DOCX《第一章》

第一章 1.

设在半径为Rc的圆盘中心法线上,距盘圆中心为l0处有一个辐射强度为Ie的点源S,如图所示.试计算该点源发射到盘圆的辐射功率. 解:因为, 且 所以 2. 如图所示,设小面源的面积为As,辐射亮度为Le,面源法线与l0的夹角为s;

被照面的面积为Ac,到面源As的距离为l0.若c为辐射在被照面Ac的入射角,试计算小面源在Ac上产生的辐射照度. 解:亮度定义: 强度定义: 可得辐射通量: 在给定方向上立体角为: 则在小面源在Ac上辐射照度为: 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源(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. 答:由得,且 则辐照度: 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗? 不是热辐射.霓虹灯发的光是电致发光,在两端放置有电极的真空充入氖或氩等惰性气体,当两极间的电压增加到一定数值时,气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击,使原子中的电子受到激发.当它由激发状态回复到正常状态会发光,这一过程称为电致发光过程. 6. 从黑体辐射曲线图可以看出,不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长m随温度T的升高而减小.试由普朗克热辐射公式导出 . 答:这一关系式称为维恩位移定律,其中常数为2.89810-3mK. 普朗克热辐射公式求一阶导数,令其等于0,即可求的. 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M.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 这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律,其中常数为5.67?10-8W/m2K4 解答:教材P9,并参见大学物理相关内容. 9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型.你知道这是按什么区分的吗? 按色温区分.

10 为频率在间黑体辐射能量密度,为波长在 间黑体辐射能量密度.已知 ,试求. 解答: 由,通过全微分进行计算.

11 如果激光器和微波器分别在λ=10μm,λ=500nm和ν=3000MHz输出一瓦的连续功率,问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数分别是多少? 解答: ,

12 设一对激光能级为E2和E1(g2=g1),相应的频率为ν(波长为λ),各能级上的粒子数为n2和n1.求(1)当ν=3000MHz,T=300K时,n2/n1=? (2)当λ=1μm,T=300K时,n2/n1=? (3)当λ=1μm,n2/n1=0.1 温度T=?. 解答:

13 试证明,由于自发辐射,原子在E2能级的平均寿命. 解答: 参见教材P12

14 焦距f是共焦腔光束特性的重要参数,试以f表示,,

, . 由于f和是一一对应的,因而也可以用作为表征共焦腔高斯光束的参数,试以表示f、,,

. 解答:

15 今有一球面腔,R1=1.5m,R2=-1m,L=0.8m.试证明该腔为稳定腔;

并求出它的等价共焦腔的参数. 解答: 稳定强条件:,求出g1和g2为腔参数.

16 某高斯光束=1.2mm,求与束腰相距0.3m,10m和1000m远处的光斑的大小及波前曲率半径R. 解答:

第二章 1. 何为大气窗口,试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素. 答:对某些特定的波长,大气呈现出极为强烈的吸收.光波几乎无法通过.根据大气的这种选择吸收特性,一般把近红外区分成八个区段,将透过率较高的波段称为大气窗口. 2. 何为大气湍流效应,大气湍流对光束的传播产生哪些影响? 答:是一种无规则的漩涡流动,流体质点的运动轨迹十分复杂,既有横向运动,又有纵向运动,空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏.这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量,使光束质量受到严重影响,出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移(亦称方向抖动)、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象,统称为大气湍流效应. 3.对于3m晶体LiNbO3,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) 解:铌酸锂晶体是负单轴晶体,即nx=ny=n