07要用激光作為信息的載體，就必須解決如何將信息加到激光上去的問(wèn)題，這種將信息加載于激光的過(guò)程稱為調(diào)制，完成這一過(guò)程的裝置稱為調(diào)制器。其中激光稱為載波，起控制作用的低頻信息稱為調(diào)制信號(hào)。8依據(jù)噪聲產(chǎn)生的物理原因，光電探測(cè)器的噪聲可大致分為散粒噪聲、熱噪聲和低頻噪聲三類。二簡(jiǎn)答題，共30分，每題6分（要求簡(jiǎn)單扼要）1光電探測(cè)器性能參數(shù)包括哪些方面。（得分點(diǎn)：回答為什么制定性能參數(shù)得2分，具體參數(shù)每?jī)蓚€(gè)得1分，共4分，本題總分6分）為了評(píng)價(jià)探測(cè)器性能優(yōu)劣，比較不同探測(cè)器之間的差異，從而達(dá)到根據(jù)具體需要合理正確選擇光電探測(cè)器件的目的，制定了一套性能參數(shù)。通常包括積分靈敏度，也成為響應(yīng)度，光譜靈敏度，頻率靈敏度，量子效率，通量閾和噪聲等效功率，歸一化探測(cè)度及工作電壓、電流、溫度及入射光功率允許范圍。2光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)（給出兩種效應(yīng)的概念得2分，給出兩種效益的特點(diǎn)得2分,對(duì)兩種效能的探測(cè)器時(shí)間特性能進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明得2分）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。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)椋庾幽芰渴莌Y，h是普朗克常數(shù)，Y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)兀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h7的大小沒(méi)有直接關(guān)系。原則上，光熱效應(yīng)對(duì)光波頻率沒(méi)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，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。3請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)出InSb和PbS光敏電阻的特性。（得分點(diǎn)：每種光敏電阻有1分,寫(xiě)出光敏電阻的主要參數(shù)得4分，本題總分6分）（1） PbS近紅外輻射探測(cè)器波長(zhǎng)響應(yīng)范圍在1?3.4》m,峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為2pm內(nèi)阻（暗阻）大約為1MQ響應(yīng)時(shí)間約200》s（2） InSb在77k下，噪聲性能大大改善峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為5》m響應(yīng)時(shí)間短（大約50X10-S）4為什么說(shuō)光電池的頻率特性不是很好？（得分點(diǎn)：2個(gè)因素，每一個(gè)得分3分，本題總分6分）答:光電池總的來(lái)說(shuō)頻率特性不是很好，這是由于兩個(gè)方面的原因：第一，光電池的光敏面一般做的較大，因而極間電容較大;第二，光電池工作在第四象限,有較小的正偏壓存在，所以光電池的內(nèi)阻較低,而且隨入射光功率變差，因此光電池的頻率特性不好.5直接光電探測(cè)器的平方律特性表現(xiàn)在哪兩個(gè)方面？答:直接探測(cè)器的平方律特性表現(xiàn)在:三推導(dǎo)證明，共10分，每題5分1已知熱電晶體極板面積為A，熱電系數(shù)為0，負(fù)載電阻為RL，熱敏元件的吸收系數(shù)為a，熱導(dǎo)為G，且溫度變化規(guī)律為T(mén)=AT+ATe/?t。證明熱釋電探測(cè)器0的電壓靈敏度為R=—（教材的電壓靈敏度為R=—（教材P148-150）+2c2已知光電二極管的反偏壓V及最大入射光功率P，器件的暗電導(dǎo)為g,臨界電導(dǎo)為g'器件光點(diǎn)轉(zhuǎn)換靈敏度為S，證明合理的負(fù)載電阻為:SPSP。（畫(huà)出線性化處理后的伏安特性曲線）

SP。（畫(huà)出線性化處理后的伏安特性曲線）證明過(guò)程略（教材P138-139）（得分點(diǎn)：分析，包括繪出線性處理后的伏安特性曲線示意圖2分，證明過(guò)程，應(yīng)在伏安特性曲線圖上表示出各個(gè)參量，2分,結(jié)論1分，本題總分5分）四計(jì)算題，共40分，每題10分1已知熱敏器件的受光面為100mm2，頻率響應(yīng)范圍為1HZ，器件初始溫度為300K,發(fā)射率為￡為100%，試推導(dǎo)并估算此熱敏探測(cè)器的最小可探測(cè)光功率。（O=5.67X10-12J/cm2K4,kB=1.38X10-23j/K）（得分點(diǎn)：分析3分，過(guò)程5,結(jié)論B2分，本題總分10分）（P148）2輸入信號(hào)U經(jīng)過(guò)二極管整流后，輸出信號(hào)為U=KU，現(xiàn)有一按正弦規(guī)律變化in ou in的經(jīng)過(guò)隔直處理后的調(diào)幅輸入信號(hào)為：U二（1+msinQt）sin3t,其中的m為調(diào)in制度，Q為調(diào)制頻率，3為載波頻率，經(jīng)過(guò)二極管整形后并按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi),+msinQt+msinQt)-蘭114n2一1①m①m①cos2nt+sin(2n+0》一 sin(2n一?！?2問(wèn)：（1）分析上式，并說(shuō)出上式中那部分是我們需要提取的信號(hào)？為什么。（2） 為了提取出需要的信號(hào)，需要采取什么電路來(lái)提取？最后提取出的信號(hào)表達(dá)式是什么，并畫(huà)出電路圖。（3） 根據(jù)右圖的調(diào)制波形繪出整流后的波形，并繪出經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)波形簡(jiǎn)圖。（得分點(diǎn)：每一個(gè)小問(wèn)題各占3分，繪出信號(hào)處理過(guò)程示意圖1分，本題總分10分）解答：1需要提取的信號(hào)為U=（1+msinQt） 3in分2為了提取上述信號(hào)，首先采用二極管半波整流電路（1分），提取出信號(hào)的正半周期（電路圖1分），因?yàn)槲覀冃枰男盘?hào)與經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)相比為低頻信號(hào)，因此，通常可采用RC低通濾波器過(guò)濾掉高頻，剩下的就是需要的低頻信號(hào)（2分）。3略。（3分）3一目標(biāo)經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀察，在某一特征頻率時(shí)，目標(biāo)對(duì)比度為0.5，大氣的MTF為0.9,探測(cè)器的MTF為0.5，電路的MTF為0.95,CRT的MTF為0.5，則在這一特征頻率下，光學(xué)系統(tǒng)的MTF至少要多大？（得分點(diǎn)：分析8分，過(guò)程1,結(jié)論1分，本題總分10分）要求：按平時(shí)作業(yè)的計(jì)算題要求，寫(xiě)出解答的理論基礎(chǔ)，對(duì)0.026這個(gè)參數(shù)要說(shuō)明是什么。答: 0.5x0.9x0.5x0.95x0.5xMTF>0.02 得至【」：MTF>0.24o o4已知某硅光電二極管的靈敏度S=0.5MA屮W，結(jié)電導(dǎo)g=0.005卩s，屈膝電壓u”=10V，入射光信號(hào)功率P=5+3sinWGW），反偏壓V=40V。求：電信號(hào)輸出送到放大器時(shí)，取得最大功率的電阻Rp及放大器的輸出電壓RiO（得分點(diǎn)：分析3分，過(guò)程5，結(jié)論2分，本題總分10分）解答略（教材P141）一填空題20分，每空1分1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（ ）這個(gè)量，單位為K。這個(gè)量是指在規(guī)定兩波長(zhǎng)具有與熱輻射光源的（ ）相同的黑體的溫度。2光波在聲光晶體里傳播，按照聲波頻率的（ ）以及聲波和光波（ ）的不同，聲光相互作用可分為（ ）和（ ）兩種衍射類型。3縱向電光調(diào)制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、不存在（）的影響。缺點(diǎn)是（）太咼。4光頻外差探測(cè)是一種全息探測(cè)技術(shù)，這種探測(cè)技術(shù)可以探測(cè)光頻電場(chǎng)的（ ）、（ ）和（ ）所攜帶的信息。5CCD與其它器件相比，最突出的特點(diǎn)是它以（ ）作為信號(hào)，而其他大多數(shù)器件是以（ ）或者（ ）作為信號(hào)。6電荷耦合器件的基本功能就是電荷存儲(chǔ)和（ ）。CCD的工作過(guò)程就是信號(hào)電荷的（ ）、（ ）、（ ）和檢測(cè)的過(guò)程。7紅外成像系統(tǒng)性能的綜合量度是（ ）和（ ）。二簡(jiǎn)答題，共30分，每題6分1在光度單位體系中，基本單位是如何定義的。2大氣湍流效應(yīng)對(duì)光束傳播的影響有哪些方面。3什么是半波電壓？對(duì)比KDP晶體的橫向、縱向應(yīng)用的特點(diǎn)。

4說(shuō)明光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)各自特點(diǎn)。5紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)三推導(dǎo)證明，共10分，每題5分1推導(dǎo)光電轉(zhuǎn)換定律2光電池等效電路如圖1所示，據(jù)此請(qǐng)推導(dǎo)短路電流和開(kāi)路電壓的表達(dá)式。四計(jì)算題，共40分，每題10分1若取vs=616m/s,n=2.35,￡=10MHz,九0=O.6328pm，試估算發(fā)生拉曼-納斯衍射所允許的最大晶體長(zhǎng)度L。max2用PbMoO4晶體做成一個(gè)聲光掃描器，取n=2.48,M2=37.75x10-15s3/kg，換能器寬度H=0.5mm。聲波沿光軸方向傳播，聲頻￡=150MHz，聲速vs=3.99x105cm/s,光束寬度d=0.85cm，光波長(zhǎng)X=0.5pm。⑴證明此掃描器只能產(chǎn)生正常布喇格衍射;⑵為獲得100%的衍射效率，聲功P率應(yīng)為多大？⑶若布喇格帶寬Af=125MHz，衍射效率降低多少？3一目標(biāo)經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀察，在某一特征頻率時(shí)，目標(biāo)對(duì)比度為0.5，大氣的MTF為0.9,探測(cè)器的MTF為0.5,電路的MTF為0.95,CRT的MTF為0.5，則在這一特征頻率下，光學(xué)系統(tǒng)的MTF至少要多大？4已知某硅光電二極管的靈敏度S=0.5弓..屮半，結(jié)電導(dǎo)g=0.005卩s，屈膝電壓u”=10V，入射光信號(hào)功率P=5+3sinWGW)，反偏壓V=40V。求：電信號(hào)輸出送到放大器時(shí)，取得最大功率的電阻Rp及放大器的輸出電壓Ri。補(bǔ)充題：輸入信號(hào)U經(jīng)過(guò)二極管整流后，輸出信號(hào)為U=KU, 1in ou in現(xiàn)有一按正弦規(guī)律變化的經(jīng)過(guò)隔直處理后的調(diào)幅輸入信號(hào)為：U=(1+msinQt)sinwint,其中的m為調(diào)制度，Q為調(diào)制頻率，W為載波頻率，經(jīng)過(guò)二極管整形后并按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，得到:U=Kou+U=Kou+msinQt)-乞 -——4n2-11cos2nt+msin(2n+0》-msin(2n22問(wèn)：1分析上式，并說(shuō)出上式中那部分是我們需要提取的信號(hào)？為什么。2為了提取出需要的信號(hào),需要采取什么電路來(lái)提取？最后提取出的信號(hào)表達(dá)式是什么，并畫(huà)出電路圖。3根據(jù)圖1的調(diào)制波形繪出整流后的波形，并繪出經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)波形簡(jiǎn)圖。附加題：用2CU光點(diǎn)二極管探測(cè)激光輸出的調(diào)制信號(hào)級(jí)=20+5sin?（PW）的輻射通量，若已知電源電壓為15V,2CU的光電靈敏度為S=0.5期/訓(xùn)，結(jié)電容為C=3pF,引線分布電容i JC=7pF，試求負(fù)載電阻R=2MQ時(shí)該電路的偏置電阻R，并計(jì)算輸出信號(hào)電壓最大值情況下i L B的最高截至頻率。解答：首先求出入射輻射通量的峰值：0=20+5=25訓(xùn)m再求出2CU的最大輸出光電流：I=S0=12.5AAMIm設(shè)輸出信號(hào)電壓最大時(shí)的偏置電阻為R,則與負(fù)載電阻并聯(lián)后的等效電阻為BR//R=U=1.2MQBLIm進(jìn)而可得出R=3MQB則輸出電壓最大值時(shí)的最咼截至頻率為：f== lZb 83KHbtRR^C+C zLBji光電檢測(cè)原理與技術(shù)考試題B答案一填空題20分，每空1分1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）這個(gè)量，單位為K。這個(gè)量是指在規(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。2光波在聲光晶體里傳播，按照聲波頻率的（大小）以及聲波和光波（作用長(zhǎng)度）的不同，聲光相互作用可分為（拉曼-納斯）和（布拉格）兩種衍射類型。3縱向電光調(diào)制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、不存在（ 自然雙折射）的影響。缺點(diǎn)是（半波電壓）太高。4光頻外差探測(cè)是一種全息探測(cè)技術(shù)，這種探測(cè)技術(shù)可以探測(cè)光頻電場(chǎng)的（振幅）、（頻率）和（相位）所攜帶的信息。5CCD與其它器件相比，最突出的特點(diǎn)是它以（電荷）作為信號(hào)，而其他大多數(shù)器件是以（電流）或者（電壓）作為信號(hào)。6CCD的基本功能就是電荷存儲(chǔ)和（電荷轉(zhuǎn)移）。CCD的工作過(guò)程就是信號(hào)電荷的（產(chǎn)生）、（存儲(chǔ)）、（轉(zhuǎn)移）和檢測(cè)的過(guò)程。7紅外成像系統(tǒng)性能的綜合量度是（空間分辨率）和（溫度分辨率）。二簡(jiǎn)答題，共30分，每題6分（要求對(duì)涉及到的名詞概念簡(jiǎn)單解釋）1在光度單位體系中，基本單位是如何定義的。什么是光視效能？在光度體系中，被選作基本單位的不是光量或光通量，而是發(fā)光強(qiáng)度，其單位是坎德拉（1分）。定義為一個(gè)光源發(fā)出頻率為540x1012Hz的單色輻射，如果在一給定方向上的輻射強(qiáng)度為丄 \則該光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉（2分）。683/sr光度量和輻射度量之間可以用光是效能與光視效率聯(lián)系起來(lái)。光視效能描述某一波長(zhǎng)的單色光輻射通量可以產(chǎn)生多少相應(yīng)的單色光通量。即光視效能K九定義為同一波長(zhǎng)下測(cè)得的光通量與輻射通量的比之，即K=2單位：流明/瓦特九①e九（lm/W）。2大氣湍流效應(yīng)對(duì)光束傳播的影響有哪些方面，分別加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。（得分點(diǎn)：回答什么是湍流效應(yīng)得1分，湍流效應(yīng)的具體表現(xiàn)每回答一個(gè)得1分，共4分，對(duì)具體表現(xiàn)有簡(jiǎn)單解釋得1分，本題總分6分）是一種無(wú)規(guī)則的漩渦流動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡十分復(fù)雜，既有橫向運(yùn)動(dòng)，又有縱向運(yùn)動(dòng)，空間每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度圍繞某一平均值隨機(jī)起伏。這種湍流狀態(tài)將使激光輻射在傳播過(guò)程中隨機(jī)地改變其光波參量，使光束質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，出現(xiàn)所謂光束截面內(nèi)的強(qiáng)度閃爍、光束的彎曲和漂移（亦稱方向抖動(dòng)）、光束彌散畸變以及空間相干性退化等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為大氣湍流效應(yīng)。光束強(qiáng)度在時(shí)間和空間上隨機(jī)起伏，光強(qiáng)忽大忽小，即所謂光束強(qiáng)度閃爍。波長(zhǎng)短，閃爍強(qiáng)，波長(zhǎng)長(zhǎng)，閃爍小。然而，理論和實(shí)驗(yàn)都表明，當(dāng)湍流強(qiáng)度增強(qiáng)到一定程度或傳輸距離增大到一定限度時(shí)，閃爍方差就不再按上述規(guī)律繼續(xù)增大，卻略有減小而呈現(xiàn)飽和，故稱之為閃爍的飽和效應(yīng)。接收平面上，光束中心投射點(diǎn)（即光斑位置）以某個(gè)統(tǒng)計(jì)平均位置為中心，發(fā)生快速的隨機(jī)性跳動(dòng)（其頻率可由數(shù)赫到數(shù)十赫），此現(xiàn)象稱為光束漂移。若將光束視為一體，經(jīng)過(guò)若干分鐘會(huì)發(fā)現(xiàn)，其平均方向明顯變化，這種慢漂移亦稱為光束彎曲。如果不是用靶面接收，而是在透鏡的焦平面上接收，就會(huì)發(fā)現(xiàn)像點(diǎn)抖動(dòng)。3什么是半波電壓？對(duì)比KDP晶體的橫向、縱向應(yīng)用的特點(diǎn)。當(dāng)光波的兩個(gè)垂直分量E,,E,的光程差為半個(gè)波長(zhǎng)（相應(yīng)的相位差為“）x，y，時(shí)所需要加的電壓，稱為半波電壓。（2分）橫向運(yùn)用時(shí)，存在自然雙折射產(chǎn)生的固有相位延遲，它們和外加電場(chǎng)無(wú)關(guān)。表明在沒(méi)有外加電場(chǎng)時(shí)，入射光的兩個(gè)偏振分量通過(guò)晶后其偏振面已轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)角度，這對(duì)光調(diào)制器等應(yīng)用不利，應(yīng)設(shè)法消除。（2分）橫向運(yùn)用時(shí)，無(wú)論采用那種方式，總的相位延遲不僅與所加電壓成正比，而且晶體的長(zhǎng)寬比（L/d）有關(guān)。而縱向應(yīng)用時(shí)相位差只和V=EL有關(guān)。因此，增大L或減小d就可大大降低半波電壓。（2分）4說(shuō)明光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)各自特點(diǎn)。光子效應(yīng)：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。光子能量的大小，直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。（2分）特點(diǎn)：光子效應(yīng)對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，響應(yīng)速度一般比較快。（1分）光熱效應(yīng)：探測(cè)兀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。（2分）特點(diǎn)：原則上對(duì)光波頻率沒(méi)有選擇性，響應(yīng)速度一般比較慢。（1分）（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)。）5紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)（得分點(diǎn)：第一個(gè)特點(diǎn)得2分，其后每個(gè)特點(diǎn)的分1分，本題總分6分）（1）紅外輻射源的輻射波段位于1pm以上的不可見(jiàn)光區(qū)，普通光學(xué)玻璃對(duì)2.5》m以上的光波不透明，而在所有有可能透過(guò)紅外波段的材料中，只有幾種材料有必需的機(jī)械性能，并能得到一定的尺寸，如鍺、硅等，這就大大限制了透鏡系統(tǒng)在紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使反射式和折反射式光學(xué)系統(tǒng)占有比較重要的地位。

（2） 為了探測(cè)遠(yuǎn)距離的微弱目標(biāo)，紅外光學(xué)系統(tǒng)的孔徑一般比較大。（3） 在紅外光學(xué)系統(tǒng)中廣泛使用各類掃描器，如平面反射鏡、多面反射鏡、折射棱鏡及光楔等。（4） 8至14》m波段的紅外光學(xué)系統(tǒng)必須考慮衍射效應(yīng)的影響。（5） 在各種氣象條件下或在抖動(dòng)和振動(dòng)條件下，具有穩(wěn)定的光學(xué)性能。三推導(dǎo)證明，共10分，每題5分1推導(dǎo)光電轉(zhuǎn)換定律推導(dǎo)過(guò)程略（得分點(diǎn):分析2分,過(guò)程2,結(jié)論1分,本題總分5分）（教材P112-113）2根據(jù)光電池等效電路，推導(dǎo)短路電流和開(kāi)路電壓的表達(dá)式，并簡(jiǎn)單說(shuō)明實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法。（對(duì)開(kāi)路電壓和短路電流進(jìn)行文字解釋得2分，推導(dǎo)開(kāi)路電壓和短路電流的過(guò)程各占2分，本題總分6分）測(cè)量方法：在一定光功率（例如1kW/m2）照射下，使光電池兩端開(kāi)路，用一高內(nèi)阻直流毫伏表或電位差計(jì)接在光電池兩端，測(cè)量出開(kāi)路電壓；在同樣條件下，將光電池兩端用一低內(nèi)阻（小于1Q）電流表短接，電流表的示值即為短路電流。推導(dǎo)過(guò)程：略（教材P130-131）四計(jì)算題，共40分，每題10分1若取vs=616m/s，n=2.35，