光电子技术及其应用

1. 什么是光电子技术？当前光电子技术备受重视的原因是什么？

答：光电子技术是研究从红外波、可见光、X射线直至γ射线波段范围内的光波。电子技术，是研究运用光子和电子的特性，通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的科学。因为光电子技术的飞速发展，使得光电子技术逐渐成为高新科学技术领域内的先导和核心，在科学技术，国防建设，工农业生产、交通、邮电、天文、地质、医疗、卫生等国民经济的各个领域内都获得了愈来愈重要的应用，特别是正逐渐进入人们的家庭，因此光电子技术备受重视。

2. 什么叫光的空间相干性？时间相干性？光的相干性能好差程度分别用什么衡量？它们的意义是什么？

答：空间相干性是指在同一时刻垂直于光传播方向上的两个不同空间点上的光波场之间的相干性，空间相干性是用相干面积Ac来衡量，Ac愈大，则光的空间相干性愈好。

时间相干性是指同一空间点上，两个不同时刻的光波场之间的相干性，用相干时间

t c=L c／c来衡量，t c愈大，光的时间相干性愈好。

3. 世界上第一台激光器是由谁发明的？它是什么激光器？它主要输出波长为多少？

答：1960年5月16日、美国梅曼博士、红宝石激光器、6943Å。

4. 自发辐射与受激辐射的根本差别是什么？为什么说激励光子和受激光子属同一光子态？答：差别在有没有受到外界电磁辐射的作用；因为有相同的频率、相位、波矢和偏振状态。

5. 为什么说三能级系统实现能态集居数分布反转要比四能级系统困难？

答：因为三能级系统的上能级为E2，下能级为E1，在E2上停留的时间很短，而四能级系统在E3上呆的时间较长，容易实现粒子数反转。

6. 激光器的基本组成有哪几部分？它们的基本作用是什么？

答：组成部分：工作物质、泵浦系统、谐振腔

工作物质提供能级系统、泵浦源为泵浦抽运让粒子从下能级到上能级条件、谐振腔起正反馈作用

7. 工作物质能实现能态集居数分布反转的条件是什么？为什么？对产生激光来说，是必要条件还是充分条件，为什么？

答：工作物质要具有丰富的泵浦吸收带，寿命较长的亚稳态，要求泵浦光足够强；必要条件，因为它还以kkk谐振腔内以提供正反馈。

8. 光学谐振腔有稳定腔和非稳腔之分，非稳腔是不是指工作状态不稳定的腔？为什么？答：不是，满足01或g1g2<0的腔都称非稳腔，非稳腔的特点是，傍轴光线在腔内经有限次往返后必从侧面逸出腔外，因而具有较高的几何损耗。

9. 给定一个光学谐振腔的几何尺寸R1、R2和L，如何判别它属哪一类型腔？

答：由谐振腔系数g, g1=1-L／R1，g2=1-L／R2判别。

01或g1g2<0（非）g1g2=0或1（临界腔）

10. 光学谐振腔有哪两种重要作用？如何说明这两种作用？

答：①正反馈作用：通过谐振腔的结构类型

②控制振荡光束的作用：谐振腔模式：纵模和横模，对入射光频率具有选择性。

11. 什么是能级的基态和激发态？何为辐射跃迁和无辐射跃迁？

答：基态是指体系中能量最低的态，处于基态的原子运动最稳定；其它态称为激发态。

辐射跃迁是指在外界电磁辐射下原子有高能级向低能级跃迁的过程；无辐射跃迁是指原子自发地从高能级向低能级跃迁的过程，亦称为自发辐射跃迁。

12. 自发辐射系数，受激辐射系数和受激吸收的定义式，它们间有何关系?

答：自发辐射系数：A21=

受激辐射系数：

受激吸收系数：

关系：

13. 谱线宽度的定义？何为均匀和非均匀加宽？具体有哪几种？

答：原子的自发辐射发出的光并不是单一频率的单色光，具有一定的宽度，称为谱线宽度；自然加宽对每个原子来说都是一样，称为均匀加宽，非均匀加宽指由不同分子向谱线的不同频率发射引起的；均匀加宽有自然加宽和压力加宽；非均匀加宽有多普勒加宽。

14. 假设一对激光能级为E2和E1，相应的频率为ν，能级的粒子数密度为N2、N1

求：①当ν=300MHz，T=300K，N2／N1=？

②当λ=1μm，T=300K，N2／N1=？

③当λ=1μm，N2／N1=2，求T。

15. 今有一平凹腔，腔长L=80cm，凹R=150cm，验证它为稳定腔。

解：平凹腔，R1=∞，g1=1-L/R1=1 R2=150cm，则g2=1-L/R2=1-80/150=7/15<1 0

16. Nd-YAG激光器的1.0um荧光谱线宽度是1.95×109Hz，若激光腔长为1.5m，问激光器能有几个激光振荡，设折射率u=1

解：

17. 产生激光振荡的频率，其振荡模式（纵）取决于什么条件？

答：

18.

19. 某高斯光束腰斑大小W 0=1.14mm ，λ=10.6um ，求与束腰相距30cm ，10m ，1000m 处光斑大小W 及波前曲率半径R 0。

解：f=λπω2=6

2

310

6.101014.114.3--⨯⨯⨯）（=0.385m ωz =ω0[1+（

f

z ）2]1/2=1.1432

2

3

10445.1385.01030110---⨯=⨯+

⨯⨯）（ 同理：可得z=10m ，1000m 是，ωz 分别为0.0296m ，2.96m

R z =z+z

f 2

，R z 分别为0.794m ，10.01m ，1000.001m

20. 激光有何基本特性？

答：单色、相干、方向性和高亮度。

21. 试列出几种激光器的下述性能：激活粒子、工作中心波长、工作能级系统、 红宝石激光器 +

3r

C 0.6943um 三能级 闪光灯泵浦系统 低温下连续

N d Y AG N d 3+ 1.06um 四能级 高效脉冲 灯 室温下连续 He-Ne Ne 0.6328um 四能级 放电 连续运转 Co 2 Co 2 10.6um 、9.6um 四能级 放电 连续运转 A r + A r + 4880 Å、5145 Å 四能级 放电 脉冲 N 2 N 2 3371 Å 四能级 放电 脉冲 染料分子 染料分子 四能级 脉冲泵浦 脉冲连续

22. 在H e -N e 、Co 2激光器中，充以He 、Ne 气的作用是什么？

答：在He-Ne 激光器中充以He 气主要起提高Ne 原子泵浦速率的辅助作用，在Co 2激光器中充以He 气作用：①可加速Co 2分子在（010）能级的热弛豫速率，有利于激光下能级上的粒子数抽空；②可利用He 气导热系数大的特点，实现有效传热。

充入N 2的作用是提高Co 2分子的泵浦速率，为Co 2激光器高效运转提供可靠的保证。

23. 以红宝石激光器与N d -YAG 激光器为例，具体阐述四能级系统达到粒子反转阈值条件比三能级系统低。

答：要达到粒子数反转，三能级要求 n 2t =

2

n

n 1+∆ 、四能级 n 3t =Δn t