光電子技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題

1、光電子技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題1、奧單色光頻率為 31014Hz，該單色光在水中（n1.33） 的速度和波長。答 vc/n3*108/1.332.26*108m/s 入 v/f2.26*108/3*10140.75*10-6m 2、奧星球的輻射由射度的峰值波長為400nm,試估算該星球表明的溫度。答 由 維 恩 位 移 律 人mTb 得 Tb/ 入 m2.898*1/400*10-97.245*103k 3、簡述光子簡并和能 級(jí)簡并 答光子簡并光子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)簡稱為光子態(tài)。光子態(tài)是按光子所具有的不同能量（或動(dòng)量數(shù)值），光子行進(jìn)的方向以及偏振方向相互區(qū)分的。處于同一光子態(tài)的光子彼此之間是不可區(qū)分的，又因?yàn)?

2、光子是玻色子，在光子集合中，光子數(shù)按其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分布 不受泡利不相容原理的限制。可以有多個(gè)光子處于同一種光子態(tài)上，這種現(xiàn)象稱為簡 并。處于同一光子態(tài)的平均光子數(shù)目稱為光場的簡并度&8 1/（ eh u /kT1） 4、什么是亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。答若奧一激發(fā)能級(jí)與較低能級(jí)之間沒有或只有微弱的輻射躍遷，則該態(tài)的平均壽命會(huì)很長ps10Bs,稱為亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，相應(yīng)的態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)。5、設(shè)二能級(jí)系統(tǒng)，發(fā)生受激輻射時(shí)，對(duì)入射光場的要求是什么6、產(chǎn)生激光的重要機(jī)理是答受激輻射 7、愛因斯坦關(guān)系是8、以二能級(jí)為例推導(dǎo)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件是什么 答能級(jí)上的粒子數(shù)分布滿足條件N2/g2N1/g1反轉(zhuǎn)分布圖對(duì)物質(zhì)的要求在物質(zhì)

3、能級(jí)中存在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)對(duì)外界的考驗(yàn)需要有泵浦源 9、從能級(jí)理論由發(fā)，解釋 NdYAG激光器工 作原理(p44-45) 10、解釋增益飽和效應(yīng)答當(dāng)入射光強(qiáng)度足夠弱時(shí)，增益系數(shù)與光強(qiáng)無關(guān)，是一個(gè)常量，而當(dāng)入射光 強(qiáng)增加到一定程度時(shí)，增益系數(shù)將隨光強(qiáng)的增大而減小，這 種增益系數(shù)隨光強(qiáng)的增大而減小的現(xiàn)象稱為增益飽和效應(yīng)。11、兩種介質(zhì)A、B的折射率分別為nA1, nB1.2,當(dāng)光 從B傳播到A時(shí)，計(jì)算1)發(fā)生全反射的零界角2)布魯斯特角 答 1. 0 carcsin n2/n1) (n1n2) arcsin (1/1.2) 56.44 2. tan 0 n2/n10 arcn2/n1) arctan (

4、1/1.2) 39.8 12、人體輻射由射度的峰值波長為()答由維恩位移律入mTb得入m b/ T2.898*10-3/ (37273) 9.35*10-6m 13、紅寶石激光器利用(氤燈)作為泵浦源。14、光纖長距離通信中傳播信息光的波長為1550nm ,在接收端光電二極管所使用的材料是InGaAs 15、奧階躍光纖n11.490, n21.480,則光纖的臨界傳播角為多少答a arcsin(n2/n1) arcsin (1.48/1.49)83.4 ° 16、奧平板介質(zhì)波導(dǎo) 2a10 以 m, n11.480, n21.470,則該波導(dǎo)的截止波長為多少答平板v兀/2（光纖 v2.

5、405） V （2 兀 a/ A c 入 c2 兀 a/ V10* 兀）/ （兀 /2 3.44 以 m17、已知莫平板介質(zhì)波導(dǎo) 2a80以m, n11.490, n21.47以射光波長為 入1以ip在該波導(dǎo)中存在的模式數(shù)為答 MV2/2兀/22/2118、解釋材料色散產(chǎn)生的原因答材料色散是由于折射率隨波長變化的，而光源都具有一定的波譜寬度，因而產(chǎn)生傳播 時(shí)延差，引起脈沖展寬。補(bǔ)充 模式色散在階躍光纖中，入射角不同的光波在光 纖內(nèi)走過的路徑長短不同，在臨界角上傳輸?shù)墓饴纷铋L，沿 光纖軸線傳輸?shù)墓饴纷疃?，由此引起時(shí)延差而產(chǎn)生模式色 散。波導(dǎo)色散是由光纖的幾何結(jié)構(gòu)決定的色散，它是由莫一 波導(dǎo)模式的

6、傳播常數(shù) B隨光信號(hào)角頻率 w變化而引起，也稱 為結(jié)構(gòu)色散。19、簡述諧振腔的作用答使光只能沿著軸線方向往返運(yùn)動(dòng)（方向性）篩選光頻率，只能使?jié)M足干涉相干條件頻率的光能在腔內(nèi)往返運(yùn)動(dòng)（單色性）增加光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光放大（高亮度） 20、半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)光放大的物質(zhì)條件 是什么答PN結(jié)附近或?qū)щ娮雍蛢r(jià)帶空穴相對(duì)反轉(zhuǎn)分布 21、激光產(chǎn)生的條件具體有那些答必要；粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和減少振蕩模式數(shù) 充分；起振和穩(wěn)定振蕩 22、推導(dǎo)波導(dǎo)方 程（課彳23、計(jì)算1）入射光波長為1550nm, Pin0.05W, Pout0.002W，估算光纖中信號(hào)能傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離。2）光源為激光，入c1550nmfc源脈寬 A入0

7、.5nm假設(shè)信號(hào)傳輸1km,計(jì)算由于材料色散造成的脈沖信號(hào)展寬ao3）只考慮材料色散，估算信號(hào)在光纖中傳播1km的bitrate的最大值。答 1. a 10lgpi/po/L L10*lg （ 0.05/0.002） /0.3638.8m 2. bA 入 dn/cd 入 0953T0081.7*10- 18s/m 3.B A（憫值粒子反轉(zhuǎn) 數(shù)），因此受激輻射增強(qiáng)非常迅速，激光介質(zhì)存儲(chǔ)的能量在 極短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槭芗ぽ椛鋱龅哪芰浚Y(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)峰值 功率很高的窄脈沖。41、敘述聲光調(diào)Q的原理。答利用晶體的電光效應(yīng)，在晶體上加一階躍式電壓，調(diào) 節(jié)腔內(nèi)光子的反射損耗。40、敘述電光調(diào)Q的原理。答電光調(diào)

8、 Q是指在激光諧振腔內(nèi)加置一塊偏振片和一 塊KDP晶體。光經(jīng)過偏振片后成為線偏振光，如果在KDP晶體上外加人/轉(zhuǎn)壓，由于泡克爾斯效應(yīng)，使往返通過晶體的線偏振光的振動(dòng)方向改變兀/2如果KD*P晶體上未加電壓，往返通過晶體的線偏振光 的振動(dòng)方向不變。所以當(dāng)晶體上有電壓時(shí)，光束不能在諧振腔中通過，諧振腔處于低Q狀態(tài)。由于外界激勵(lì)作用，上能級(jí)粒子數(shù)便迅速增加。當(dāng)晶體上的電壓突然除去時(shí)，光束可自由通過諧振腔， 此時(shí)諧振腔處于高 Q值狀 態(tài)，從而產(chǎn)生激光巨脈沖。電光調(diào)Q的速率快，可以在10-8秒時(shí)間內(nèi)完成一次開關(guān) 作用，使激光的峰值功率達(dá)到千兆瓦量級(jí)。如果原來諧振腔內(nèi)的激光已經(jīng)是線偏振光，在裝置電光調(diào)Q措

9、施時(shí)不必放置偏振片。42、什么是單模光纖成為單模光纖的條件是什么答只允許基模通過的光纖為單模光纖。條件V （2兀a/入c入（43、試比較單模光纖和多模光纖的 區(qū)別（階躍光纖）答單模光纖的數(shù)值孔徑比較大，單模光纖只允許基模通過而多模光纖則允許若干個(gè)模式通過。單模芯徑為810以m,多模光纖的芯徑為 50100以m. 44光 纖中存在哪幾種損耗答吸收損耗當(dāng)光波通過任何透明物質(zhì)時(shí)，都要使組成這種物質(zhì)的分子中不同振動(dòng)狀態(tài)之間和電子的能級(jí)之間發(fā)生躍遷。這種能級(jí)躍遷時(shí)，物質(zhì)吸收入射光波的能量引起的光的損耗。散射損耗由于光纖制作工藝上的不完善，例如有微氣 泡、雜質(zhì)和折射率不均勻以及有內(nèi)應(yīng)力等，光能在這些地方

10、會(huì)發(fā)生散射，使光纖損耗增大。彎曲損耗光纖彎曲是引起光纖損耗的另一個(gè)重要的原 因。光纖是柔軟的，可以彎曲。彎曲的光纖雖然可以導(dǎo)光，但是會(huì)使光的傳播路徑改變， 使得光能滲透過包層向外泄漏而損失掉。45、解釋瑞利散射 答物質(zhì)散射中最重要的是本征散射， 也成為瑞利散射。本征散射是由玻璃熔制過程中造成的密度不均勻而產(chǎn)生 的折射率不均勻引起的散射。瑞利散射與波長的四次方成反比。瑞利散射引起的損耗aRs（A/入4 （1BA） 46、光纖通信中常用的波段的波長是多少為什么使用該波長答光在Sio2中傳輸 850nm （損耗比較?。?300nm （色散最小）、1550nm （損耗最?。?7、解釋光纖的光學(xué)帶寬和

11、電學(xué)帶寬答48、光纖的基本結(jié)構(gòu)是什么每部分的作用是什么答基本結(jié)構(gòu)護(hù)套、涂敷層、包層和纖芯纖芯和包層形成對(duì)光信號(hào)的傳導(dǎo)和約束，實(shí)現(xiàn)光的傳輸涂敷層用于增強(qiáng)光纖的柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度和耐老化特性 護(hù)套用于增強(qiáng)光纖的機(jī)械強(qiáng)度，保護(hù) 光纖49、光與物質(zhì)的相互作用有哪幾種答自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收 50、激光產(chǎn)生的閾值條件是什么（p28-29） 51、激光器的基本結(jié)構(gòu)及每部分作用答基本結(jié)構(gòu)激光工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔； 激光工作物質(zhì)提供形成激光 的能級(jí)結(jié)構(gòu)體系，是激光產(chǎn)生的內(nèi)因泵浦源提供形成激光的能量激勵(lì)，是激光產(chǎn)生的外因 光學(xué)諧振腔為激光器提供反饋放大機(jī)構(gòu)，使受激發(fā)射的強(qiáng)度、方向性和單色性進(jìn)一步 提高52、半導(dǎo)體激光器與發(fā)光二極管在結(jié)構(gòu)和發(fā)光機(jī)制上 的區(qū)別是什么 答相同點(diǎn)都有 PN結(jié)組成、都屬于電源激發(fā) 不同點(diǎn)發(fā)光二極管摻雜濃度低、激光器摻雜濃度高，在半導(dǎo) 體激光器中存 在雙簡并能級(jí)，激光器一定要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反 轉(zhuǎn)，激光器強(qiáng)度高方向性好53、為什么二能級(jí)系統(tǒng)不能產(chǎn)生激光答當(dāng)外界激勵(lì)能量作用于二能級(jí)體系物質(zhì)時(shí)，首先 建立起自發(fā)輻射，在體系中有了初始光輻射。之后，一方面物質(zhì)吸收光，使 N1減小和N2增加。另一方面由于物質(zhì)中同時(shí)存在著輻射過程，使N2減小和N1增加。兩種