光电子技术课程总结和答案

www 3、简述腔倒空（PTM）调 Q 技术比端镜耦合输出调 Q 能获得更高脉冲峰功率原理。
网 脉冲透射式 Q 开关（PTM）又称腔倒空。发展腔倒空技术是为了进一步压缩 Q 开关脉冲和输出
更高的脉冲能量。可以将将腔内全部能量在一个振荡周期内倒出，提高脉冲峰功率一个数量级。
案 答 激光是在高 Q 状态振荡输出的，至少要振荡几个周期，才能有好的相干性、好的方向性和足够
8．P 型半导体是向本征半导体中参入低价元素形成的。P 型半导体中的导电粒子为空穴。本征
网 半导体的费米能级位于导带与禁带的中间。费米能级的位置随电子浓度的增加而升高。 案W
9．激光调 Q 技术中的 Q 定义为腔内存储的能量与每秒钟损耗的能量值比，即 2πν 0 χ 。调 Q
答 的实质是调节损耗率。激光的模包括横模和纵模。激光锁模技术中所指的模为纵模。锁模指使 后 各纵模的初始位相差为恒定值。
网
1 2L τ= =
∆υ c
ห้องสมุดไป่ตู้
案
∆υ = c 2L
而
答 后
课 ∆τ = 1 2L 2M +1 c
2M +1 = δ ∆υ
所以
∆τ = ∆υ 2L = 4×10−11 δc
2）
c δ = ∆υ =
2L ⇒ L = c = 6 ×10−3
2δ
的增益。Q 开关脉冲宽度为 m2L/c。激光端镜耦合输出通常只有 10%左右，剩余的 90%左右的
后 能量在腔内没有输出。 课 4、简述氦氖激光器的能级结构，泵浦激发过程和激光发射过程
氦氖激光器的工作物质为氦气（~1 乇）加氖气（0.1 乇）的混合气体，其激活介质:氖原子。它的能级结 构为四能级系统，泵浦方式为气体辉光放电激励，氦原子共振能量转移。发射方式为 3s-3p 跃 迁，产生增益最高的 3.39um 的激光。3s-2p 对应 0.6328um，2s-2p 对应 1.15nm。
m no2 o 并求出此晶体的半波电压表达式。
.c ⎡∆β1 ⎤ ⎡γ11 γ12 γ13 ⎤
⎡γ12Ey ⎤ ⎡ γ12Ey ⎤
aw ⎢⎢∆β
2
⎥ ⎥
⎢⎢γ 21
γ 22
γ
23
⎥ ⎥
⎡
0
⎤
⎢⎢γ
22
E
y
⎥ ⎥
⎢ ⎢
γ
22 Ey
⎥ ⎥
hd 解：
⎢∆β3 ⎢⎢∆β4
⎥ ⎥ ⎥
=
⎢γ ⎢⎢γ
31 41
.k ⎢⎢∆β5
量染料分子积累在 T1 态上，发出的激光就会被 T1 态吸收。消除此现象的方法是使溶液富含氧，T1 态能量 通过氧迅速泄放返回基态 S0。
二 简答题 1、简述布拉格衍射声光偏转器的布拉格角自动跟踪原理？
根据布拉格衍射条件： 改变声波波长λs，则可改变布拉格衍射角θB。所以，可通过控制超声波长来控制光束的偏转。 通常入射光的方向是不变的，当声波频率改变时，要保持布拉格条件，就必须改变超声波的传 播方向，以实现对布拉格角的跟踪。通常采用列阵换能器，总的超声波为各阵列元产生的超声 波的迭加形成。通过控制各阵列元间的位相差，就能控制合成超声波前的传播方向，实现布拉 格角随频率的跟踪。
/
M
3)
Me (x,
y, λ )
=
∆M e (x, ∆λ
y, λ )
=
dΦe (λ) dA
(W
/
M
3)
观察 1 和 2 式，我们可知
L=
dI dA cosθ
=
I0∆S cosθ ∆S cosθ
=
I0
m 观察 1 和 3 式，易知
o 4π .c M = d∫0 IdΩ
dA
aw 2π
π
d dΦ = ∫∫ IdΩ = I0∆S ∫0
强度为 1/683 瓦每球面度（W/sr）。
2．按照热辐射体的光谱辐射出射度 M c (λ) 分布形式，热辐射体可类分为黑体、灰体和选择辐
射体。 3．某光源的相对色温为 T1 意指该光源的光色于温度为 T1 的黑体的光色最接近。光源的色温 为 T2 意指该光源的光色于温度为 T2 的黑体的光色完全一样。红色光源的色温比蓝色光源的色
+ ϕc
+ ϕ2 ]
da 上式表示三个频率分别为ωc-ωm，ωc，ωc+ ωm 的平面波的迭加，即一个调幅平面波可以分解 h 为三个平面波的迭加。而调制新产生的两个频率ωc-ωm 和ωc+ ωm 刚好是谐振腔允许的两个纵 k 模的频率，所以它们能维持振荡。而三个纵模中相邻两纵模间的初始位相差恒为ϕ2。这表明损 . 耗调制实现了锁模。
10．一束线偏振光射入双折射晶体，通常会产生两束折射光。当一束线偏振光通过双折射晶体
课 后，若只有一束折射光，则可能的原因有沿光轴垂直入射，沿光轴平行入射和偏振方向刚好和
o 光或 e 光方向平行。 11．线性电光效应又称为普克尔效应；克尔效应属二阶电光效应。声光衍射可分为拉曼奈斯衍 射和布拉格衍射，其中布拉格的衍射效率高。横向电光调制指所加调制电场方向与光波矢量方 向垂直 12．异质 p-n 结指 p 端与 n 端为不同材料形成的 p-n 结 13．光束在非均匀介质中传播时，光束的传播路径为曲线。光束总是向折射率增加的方向弯曲。 激光束的偏转可分为连续偏转和脉冲偏转。若用 8 位 A/D 数字化调制信号，然后，用脉冲编码 强度调制传输此数字化电信号。接受端应使用 8 个脉冲信号来恢复原始模拟电信号。 14．激光锁模技术包括主动锁模、被动锁模和自锁模三类。 15．染料激光器中的激光猝灭指由于 S1——S0 的发射能量与 T1——T2 的吸收能量接近，所以，如果有大
2、简述正弦型损耗调制的锁模过程？
正弦型损耗调制的透射率表示为：T (t) = T0 + ∆T sin(ωmt + ϕ2 )
com 电场通过调制器后表示为：
e(t)
=
Ac
sin(ωct
+ ϕc
)
+
mAc 2
sin[(ωc
− ωm )t
+ ϕc
− ϕ2 ] +
. mAc w 2
sin[(ωc
+ ωm )t
1 −
2 −1
2 −1
2
⎧ ⎪
nx
⎪
=
n0
−
1 2
n03γ12 Ey
≈
⎪⎨ny ⎪
=
n0
−
1 2
n03γ 22Ey
⎪ ⎪⎩
nz
=
n0
+
1 2
n03γ12 Ey
所以
δ
=
2π λ0
(nz
− nx )l
=
2π λ0
n03γ12 Eyl
=
2π λ0
n03γ 12V
半波电压：
Vπ
=
λ0 2n03γ 12
五 （10 分）已知一面积为 ∆S 的微面光源，其光强分布为 I (θ ) = I0∆S cosθ ， I0 为面光源法
⎥ ⎥
⎢γ ⎢
51
γ 32 0 0
γ γ γ
33 43 53
⎥ ⎥
i⎢⎢
E
y
⎥ ⎥
⎢⎣
0
⎥
⎥ ⎥ ⎥⎦
=
⎢γ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢
32 Ey 0 0
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥
=
⎢−γ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢
12 Ey 0 0
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥
w ⎢⎣∆β6 ⎥⎦ ⎢⎣γ 61 0 γ 63 ⎥⎦
⎣0⎦ ⎣ 0 ⎦
ww 代入折射率椭球得
∫ dϕ
2 sinθ ⋅ cosθ dθ
0
= I0∆Sπ
kh ∴M
=
I0∆Sπ ∆S
=
I0π
w. 六 （10 分）Nd:YAG 激光器的增益线宽约为 25GHz，假设谐振腔的光程长度为 L。试估算此激 ww 光器完全锁模运转时可获得的锁模脉冲的脉宽？若要实现单纵模运转，激光器的腔长 L 应为多
少？
解：1）纵模间距为：
网 ⎛
⎜ ⎝
1 n02
+ γ12 Ey
⎞ ⎟ ⎠
x2
⎛ +⎜
⎝
1 n02
+ γ 22Ey
⎞ ⎟ ⎠
x2
+
⎛ ⎜ ⎝
1 n02
− γ12Ey
⎞ ⎟ ⎠
x2
=1
所以
案
⎧
( ) 答 ⎪nx = n0
⎪
( 后) ⎪⎨ny = n0
⎪
⎪
( 课 ) ⎪⎩
nz
=
n0
1+ n02γ12Ey 1 + n02γ 22Ey 1 − n02γ12Ey
m 温低 o 4．卤钨灯玻壳内充有卤素气体。卤钨灯比通常的白炽灯寿命长，是由于卤钨循环减慢了钨的损 c 耗。 . 5．要实现粒子数反转，激光增益介质的能级数至少为三能级。其中寿命较长的激光能级称为亚 aw 稳态。光学谐振腔的作用是选频，选方向，正反馈。二能级准分子能够实现受激辐射放大是因 d 为基态上的粒子数基本为空 h 6．气体放电灯的工作原理为阴极产生初始电子，然后初始电子加速与气体分子碰撞，能量传给 k 气体分子，使其激发、跃迁到高能级。然后受激发分子返回基态时，发射光子，即发光。 . 根据阴极电子的发射形式，气体放电可分为弧光放电和辉光放电两类 w 7．直流气体放电灯使用电阻型镇流器；低频交流气体放电灯使用电感型镇流器；高频气体放电 ww 灯使用电容型镇流器。
这份卷子是 02 级光信的期中测试题，题目的深度和广度都是有的。我们做出了参考答案，均用 颜色标注出来。希望大家能够好好复习，对这门课不可以掉以轻心
光电子技术中期测试试题
一．填空题 1．光度学的基本量是光强，其单位是坎德拉。一个光度学基本量单位定义为坎德拉是某一光源
在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为 540 ×1012 Hz 的单色辐射，且再次方向上的辐射
线方向的单位面积光强，θ 为观察方向与面光源法线之间的夹角。求此微面光源的亮度和光出
射度。（假设此面光源单面发光）
解：
Ie (θ ,φ, λ)
=
∆Ie (θ ,φ) ∆λ
=
dΦe (λ) dΩ
Le (θ
,φ,λ)
=
∆Le (θ ,φ, λ) ∆λ
=
d 2Φe (λ) d ΩdA cos θ
(W
/
Sr
三 （10 分）绘出如下单异质 P-N 结的能带图。(a)图是接触前的 P,N 型半导体的能带图。在(b) 图中绘出解除后的平衡态能带图，并标注关键参数
四 （10 分）已知某电光晶体的电光张量矩阵元为 γ 32 = −γ12 ,γ 42 = γ 52 = γ 62 = 0 ，其余张量元
均不为零。折射率椭球方程为 x2 + y2 + z2 = 1，试导出沿 Y 向加电场的纵向运用的电光延迟量。