WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет) Г.Г.Ишанин, И.А.Коняхин, В.Л.Мусяков СБОРНИК ЗАДАЧ ПО КУРСУ "ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ" Санкт-Петербург 1998 2 УДК 621.383 Ишанин Г.Г., Коняхин И.А., Мусяков В.Л. Сборник задач по курсу "Источники и приёмники излучения". - СПб.: ИТМО, 1998, 66 с.

Сборник задач предназначен для студентов ИТМО, изучающих дисциплину "Источники и приёмники излучения".

Список лит. - 16 наим.

©Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет) 1998 3 ВВЕДЕНИЕ Сборник составлен применительно к курсу "Источники и приёмники излучения", который читается для студентов различных специальностей. Сборник предназначен для проведения практических занятий, выполнения домашних заданий и самостоятельной работы студентов. Сборник содержит задачи по всем разделам курса. В приложении приводятся таблицы со справочными данными, необходимыми для решения задач и полезными при выполнении курсовых работ, курсовых и дипломных проектов.

СОКРАЩЕНИЯ ПИД - полупроводниковый излучающий диод ПОИ - приемник оптического излучения СКЗ - среднее квадратическое значение СППИ - спектральная плотность потока излучения СПЭС - спектральная плотность энергетической светимости CПЭЯ - спектральная плотность энергетической яркости ФМВ - фотометрическая величина ФПЗС - фоточувствительный прибор с зарядовой связью ФЧЭ - фоточувствительный элемент ФЭПП - фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучения ЧТ - черное тело ЭОП - электронно-оптический преобразователь ТЕРМИНЫ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЯ Абсолютная спектральная чувствительность ПОИ - S.абс.

Видимое (угловое) увеличение оптической системы -.

Водность -.

Вольтовая интегральная чувствительность ПОИ - SU.инт.

Время накопления - tн.

Дисперсия генерационного шума ФПЗС - г.

Дисперсия количества шумовых зарядов на выходе ФПЗС - ш.

Дисперсия шума выходного усилителя ФПЗС - у.

Дисперсия шума переноса - п.

Дисперсия шума поверхностных состояний - SS.

Дисперсия шума темнового тока - т.

Дисперсия шума ФПЗС, обусловленного внутренними факторами, - ш.вн.

Дисперсия шума ФПЗС, обусловленного зарядовым пакетом, генерированным потоком излучения, - ш.с.

Длинноволновая граница спектральной чувствительности ПОИ - гр.

Допустимый "смаз" изображения - kсм.

Звездная величина - m.

Интегральная чувствительность ПОИ к потоку излучения - Sинт.Фе.

Интегральная чувствительность ПОИ к световому потоку - Sинт.Фv.

Квантовая эффективность - к.!!! Количество фаз управляющего напряжения в ФПЗС - р.

Коэффициент использования излучения глазом - г.

Коэффициент использования излучения источника приемником оптического излучения -.

Коэффициент неэффективности переноса зарядового пакета в ФПЗС -.

Коэффициент отражения -.

Коэффициент поглощения -.

Коэффициент преобразования потока излучения ЭОП -.

Коэффициент усиления яркости ЭОП - L.

Коэффициент пропускания -.

Коэффициент теплового излучения -.

Коэффициент усиления фотоумножителя по току - M.

Линейное увеличение оптической системы -.

Линейный размер изображения - y'.

Линейный размер предмета - y.

Максимальная СПЭС ЧТ - Mе..max.

Максимально допустимое сопротивление нагрузки ПОИ по переменному току - zн.max.

Максимально допустимое сопротивление нагрузки ПОИ по постоянному току - Rн.max.

Напряжение теплового шума - Uш.т.

Напряжение фотосигнала - Uс.

Напряжение шума ПОИ - Uш.

Облучённость - Ее.

Относительная влажность воздуха - fв.

Относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения - V().

Относительная спектральная характеристика чувствительности ПОИ - Sотн().

Относительная спектральная чувствительность ПОИ - S.отн.

Относительное спектральное распределение потока излучения - e.().

Относительная СПЭС - me..

Передний апертурный угол оптической системы - A.

Площадь элемента ФПЗС - Аэл.

Полоса частот - f.

Порог чувствительности в заданной полосе частот в световых ФМВ - Фп.v.

Порог чувствительности в заданной полосе частот в энергетических ФМВ - Фп.е.

Порог чувствительности ПОИ в единичной полосе частот - Фп1.

Порог чувствительности ФПЗС при реальном времени накопления - Еп.v.

Порог чувствительности ФПЗС при стандартном времени накопления - Еп.с.v.

Постоянная времени схемной релаксации ПОИ - р.

Поток излучения - Фе.

Рабочее напряжение ПОИ - Uр.

Радиационная температура - ТМ.

Размер элемента ФПЗС - dэл.

Расстояние от оптической системы до изображения - a'.

Расстояние от оптической системы до предмета - а.

Световая анодная чувствительность фотоумножителя - Sv.a.

Световая отдача экрана ЭОПа - v.

Световая ФМВ - Xv.

Световая чувствительность фотокатода - Sv.к.

Сила излучения - Ie.

Сопротивление нагрузки - Rн.

Сопротивление p-n-перехода при нулевом напряжении - R0.

Спектральная плотность фотонной ФМВ - Xp..

Спектральная плотность энергетической ФМВ - Xе..

Спектральная чувствительность ПОИ к потоку излучения - S.Фе.

Спектральная чувствительность ПОИ к световому потоку - S.Фv.

Спектральное распределение энергетической ФМВ - Xе.().

СППИ - Фе..



СПЭС - Ме..

СПЭС ЧТ - Ме.0.

СПЭЯ - Lе..

Среднее количество зарядов сигнала, генерируемых в одном элементе ФПЗС, - NS.

Среднее количество переносов зарядового пакета в ФПЗС - nп.

Средняя плотность темнового тока - iт.ср.

Стандартное время накопления - tн.с.

Суммарный ток фотокатода - Iк.

Темновое сопротивление ПОИ - Rт.

Темновой ток - Iт.

Темновой ток фотокатода - Iт.к.

Температура в градусах Цельсия - t°.

Термодинамическая температура - T.

Ток дробового шума ПОИ - Iш.др.

Токовая интегральная чувствительность ПОИ - SI..инт.

Ток теплового шума ПОИ - Iш.т.

Ток шума ПОИ - Iш.

Удельная обнаружительная способность ПОИ - D*.

Удельное сопротивление металла - м.

Удельный порог чувствительности ПОИ - Фп*.

Фокусное расстояние оптической системы - f'.

Фотонная ФМВ - Xр.

Фототок - Iф.

Число столбцов элементов в матричном ФПЗС - Nx.

Число строк элементов в матричном ФПЗС - Ny.

Ширина запрещённой зоны полупроводника - Eз.

Энергетическая светимость - Ме.

Энергетическая ФМВ - Xе.

Энергетическая яркость - Le.

Энергия излучения - Qe.

Эффективный коэффициент теплового излучения - '.

Яркостная температура - TL.

1. ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ.

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Оптическое излучение - электромагнитное излучение с длиной волны приблизительно от 1 нм до 1 мм. Ультрафиолетовое излучение - излучение с длиной волны от 1 нм до 0,38 мкм. Видимое излучение - излучение с длиной волны от 0,до 0,78 мкм. Инфракрасное излучение - излучение с длиной волны от 0,78 мкм до мм [4].

Поток излучения [1,5]:

Фе = dQе/dt, Вт, где dQe- энергия, переносимая излучением за малый промежуток времени; dt - время переноса, существенно большее периода электромагнитных колебаний.

Облучённость в данной точке поверхности [1,5]:

Ee = dФe/dA, Вт/м2, где dФe- поток излучения, падающий на малый участок поверхности, содержащий данную точку; dA - площадь участка.

Сила излучения в данном направлении [1,5]:

Ie = dФe/d, Вт/ср, где dФe- поток излучения, распространяющийся в малом телесном угле, содержащем данное направление; d - величина телесного угла.

Энергетическая светимость данной точки поверхности [1,5]:

Me = dФe/dA, Вт/м2, где dФe- поток излучения, испускаемый с малого участка поверхности, содержащего данную точку; dA - площадь участка.

Энергетическая яркость данной точки поверхности в данном направлении [1,5]:

Le = d2Фe/(dA cos d), Вт/(м2ср), где dФe- поток излучения, распространяющийся с малого участка излучающей поверхности, содержащего данную точку, в малом телесном угле, содержащем данное направление; dA - площадь участка; d - величина телесного угла; - угол между нормалью поверхности и направлением распространения излучения.

Поток излучения для любого участка спектра от 1 до k [1]:

k k e = e. d i, e..i i=где Фе. - СППИ; Фе..i- средняя СППИ на малом спектральном интервале i.

Связь фотонных и энергетических ФМВ:

Xp. =Xe./(hc);

Xp = X () d ;

e.

hc X () p.

Xe = hc d, где Xp, Xe- соответственно фотонная и энергетическая ФМВ; Xe., Xp.- спектральные плотности соответственно энергетической и фотонной ФМВ; Xe.(), Xp.() - спектральные распределения соответственно энергетической и фотонной ФМВ; h - постоянная Планка (см. табл. 1); с - скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме (см. табл. 1).

Световая ФМВ [2]:

Xv = Kmax X () V () d, e.

где Kmax - максимальная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения (см. табл. 1); Xe.() - спектральное распределение энергетической ФМВ; V() - относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения (см. табл. 2).

Связь энергетических и световых ФМВ [8]:

Xv = XeKmaxг, где г - коэффициент использования излучения глазом (см. табл. 3);

г = e. () V () d / [ e. () d];

0 e.() - относительное спектральное распределение потока излучения.

Шкала звёздных величин [16]:

m - m0 = -2,5 lg(Ev/Ev.0), где m, m0 - звёздные величины двух звёзд; Ev, Ev.0 - освещённости, создаваемые этими звёздами. Если Ev.0 = 1 лк, то на границе земной атмосферы m0.к =-13,89, а на уровне моря m0.з = -14,2.

Коэффициент пропускания [9,1]:

= Фпр/Ф0, где Фпр - прошедший поток; Ф0 - падающий поток.

Коэффициент отражения [9,1]:

= Фотр/Ф0, где Фотр - отражённый поток.

Коэффициент поглощения [9,1]:

= Фпогл/Ф0, где Фпогл - поглощённый поток.

Энергетическая светимость облучаемой поверхности, создаваемая отражённым излучением:

Me = Ee, где Ee - облучённость поверхности; - коэффициент отражения.

Облучённость, создаваемая точечным источником на поверхности, на которую излучение падает под углом [5]:

Ee = Ie cos / l2, где Ie- сила излучения источника; - угол между нормалью поверхности и падающим излучением; l - расстояние от источника до поверхности.

Облучённость, создаваемая удалённым источником:

Ee = Le2 /4, ист где Le - энергетическая яркость источника; ист - угловой размер источника.

Поток излучения, поступающий с излучающей поверхности источника на удалённую облучаемую поверхность [1,5]:

Фe = LeA1A2 cos 1 cos 2 / l2, где Le - энергетическая яркость излучающей поверхности источника; A1, A2 - площади излучающей и облучаемой поверхностей; 1, 2 - углы между направлением распространения излучения и нормалями соответственно излучающей и облучаемой поверхностей; l - расстояние между поверхностями.





Поток излучения, создаваемый объективом в плоскости изображений при малом переднем апертурном угле [6]:

Фe = LeA1 sin2A, где - коэффициент пропускания объектива; Le - энергетическая яркость источника; A1- площадь излучающей поверхности; A - передний апертурный угол.

Поток излучения, создаваемый коллиматором в фокальной плоскости приёмного объектива при малом угле расходимости, постоянной силе излучения в пределах этого угла и диаметре приёмного объектива, меньшем диаметра объектива коллиматора [6]:

Фe = 12LeAвых.1Aвых.2 / l2, где 1, 2 - коэффициенты пропускания объектива коллиматора и приёмного объектива; Le- энергетическая яркость источника, расположенного в фокальной плоскости объектива коллиматора; Aвых.1, Aвых.2 - площади выходного и входного зрачков объектива коллиматора и приёмного объектива; l - расстояние между объективами.

Линейное увеличение оптической системы [5]:

= y' / y = a' / a, где y, y' - линейные размеры соответственно предмета и изображения; a, a'- расстояния от соответствующих главных плоскостей оптической системы до предмета и изображения.

Линейное увеличение оптической системы с предметом в фокальной плоскости одного объектива и изображением в фокальной плоскости второго объектива [7]:

= f'2 / f'1, где f'1, f'2- фокусные расстояния первого и второго объективов.

Видимое (угловое) увеличение телескопической системы [7]:

= W = tg ' / tg ' / = D / D', где, '- угловое поле в пространстве предметов и пространстве изображений; D, D'- диаметры входного и выходного зрачков системы.

ЗАДАЧИ 1.1. Вычислить поток излучения на участке от 0,45 до 0,75 мкм, если спектральная плотность потока излучения (СППИ) постоянна и равна 1,5 Вт/мкм.

1.2. Вычислить монохроматические световые потоки dФv.1, dФv.2, dФv.3 источника излучения с линейчатым спектром на длинах волн 0,45, 0,55, 0,65 мкм, если каждый из соответствующих потоков излучения равен 2 Вт.

1.3. Найти световой поток гелий-неонового лазера, если его поток излучения равен 10 мВт, а длина волны излучения составляет 632,8 нм.

1.4. Найти монохроматическую облучённость в фотонах поверхности площадью 5 см2, если на неё падает монохроматический поток излучения 1 мВт с длиной волны 600 нм.

1.5. Источник с линейчатым спектром испускает монохроматическое излучение на длинах волн 200, 300, 2000 и 3000 нм с энергией излучения по 1020 фотонов в минуту. Определить монохроматические потоки излучения, испускаемые источником в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра.

1.6. Определить относительное изменение числа квантов, излучаемых в единицу времени, при изменении длины волны излучения от 1 мкм до 5 мкм, если мощность излучения на обеих длинах волн одинакова.

1.7. Найти световой поток, падающий на входной зрачок прибора площадью 100 см2 от звезды нулевой звёздной величины.

1.8. Найти световой поток, падающий на входной зрачок прибора диаметром 10 см от звезды пятой звёздной величины.

1.9. Найти порог чувствительности глаза, различающего с поверхности Земли звезду пятой звёздной величины, если диаметр зрачка глаза равен 5 мм.

1.10. Вычислить поток излучения, поступающий на плоскость площадью 5 мм2, расположенную на расстоянии 2 м от точечного источника, если его сила излучения равна 2 Вт/ср, а угол падения излучения на плоскость составляет 30°.

1.11. Найти энергетическую яркость диффузно отражающей по закону Ламберта поверхности площадью 5 мм2 с коэффициентом отражения 0,7, расположенной на расстоянии 2 м от точечного источника, если сила излучения источника равна 2 Вт/ср, а угол падения излучения на поверхность составляет 45°.

Указание. Воспользоваться следствием из закона Ламберта.

1.12. Энергетическая яркость источника равна 100 Вт/(см2 ср). Рассчитать поток излучения, падающий на ПОИ диаметром 1 см, находящийся на расстоянии 10 м от источника площадью 1 см2 и расположенный нормально к падающему излучению.

1.13. Вычислить поток излучения, падающий нормально на плоскость площадью 3 мм2, находящуюся на расстоянии 1 м от ЧТ в форме отверстия площадью 1 мм2 с энергетической светимостью 0,5 Вт/мм2. Плоскость отверстия и облучаемая плоскость параллельны.

Указание. Воспользоваться следствием из закона Ламберта.

1.14. Найти поток излучения и облучённость, создаваемую этим потоком на плоскости площадью 3 мм2, находящейся на расстоянии 1 м от излучателя площадью 1 мм2 с энергетической яркостью 1,3 Вт/(мм2 ср), одинаковой во всех направлениях. Поверхность излучателя параллельна поверхности площадки и перпендикулярна линии, их соединяющей.

1.15. Найти поток излучения и облучённость, создаваемую этим потоком на плоскости, находящейся на расстоянии 1 м от излучателя площадью 1 мм2 с энергетической яркостью 1,3 Вт/(мм2 ср). Излучающая поверхность проектируется на плоскость объективом, имеющим диаметр 50 мм и коэффициент пропускания 1 и расположенным на расстоянии 150 мм от плоскости.

Указание. Воспользоваться приближённым равенством: sin tg при малых.

1.16. Найти поток излучения и облучённость, создаваемую этим потоком на плоскости, находящейся на расстоянии 1 м от излучателя площадью 1 мм2 с энергетической яркостью 1,3 Вт/(мм2 ср).

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.