光电子技术基础复习题

1、某单色光频率为3×1014Hz，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/s λ=v/f=2.26*108/3*1014 =0.75*10-6m

2、某星球的辐射出射度的峰值波长为400nm，试估算该星球表明的温度。答：由维恩位移律λmT=b

得T=b/λm=2.898*10-3/400*10-9=7.245*103k

3、简述光子简并和能级简并

答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。光子态是按光子所具有的不同能量（或动量数值），光子行进的方向以及偏振方向相互区分的。处于同一光子态的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。可以有多个光子处于同一种光子态上，这种现象称为简并。处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度δ。δ=1/（e hυ/kT-1）

4、什么是亚稳态能级。

答：若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均寿命会很长τs>>10-3s,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。

5、设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？

6、产生激光的重要机理是

答：受激辐射

7、爱因斯坦关系是

8、以二能级为例推导粒子数反转的条件是什么？

答：能级上的粒子数分布满足条件N2/g2>N1/g1

反转分布图

对物质的要求：在物质能级中存在亚稳态能级

对外界的考验：需要有泵浦源

9、从能级理论出发，解释Nd:YAG激光器工作原理（p44-45）

10、解释增益饱和效应

答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应。

11、两种介质A、B的折射率分别为nA=1，nB=1.2，当光从B传播到A时，计算：1）发生全反射的零界角

2）布鲁斯特角

答：1.θc=arcsin（n2/n1）（n1>n2）

=arcsin（1/1.2）=56.44°

2. tanθ=n2/n1

θ=arctan（n2/n1）=arctan（1/1.2）=39.8°

12、人体辐射出射度的峰值波长为（）

答：由维恩位移律λmT=b

得λm =b/ T =2.898*10-3/（37+273）=9.35*10-6m

13、红宝石激光器利用（氙灯）作为泵浦源。

14、光纤长距离通信中传播信息光的波长为(1550nm)，在接收端光电二极管所使

用的材料是(InGaAs)

15、某阶跃光纤：n1=1.490, n2=1.480,则光纤的临界传播角为多少？

答: α=arcsin （n 2/n 1）=arcsin （1.48/1.49）=83.4°

16、某平板介质波导：2a=10μm, n1=1.480, n2=1.470,则该波导的截止波长为多少？

答：平板v=π/2（光纤v=2.405）

V=（2πa/λc ）2221n n -

λc =2πa 2221n n -/ V=（10*π2247.148.1-）/（π/2）=3.44μm

17、已知某平板介质波导：2a=80μm, n1=1.490, n2=1.470,入射光波长为λ=1μm ，

在该波导中存在的模式数为

答：M=V 2/2=(π/2)2/2=1

18、解释材料色散产生的原因

答：材料色散：是由于折射率随波长变化的，而光源都具有一定的波谱宽度，因而产生传播时延差，引起脉冲展宽。

补充：

模式色散：在阶跃光纤中，入射角不同的光波在光纤内走过的路径长短不同，在临界角上传输的光路最长，沿光纤轴线传输的光路最短，由此引起时延差而产生模式色散。

波导色散：是由光纤的几何结构决定的色散，它是由某一波导模式的传播常数β随光信号角频率w 变化而引起，也称为结构色散。

19、简述谐振腔的作用

答：使光只能沿着轴线方向往返运动（方向性）

筛选光频率，只能使满足干涉相干条件频率的光能在腔内往返运动（单色性）增加光强度，实现光放大（高亮度）

20、半导体激光器实现光放大的物质条件是什么

答：PN结附近或导带电子和价带空穴相对反转分布

21、激光产生的条件具体有那些

答：必要；粒子数反转分布和减少振荡模式数

充分；起振和稳定振荡

22、推导波导方程（课件）

23、

计算：1）入射光波长为1550nm，Pin=0.05W，Pout=0.002W，估算光纤中信号能传输的最远距离。

2）光源为激光，λc=1550nm,光源脉宽Δλ=0.5nm，假设信号传输1km，计算由于材料色散造成的脉冲信号展宽σ。

3）只考虑材料色散，估算信号在光纤中传播1km的bit rate的最大值。答：1.α=10lg(p i/p o)/L L=10*lg（0.05/0.002）/0.36=38.8m

2. σ=Δλdn/cdλ=0.5*10-9/3*108=1.7*10-18s/m

3.B<=1/（4Δτ）Δτ=L|D m|Δλ

24、已知输入信号频率最大值为1kHz，输入信号峰值为3V，脉冲编码调制采用

4位编码

则：1）采样频率最小值为？

2）采用有舍有入的方式，量化单元为？由此产生误差的最大值为？答：

25、KDP晶体的纵向电光效应中，Δφ=？Vπ=？

答：Δφ=（2π/λ）n03γ63v

Vπ=λ/（2 n03γ63）=πC/（wn03γ63）

26、电光强度调制中如何解决信号失真问题？推导解决失真后的透射率表达式。答：a.在调制晶体上加一个恒定的直流电压V=Vn/2，该直流电压使两束光产生相位延迟π/2；

b．在光路中增加一片λ/4波片

27、调制:将欲传递的信息加载到激光辐射上的过程。

28、脉冲编码调制是把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制。

要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程:抽样、量化和编码。

抽样：将连续的信号分割成不连续的脉冲波，且脉冲序列的幅度与信号波的幅度相对应。要求取样频率比传递信号频率的最大值大两倍以上。

量化：把抽样后的脉冲幅度调制波分级取整处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。

编码：用量化的数字信号变成相应的二进制代码的过程，用一组等幅度、等宽度的脉冲作为码元。

29、解释电光效应

答：某些晶体在外加电场作用下，折射率发生变化，当光波通过此介质时，其传播特性就会受到影响。