Источники и приемники оптического излучения
Контрольные вопросы для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации, а также для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины. Каждый вопрос или задание заканчивается ссылкой на источник – см. раздел 7 программы (часто с указанием номеров страниц – «с.» или разделов - «р.»), где содержится необходимая для ответа информация. В ряде случаев приводится ссылка «инд.», обозначающая необходимость использования конспекта лекций или приведения индивидуального мнения обучающегося о поставленном вопросе или проблеме.
ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ [2, 3]
1.Назовите границы оптического диапазона спектра. – [3 - с.13]
2.Приведите классификацию источников излучения (ИИ). – [3 - с.107]
3.Приведите определения и формулы энергетических и фотометрических величин. – [2 - р.2.2, 3 – р. р.1.7, 1.8, 1.9]
4.Что такое световые фотометрические величины? - [2 - р.2.2, 3 - р.1.9]
5.Укажите связь между энергетическими и световыми единицами. - [2 - р.2.2, 3 - р.1.9]
6. Как называется отношение потока, испускаемого в пределах телесного угла, к значению этого угла? – [2 – р.2.2, 3 - с.25]
7. Как называется средняя мощность, переносимая оптическим излучением за время, значительно большее периода электромагнитных колебаний? - [2 - с.56, 3 - с.25]
8.Дайте определение силы света. - [2 - с.59, 3 - с.41]
9.Что является общим эталоном для сравнения различных излучателей? - [2 - р.2.5, 3 - р.32]
10. Как называется отношение энергетической светимости излучателя к энергетической светимости черного тела при той же температуре? - [2 - с.70]
11.Что такое коэффициент излучения? - [2 - с.69-70]
12. Как изменяется поглощательная способность большинства диэлектриков с увеличением длины волны падающего излучения? - [2 - р.1.4]
13. Что такое серый излучатель? - [2 - с.70, 3 - с.57]
14. Как называется температура черного тела, при которой на какой-либо длине волны оно имеет ту же спектральную плотность энергетической яркости, что и рассматриваемое тело. - [2 - с.71, 3 - с.100]
15. Что такое яркостная температура?- [2 - с.71, 3 - с.101]
16. Что такое цветовая температура? - [2 - с.71, 3 - с.103]
17. Сформулируйте следующие законы: Стефана-Больцмана, Кирхгофа, Планка, Голицына-Вина. - [2 - р.2.5, 3 – р. р.2.1, 2.2, 2.6, 2.7]
18. Для каких излучателей справедлив закон Ламберта? - [2 - с.59-60, 3 - с.60]
19. Что такое изотерма Планка? С какой целью она используется и как? - [2 - р.2.5, 3 - с.66]
20. Как называется температура эквивалентного черного тела, при которой излучение данного тела в видимой части спектра практически идентично излучению черного тела? - [2 - с.71, 3 - с.103]
21. Как называется температура черного тела, имеющего такую же суммарную (по всему спектру) энергетическую светимость, что и данный излучатель? - [2 - с.71, 3 - с.100]
22.Дайте определение радиационной температуры. - [2 - с.71-72, 3 - с.100]
23. Каким законом описывается распределение энергии излучения черного тела по спектру длин волн? - [2 - с.73-74, 3 - с.61]
24. ершеля по обнаружению инфракрасных лучей заключался в том, что он исследовал участки солнечного спектра, полученного призмой, с помощью чувствительного ртутного термометра. При перемещении в какую сторону спектра обнаруживалось повышение температуры? Где наблюдался максимум температуры: в переделах видимого спектра или вне его? - [2 - р.2.5, 3 - с.61]
25.Почему с определенного расстояния внутренние помещения, видимые через открытые окна выглядят темными? - [2 – р.2.4, 3 - с.109]
26. Чем объяснить, что излучение поверхности воды в ИК области близко к излучению абсолютно черного тела? - [инд., 13 - с.109-113]
27. Из реальных тел наивысшей поглощательной способностью обладает сажа (копоть). Чем это объясняется? –[инд., 3 - с.109-113]
28. Почему необработанные или окисленные металлы обладают большей излучательной способностью, чем полированные? - [2 – р.2.4, 3 – р.3.3]
29. Могут ли какие-либо тела излучать в каких-нибудь участках спектра энергию большую, чем излучает черное тело при той же температуре? - [2 – р.2.5, 3 - с.109]
30. Каковы отличия кривых спектральной плотности энергетической светимости черного тела и серого тела при одной и той же температуре? - [2 – р.2.5, 3 – р.2.3]
31.Каким законам теплового излучения не подчиняются селективные излучатели? - [2 – р.2.5, 3 – р.2.4]
32.До каких температур необходимо нагреть черное тело, чтобы максимум его излучения совпадал с максимумом спектральной чувствительности глаза? - [2 – р.2.5, 3 – с.61]
33. Как изменяется энергетическая светимость черного тела при увеличении его температуры в 2; 5; и 10 раз? Как она изменяется для серых тел? - [2 – р.2.5, 3 – с.57]
34.Рассчитайте яркость черных тел при температурах 3000 К и 6000 К. - [2 – р.2.5, 3 – с.57, 60]
35.Чему равно максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости серого излучателя? - [2 –р.2.5 , 3 – р.2.3]
36. Номинальная температура черного К изменяется на ± 10 К. На сколько при этом изменяется положение (по шкале длин волн) максимума спектральной плотности энергетической светимости черного тела? - [2 – р.2.5, 3 – с.61]
37.В какой спектральной области находится максимум излучения черного тела с температурой 0°С? На какую длину волны приходится максимум излучения черного тела, нагретого до 600 К? [2 – с.74, 3 – с.61]
38.Во сколько раз изменяется спектральная плотность энергетической светимости тел:
1) для одной и той же волны излучения при изменении температуры в k раз; 2) для максимума спектральной плотности энергетической светимости при изменении температуры тела в k раз? - [2 – р.2.5, 3 - с.57, 66]
39.Рассчитайте энергетическую яркость диффузно отражающей по закону Ламберта поверхности площадью 10 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°. - [2 – р.2.2, 3 - с. 30, 57, 60]
40.Во сколько раз возрастает интегральная энергетическая светимость черного тела, если его температуру увеличить в два раза? - [2 – с.73, 3 – с.57, 60]
41.По измерениям ИК – аппаратуры космических аппаратов температуры естественных источников излучения равны: поверхность и верхние слои атмосферы Земли 250 и 220 К; поверхность и верхние слои атмосферы Венеры 430 и 225 К; освещенная и неосвещенная стороны Луны 400 и 120 К; области экватора и полюса Марса 280 и 205 К. Каким областям спектра соответствует максимальное излучение этих астрономических объектов? - [2 – р.2.3, 3 – р. 3.11]
42.Черное тело имеет температуру 1273 К и площадь излучающей поверхности 2 см2. Рассчитайте: 1) долю излучения ЧТ, приходящуюся на интервал от 2 до 5 мкм; 2) поток излучения, попадающий на чувствительную площадку ПИ размером 1,5 см2 в заданном спектральном интервале, если ПИ находится на расстоянии 12 м от источника. - [2 – р.2.2, 3 – р.2.9]
43.Светящаяся лампа накаливания висит на высоте h над центром стола. На каком расстоянии от центра стола освещенность последнего уменьшится в n раз? - [2 – р.2.2, 3 – с.42]
44.Найдите коэффициент теплового излучения нити накала в электрической лампе накаливания, если яркостная температура нити, измеренная на длине волны 0,655 мкм, равна 2950 К. - [2 – р. р.2.2, 2.5, 3 – с.101]
45. Определите относительное изменение числа квантов, излучаемых в единицу времени, при изменении длины волны излучения от 1 мкм до 4 мкм, если мощность излучения на обеих длинах волн одинакова. - [2 – р.2.5, 3 – с.34]
46.Два плоских поверхности образуют двугранный угол, равный 90о. Точечный источник света S помещен внутри угла так, расстояние от него до вертикальной и горизонтальной граней равны l и 2l, соответственно. На расстоянии 2l от вертикальной поверхности параллельно ей расположен экран. Найти освещенность в точке экрана, расположенной на расстоянии l от горизотальной поверхности. Сила света источника равна I. - [2 – р.2.2, 3 – с.42]
47.Комната освещается двумя точечными источниками с силой света 200 кд каждый. Источники размещенны на высоте 3 м от пола на расстоянии 4 м друг от друга. Определите освещенность пола под каждым источником и посередине между ними. - [2 – р.2.2, 3 – с.42]
48.Два точечных излучателя с силами света 25 кд и 8 кд находятся на расстоянии друг от друга 1,8 м. На каком расстоянии от первого источника по направлению ко второму следует поместить непрозрачный экран, чтобы его освещенность со стороны первого источника была в 2 раза больше, чем освещенность со стороны второго источника? – [2 – р.2.2 , 3 – с.42]
49.Дайте определения и приведите выражения для астрофизических фотометрических величин. - [2 – р.2.3]
50.Рассчитайте световой поток, падающий на входной зрачок прибора площадью 100 см2 от звезды нулевой звёздной величины. - [2 – р.2.3]
51.Назовите основные геометрооптические параметры источников излучения (ИИ). Что называют диаграммой направленности ИИ? - [2 – р.2.4 , 3 – р.3.3]
52.Назовите известные Вам тепловые ИИ. Кратко опишите лампы накаливания: устройство, применение, достоинства и недостатки. – [ 3 – р.3.4]
53.Назовите известные Вам эталонные источники излучения (ЭИИ): опишите кратко их назначение, модели, достоинства и недостатки. - [2 – р.2.5, 3 – р.3.6, 14 – р.12.6]
54.Назовите известные Вам люминесцентные источники излучения: опишите кратко их устройство, применение, достоинства и недостатки. - [3 - р.3.7]
55.Чем ограничены границы спектра ИК – излучения ламп накаливания? - [3 – р.3.4]
56.Назовите известные Вам газоразрядные источники излучения: опишите кратко их устройство, применение, достоинства и недостатки. - [3 – р.3.7.2]
57.Что такое светодиоды? Опишите их устройство, применение, достоинства и недостатки. - [3 - р. 3.7.2, инд.]
ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ КАК ЗВЕНО
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА [1, 2, 7, 8]
1.Приведите классификацию приемников излучения (ПИ). – [1-р.1.1]
2.Объясните принцип действия фотоэлектрических ПИ. – [1 – р.4.1]
3.Объясните принцип действия тепловых ПИ. – [1 – р.5]
4.Что называется параметром ПИ? Приведите основные параметры приемников излучения. – [2 – р.5.2, 1 – р.1.3]
5.Приведите определения (формулы) параметров чувствительности ПИ. – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
6.Приведите определения (формулы) пороговых и шумовых параметров ПИ. – [2 – р.5.2, 1- с.48-51]
7.Приведите определения (формулы) временных параметров ПИ. – [2-р.5.2, 1 – р.1.3]
8.Перечислите спектральные и эксплуатационные параметры ПИ. – [2- р.5.2]
9.Дайте определение следующим понятиям: ток шума ПИ, напряжение шума ПИ. – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
10.Чем определяется тепловой шум? – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
11.Чем определяется дробовый шум? – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
12.Чем определяется радиационный (фотонный) шум? – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
13.Чем определяется генерационно-рекомбинационный шум? – [2 - р.5.2, 1 – р.1.3]
14.Чем определяется шум мерцания? – [2 - р.5.2, 1 – р.1.3]
15.Чем определяется токовый шум? – [2 - р.5.2, 1 – р.1.3]
16.Вычислить напряжение дробового шума ПИ, если сила тока, протекающего в цепи, равна 1 мА, полоса частот - 100 Гц, а сопротивление составляет 0,5 МОм. – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
17.Что называется чувствительностью приемника излучения? – [2 - р.5.2]
18.Дайте определение порога чувствительности ПИ в заданной полосе частот. – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
19.Дайте определение порога чувствительности ПИ в единичной полосе частот. – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
20.Что такое пороговый поток приемника излучения Фп? – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
21.Как называется величина, обратная Фп1? Какова её размерность? – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
22.Приведите формулу удельной обнаружительной способности ПИ. – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
23.Чем оценивается инерционность ПИ? – [2 - р., 1 – р.1.3]
24.Что называется характеристикой приемника излучения? – [2- р.5.3, 1 – р.1.3]
25.Нарисуйте примерный вид энергетической характеристики ПИ. – [2 – р.5.3.]
26.Нарисуйте примерный вид фоновой характеристики ПИ. – [2- р.5.3]
27.Нарисуйте примерный вид частотной характеристики ПИ. – [2- р.5.3, 1 – р.1.3]
28.Нарисуйте примерный вид спектра шума ПИ. – [2- с.175]
29.В чем различие между энергетической и фоновой характеристиками ПИ? – [2- р.5.3]
30.Что такое координатная характеристика двухэлементного ПИ? От чего зависит её вид? – [2- р.5.6]
31.Что такое дрейф нуля координатной характеристики приемника излучения? От чего он зависит? – [2 - р.5.6]
32.С какой целью производится пересчет параметров ПИ? Укажите порядок пересчета параметров ПИ. – [2- р.5.4, 1 – с.64-67]
33. Значение порогового потока ПИ в энергетической системе равное Фэп определялось по эталонному источнику черному телу с температурой Тэ. Напишите формулу пересчета этого параметра к температуре Тр. – [2- р.5.4, 1 – с.64]
34.Какие параметры ПИ должны быть пересчитаны при изменении температуры наблюдаемого объекта относительно температуры черного тела или другого излучателя, по которому калибровался приемник? – [2- р.5.4, 1 – р.1.3]
35.Как называется отношение изменения электрической величины на выходе приемника излучения, вызванного падающим на него излучением, к количественной характеристике этого излучения в заданных эксплуатационных условиях? – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
36.Выведите формулу для пересчета интегральной чувствительности ПИ к излучению паспортного источника типа "А" из световых единиц (А/лм) в энергетические (А/Вт). – [2- р.5.4, 1 – р.1.3]
37.Выведите формулу для определения чувствительности ПИ к монохроматическому излучению на какой-либо длине волны, если известна интегральная чувствительность ПИ, определенная по источнику с известным спектром излучения. – [2- р.5.4, 1 – р.1.3]
38.Какие приборы, устройства, элементы необходимы для определения спектральной чувствительности ПИ? – [2- р.5.3, 1 – р.1.3]
39.Какие приборы, устройства, элементы необходимы для определения пороговой чувствительности ПИ? – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
40.Какие приборы, устройства, элементы необходимы для определения обнаружительной способности ПИ? – [2- р.5.2, 1 – р.1.3]
41.Какие приборы, устройства, элементы необходимы для определения постоянной времени ПИ? – [2 - р.5.2, 1 – р.1.3]
42.Нарисуйте структурную схему установки для определения важнейших параметров и характеристик приемника излучения: спектральной чувствительности; пороговой чувствительности; постоянной времени ПИ; спектральной, энергетической, частотной характеристик. – [инд.]
43.Кратко опишите термоэлементы: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2 - р.5.5, 1 – р.5.1]
44.Кратко опишите болометры: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2 - р.5.5, 1 – р.5.2]
45.Кратко опишите пироэлектрические ПИ: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2 - р.5.5, 8 - р.7.5.2, , 1 – р.5.4]
46.Кратко опишите оптико-акустические ПИ: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [1 - р.5.3]
47.Кратко опишите фоторезисторы: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2 - р.5.5, 1 – р.2.2]
48. Кратко опишите фотодиоды: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2 - р.5.5, 1 – р.2.3]
49.Объясните принцип работы фотодиода в фотодиодном и фотогальваническом режимах. Каковы преимущества и недостатки каждого из них? В каком из режимов (и почему) легче добиться линейной световой характеристики? – [2 - р.5.5, 1 – р.2.3]
50.Кратко опишите фотоэлементы: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2 - р.5.5, 1 – р.4.2]
51.Кратко опишите фотоэлектронные умножители: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2 - р.5.5, 1 – р.4.3]
52.Кратко опишите диссектор: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [1 – р.4.5]
53.Кратко опишите электронно-оптический преобразователь: принцип работы, схема включения и обозначение, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [8 - р.8.1, 1 – р.4.6]
54.Чем объясняется предел чувствительности электронно-оптического преобразователя? – [8 - р.8.1, 1 – р.4.6]
55.Какие типы многоэлементных приемников излучения используются в современных ОЭП и С? – [2 – р. р.5.7, 6.9., 7 - р.4, 8 - р.7, 1 – р.3]
56.Приведите специфические параметры и характеристики многоэлементных приемников излучения (МПИ). – [2 - р.5.7, 8 - р.7.2, 1 - р.3]
57.Перечислите виды шумов, присущие МПИ. – [2 – р. р.5.2, 5.7, 8 - р.7.3]
58.Что такое геометрический шум МПИ? Чем он обусловлен? Как с ним бороться? – [2 - с.5.7, 8 - р.7.3]
59.Кратко опишите разрезной фотодиод: устройство, схема включения, координатная характеристика, достоинства и недостатки. – [2 - р.6.3]
60.Нарисуйте схему работы прибора с зарядовой связью (ПЗС). Кратко опишите принцип действия, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2- р.7-60, 1 – р.3.2]
61.Каким образом осуществляется преобразование световой информации в электрический сигнал в ПЗС? – [2 - р.5.7, 1 – р.3.2]
62.Как происходит направленная передача зарядовых пакетов в ПЗС? – [2 - р.5.7, 1 – р.3.2]
63.Чем определяется разрешающая способность ПЗС? – [2 - р.5.7, 1 – р.3.2]
64.В чем заключаются отличия между линейными и матричными ПЗС? – [2 - р.5.7, 1 – р.3.2]
65.Кратко опишите принципы считывания сигналов с отдельных элементов МПИ. – [2 - с.216-218, 8 - с.129, 1 – р.3.1]
66.Кратко опишите приборы с зарядовой инжекцией: принцип действия, параметры и характеристики, достоинства и недостатки, применение. – [2 - р.5.7, 1 – р.3.3]
67.Объясните принцип действия приемников излучения на квантово-размерных ямах. – [7 - р.7.4.3]
68.Объясните принцип действия двухдиапазонных МПИ. – [7 - р.4,9, 1 – р.2.6]
69.Объясните принцип действия гибридных МПИ. – [8 - с.130, 1 – р.3.4]
70.Что такое коэффициент заполнения МПИ? – [8 - с.134]
71. Что мешает уменьшать размеры отдельных чувствительных элементов многоэлементного приемника излучения? – [2 - р.5.7 , 8 - р.7.7]
72.Что такое частота Найквиста? От чего она зависит? – [2 - с.258, 8-с.229]
73.Что такое выборка изображения? Как она может осуществляться? – [2 - р.6.9, 8- р.9.2.]
74. Каково должно быть соотношение между частотой Найквиста и верхней границей спектра анализируемого изображения, чтобы не было искажений спектра сигнала на выходе многоэлементного приемника излучения (наложения спектров)? – [2 - р.6.10, 8- р.9.2]
75. При каком условии спектр сигнала после выборки изображения не содержит побочные гармоники? – [2 – 6.10., 8 - р.9.2]
76. Что ограничивает число отдельных элементов (пикселов) на МПИ? – [8 - р.7.7]
77. Как изменится частота Найквиста, если период расположения элементов приемника уменьшится в два раза? – [2 - р.6.10, 8 - р.9.2]
78.Дать определение понятия "фотоприемное устройство" (ФПУ). - [2 - с.5.1, 8 - с.129]
79.Перечислить основные общие требования к ФПУ ОЭП. - [инд., 8 - р.7.1]
80. Дать определения следующих параметров МПИ: квантовая эффективность, коэффициент преобразования, время накопления, пороговая чувствительность, порог насыщения элемента. . – [1 – р.1.3]
81. Как уменьшить шум считывания сигнала с ПЗС? . – [1 – р.3.2]
82. В чем заключается электронная обработка сигнала после МПИ? – [8 - р.10]
83. Что входит в состав микрокриогенной системы глубокого охлаждения фотоприемного устройства? [8 – р.7.8]
