光电子技术(第三版)复习
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1.3 1.3.1 热辐射定义:任何 0K 以上温度的物体都会 发射各种波长的电磁波,这种由于物体中的 分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象 称为热辐射。 吸收比:被物体吸收的能量与入射的能量之 比。在波长λ到λ + dλ范围内的吸收比称为单 色吸收比(α������(T))。 反射比:被物体反射的能量与入射的能量之 比。在波长λ到λ + dλ范围内的反射比称为单 色反射比(ρ������(T))。 α������(T)+ ρ������(T)=1 黑体:若物体在任何温度下,对任何波长的 辐射能的吸收比都等于 1,即α������(T)≡1,则称 该物体为绝对黑体(简称黑体)。
变,该应变随时间和空间作周期性变化,使 介质出现疏密相间的现象,如同一个相位光 栅 。当光通过这一受到超声波扰动的介质 时就会发生衍射现象,这种现象称之为声光 效应。)【应用:声光调 Q、声光扫描、声光 调制】 拉曼—纳斯衍射条件:○1 超声波频率低○2 光 与声相互作用距离短○3 光的方向平行于超 声波的波阵面 特点/结果:○1 衍射光有多级������������确定○2 各级 衍射光对称地分布在零级衍射光两侧,且同 级次衍射光的强度相等○3 衍射光各级极值 光强之和应等于入射光强,即光功率守恒 布喇格衍射条件:○1 超声波频率高○2 光与声 相互作用距离长○3 光的方向倾斜入射超声 波的波阵面
������1=������3+������2
������3
相位匹配:
������������=������������+������������
动量守恒:
������������11=������������22+������������33
第三章
调制:将消息加载于激光的过程。(完成这一
2.5 光纤:是一种能够传输光频电磁波的介质波 导。结构:纤芯、包层、护套 纤芯和包层折射率比较:纤芯折射率大于包 层折射率(百度结果不一,不确定) 数值孔径定义:(NA=√������12 − ������22)(百度:描 述光进出光纤时的锥角大小),反映了光纤 的集光本领。 光纤的衰减来源:吸收损耗和散射损耗 吸收损耗:由于光纤材料和其中的有害物杂 质对光能吸收引起的,把光能以热能形式消 耗于光纤中。(材料吸收损耗是一种固有损 耗,不可避免) 散射损耗:由于光纤制作工艺上的不完善, 如有微气泡、折射率不均匀,以及有内应力
射率变化与电场成正比。(这是利用电光效 应实现光调制,调 Q,锁模等技术的物理基 础)
2.2.2 电光相位延迟:当一束偏振光沿 z 轴方向入 射晶体,且 E 矢量沿 x 轴方向,进入晶体后 分解为两个垂直偏振分量,由于两偏振分量 的折射率不同导致速度不同,所以当两偏振 分量光波穿过晶体后将产生一个相位差(即 相位延迟),这个相位延迟完全是由电光效 应造成的双折射引起的,称为电光相位延迟。 纵向电光效应:电场方向与光束在晶体中的 传播方向一致。 横向电光效应:电场方向与光束在晶体中的 传播方向垂直。 晶体上未加电场以及加不同电场 3 种情况 下,合成光的变化 ○1 当晶体上未加电场时,通过晶体后合成光 仍为线偏振光且与入射光的偏振方向一致。 (晶体相当于全波片)○2 当晶体上加电场 V=������������/2,通过晶体后合成光为椭圆偏振光。当 ������1=������2时,为圆偏振光。(晶体相当于 1/4 波 片)○3 当晶体上加电场 V=������������,通过晶体后合 成光又变为线偏振光,但偏振方向相对于入 射角旋转了一个 2θ角(若θ=45°沿 Y 方向)。 (晶体相当于半波片)
1.2.2 光度量 单位坎德拉:发光强度(cd) 定义:一个光源发光频率为 540× 1012HZ 的 单色辐射,若在一给定方向上的辐射强度为 1/683 W/sr,则该光源在该方向上的发光强度 为 1cd。 光视效能������������=(单位 lm/W):同一波长下测 得的光通量与辐射通量之比。(描述某一波 长的单色辐射通量可以产生多少相应的单 色光通量)
1.3.2 基尔霍夫定律内容:在同样的温度下,各种 不同物体对相同波长的单色辐射出射度与 单色吸收比之比值都相等,并等于该温度下 黑体对同一波长的单色辐射出射度。
1.3.8 色温定义:光源的辐射后可见区和绝对黑体 的辐射完全相同时,此时黑体的温度。(课本 上的色温度:在规定两波长处具有与热辐射
光源的辐射比率相同的黑体的温度。) 1.6 1.6.1
[仅供参考]
注:1 考试题型:选择 20’ 填空 20’ 简答 题 30’ (5 个)分析题 30’(3 个)
2 选择填空考试内容主要在第一、第二 章,简答题在第三、第四章
3 没有计算题,主考概念和理解,和噪 声有关不考
第一章
1.1.1 电磁波 电磁波性质:○1 电磁波的电场 E 和磁场 H 都 垂直于波的传播方向,三者相互垂直,所以 电磁波是横波。E、H 和传播方向构成右手螺 旋系。○2 沿给定方向传播的电磁波,E 和 H 分别在各自平面内振动,这种特性称为偏振。 ○3 空间各点 E 和 H 都做周期性变化,而且相 位相同,即同时达到最大,同时减到最小。 ○4 任意时刻,在空间任意点,E 和 H 在量值 上的关系√������E=√������H。○5 电磁波在真空中的传 播速度 v=1/√������0������0,在介质中的传播速度为 v=1/√������������。 电磁波在介质中的色散现象:介质中不同频 率的电磁波具有不同的传播速度,这就是电 磁波在介质中的色散现象。 光辐射:以电磁波形式或粒子(光子)形式 传播的能量,它们可以用光学元件反射、成 像或色散,这种能量及其传播过程称为光辐 射。(光辐射分为:○1 紫外辐射:1nm~390nm 有近紫外、远紫外、极远紫外○2 可见光: 390nm~770nm○3 红外辐射:0.77~1000 ������������有 近红外、中红外、远红外)
1.2 光辐射度学基本知识 1.2.1 辐射量(了解) 辐射能(������������单位 J):以辐射形式发射或传输 的电磁波(紫外、可见光、红外)能量。 辐射通量(Φ������单位 J/s):单位时间内流过的 辐射能量。 辐射出射度(M������ 反应物体辐射能力的物理 量,单位 W/������2):辐射体单位面积向半空间 发射的辐射通量。 辐射强度(I������单位 W/sr):电辐射源在给定 方向上发射的在单位立体角内的辐射通量。 辐射亮度(������������单位 W/sr•������2):面辐射源在 某一给定方向上的辐射通量。符合式
等,光能在这些地方会发生散射,使光纤损
耗增大。(根源瑞利散射损耗,其他:布里渊
和拉曼散射损耗)
光学和频:
������1
w3=w1+w2
������2
������3
光学差频:
������3=│������1-������2│
倍频:波长减一半频率增加一倍。
光学参量效应 能量守恒:
������1
������2
第二章
2.1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2.1.1 朗伯定律:T=exp(-βL),表明光强随传播距 离的增加呈指数规律衰减。 大气分子的吸收:光波在大气中传播时,大 气分子在光波电场的作用下产生极化,并以 入射光的频率做受迫振动。为了克服大气分 子内部阻力要消耗能量,表现为大气分子的 吸收。
大气分子散射 瑞利散射:在可见光和近红外波段,辐射波 长总是远大于分子的线度,在这一条件下的 散射称为瑞利散射。定律:散射光的强度与 波长的四次方成反比。 波的频率越大散射越强。 晴天,粒子密度小,主要是瑞利散射,蓝光 散射强,故晴天天空呈现蓝色。 光的散射定律:当光波长远大于散射粒子尺 寸时产生瑞利散射(与波长有强烈依赖关 系),当光波长相当于或小于散射粒子尺寸 时产生米氏散射(依赖于散射粒子尺寸、密 度分布折射率特性。气溶胶) 大气湍流效应:大气中空气密度的无规则起 伏,折射率也随时间、空间无规则起伏。
1.6.3 相速度:波的等相位面在空间中的传播速度。 群速度:波的等振幅面在空间中的传播速度。 正常色散和反常色散情况条件:(不全) 平面单色光波的相速度: v(r)=ω/k=c/√������������������������=c/n(n 折射率) n>1 正常色散,n<1 反常色散
1.6.6 几何光学基本定律 光的直线传播定律:在各向同性的均匀介质 中,光线按直线传播。 光的独立传播定律:从不同光源发出的光线, 以不同的传播方向通过介质中某点时,各光 线彼此互不影响,好像其他光线不存在似地 独立传播。 当光线在传播过程中遇到两种介质的界面 时,光线将发生反射和折射。 热辐射基本定律:基尔霍夫辐射定律、普朗 克公式、瑞利—琼斯公式、维恩公式、维恩 位移定律、斯忒藩—玻尔兹曼定律。(不确定)
dI������ =dI������0 cosθ的辐射体称为余弦辐射体或朗 伯体。 辐射照度(E������单位 W/������2):照射在面元上 的辐射通量 dΦ������与该面元的面积 dA 之比。 E������ =I������ /������2表明一个均匀点光源在空间一点 的辐射照度与该光源的辐射强度成正比,与 距离的平方成反比。 单色辐射度量:单位波长间隔内对应的辐射 度量。
2.3 光的衍射:可绕过障碍物继续传播 光的干涉条件:○1 频率相同○2 存在相互平行 的振动分量○3 相位差δ稳定 光的干涉:因光波的叠加而引起的光的强度 重新分配叫光的干涉 光栅:具有周期性的空间结构 驻波:频率振幅相同,振动方向一致,传播 方向相反的两列波的叠加 波阵面:等相位面,同一波阵面上各点振动 相位相同。 声光效应:(课本:声波(弹性波,纵向应力 波)在介质中传播时,使介质产生相应的弹 性形变,从而激起介质中各质点沿声波的传 播方向振动,引起介质的密度呈疏密相间的 交替分布,介质的折射率也随之发生相应的 周期性变化。)(百度:超声波通过介质时会 造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应
麦克斯韦方程组及其含义:
能流密度----坡印廷矢量 S:单位时间通过垂 直于传播方向上单位面积的能量。(描述光 波场能量的传播)。 光矢量:把光波中的电场矢量 E 称为光矢量, 光振动:把电场 E 随时间的变化称为光振动。 波阵面:将某一时刻振动相位相同的点连接 起来所组成的面称为波阵面。
1.6.2 单色光波定义:单一频率的简谐光波 复色光波定义:某种光波由若干单色光组合 而成,或者说它包含多种频率成分,它在时 间上是有限的。
2.2.1 晶体:内在结构长程有序,原子在空间排列 具有规律性各向异性 非晶态:各向同性 o 光:寻常光,遵循折射定律(偏振垂直主 平面); e 光:非寻常光,不遵循折射定律(偏振平 行主平面)。 单轴晶体:只有一个光轴。 光轴:光沿光轴方向传播不发生双折射。 主平面:光的传播方向与光轴构成的平面。 自然光:各个偏振方向都有 正晶体 ������������<������������, ������������>������������ 负晶体 ������������>������������, ������������<������������ 电光效应:晶格形变导致晶体的折射率发生 变化。(百度:当把电压加到电光晶体上时, 电光晶体的折射率将发生变化,结果引起通 过该晶体的光波特性的变化) KDP 晶体沿 Z 轴加电场后结果:单轴晶体变 成双轴晶体,折射率椭球的主轴沿 Z 轴旋转 45 度,此转角与外加电场的大小无关,其折
2.4 磁光效应:外加磁场作用所引起的材料的光 学各向异性称为磁光效应 磁致旋光效应方向和磁场 H 的关系:当光传 播方向与磁场方向平行时,正的 V 值相应于 左旋;而当光传播方向与磁场方向相反时, 表示右旋。(如果外磁场由螺管电流产生,则 旋光方向总是和螺线绕向一致) 磁致旋光率α=VH(V 韦尔德常数,表示单位 磁场强度下线偏振光波通过单位长度磁光 介质后偏正方向旋转的角度)磁致旋光方向 与磁场 H 方向有关。 磁致旋光现象不可逆
变,该应变随时间和空间作周期性变化,使 介质出现疏密相间的现象,如同一个相位光 栅 。当光通过这一受到超声波扰动的介质 时就会发生衍射现象,这种现象称之为声光 效应。)【应用:声光调 Q、声光扫描、声光 调制】 拉曼—纳斯衍射条件:○1 超声波频率低○2 光 与声相互作用距离短○3 光的方向平行于超 声波的波阵面 特点/结果:○1 衍射光有多级������������确定○2 各级 衍射光对称地分布在零级衍射光两侧,且同 级次衍射光的强度相等○3 衍射光各级极值 光强之和应等于入射光强,即光功率守恒 布喇格衍射条件:○1 超声波频率高○2 光与声 相互作用距离长○3 光的方向倾斜入射超声 波的波阵面
������1=������3+������2
������3
相位匹配:
������������=������������+������������
动量守恒:
������������11=������������22+������������33
第三章
调制:将消息加载于激光的过程。(完成这一
2.5 光纤:是一种能够传输光频电磁波的介质波 导。结构:纤芯、包层、护套 纤芯和包层折射率比较:纤芯折射率大于包 层折射率(百度结果不一,不确定) 数值孔径定义:(NA=√������12 − ������22)(百度:描 述光进出光纤时的锥角大小),反映了光纤 的集光本领。 光纤的衰减来源:吸收损耗和散射损耗 吸收损耗:由于光纤材料和其中的有害物杂 质对光能吸收引起的,把光能以热能形式消 耗于光纤中。(材料吸收损耗是一种固有损 耗,不可避免) 散射损耗:由于光纤制作工艺上的不完善, 如有微气泡、折射率不均匀,以及有内应力
射率变化与电场成正比。(这是利用电光效 应实现光调制,调 Q,锁模等技术的物理基 础)
2.2.2 电光相位延迟:当一束偏振光沿 z 轴方向入 射晶体,且 E 矢量沿 x 轴方向,进入晶体后 分解为两个垂直偏振分量,由于两偏振分量 的折射率不同导致速度不同,所以当两偏振 分量光波穿过晶体后将产生一个相位差(即 相位延迟),这个相位延迟完全是由电光效 应造成的双折射引起的,称为电光相位延迟。 纵向电光效应:电场方向与光束在晶体中的 传播方向一致。 横向电光效应:电场方向与光束在晶体中的 传播方向垂直。 晶体上未加电场以及加不同电场 3 种情况 下,合成光的变化 ○1 当晶体上未加电场时,通过晶体后合成光 仍为线偏振光且与入射光的偏振方向一致。 (晶体相当于全波片)○2 当晶体上加电场 V=������������/2,通过晶体后合成光为椭圆偏振光。当 ������1=������2时,为圆偏振光。(晶体相当于 1/4 波 片)○3 当晶体上加电场 V=������������,通过晶体后合 成光又变为线偏振光,但偏振方向相对于入 射角旋转了一个 2θ角(若θ=45°沿 Y 方向)。 (晶体相当于半波片)
1.2.2 光度量 单位坎德拉:发光强度(cd) 定义:一个光源发光频率为 540× 1012HZ 的 单色辐射,若在一给定方向上的辐射强度为 1/683 W/sr,则该光源在该方向上的发光强度 为 1cd。 光视效能������������=(单位 lm/W):同一波长下测 得的光通量与辐射通量之比。(描述某一波 长的单色辐射通量可以产生多少相应的单 色光通量)
1.3.2 基尔霍夫定律内容:在同样的温度下,各种 不同物体对相同波长的单色辐射出射度与 单色吸收比之比值都相等,并等于该温度下 黑体对同一波长的单色辐射出射度。
1.3.8 色温定义:光源的辐射后可见区和绝对黑体 的辐射完全相同时,此时黑体的温度。(课本 上的色温度:在规定两波长处具有与热辐射
光源的辐射比率相同的黑体的温度。) 1.6 1.6.1
[仅供参考]
注:1 考试题型:选择 20’ 填空 20’ 简答 题 30’ (5 个)分析题 30’(3 个)
2 选择填空考试内容主要在第一、第二 章,简答题在第三、第四章
3 没有计算题,主考概念和理解,和噪 声有关不考
第一章
1.1.1 电磁波 电磁波性质:○1 电磁波的电场 E 和磁场 H 都 垂直于波的传播方向,三者相互垂直,所以 电磁波是横波。E、H 和传播方向构成右手螺 旋系。○2 沿给定方向传播的电磁波,E 和 H 分别在各自平面内振动,这种特性称为偏振。 ○3 空间各点 E 和 H 都做周期性变化,而且相 位相同,即同时达到最大,同时减到最小。 ○4 任意时刻,在空间任意点,E 和 H 在量值 上的关系√������E=√������H。○5 电磁波在真空中的传 播速度 v=1/√������0������0,在介质中的传播速度为 v=1/√������������。 电磁波在介质中的色散现象:介质中不同频 率的电磁波具有不同的传播速度,这就是电 磁波在介质中的色散现象。 光辐射:以电磁波形式或粒子(光子)形式 传播的能量,它们可以用光学元件反射、成 像或色散,这种能量及其传播过程称为光辐 射。(光辐射分为:○1 紫外辐射:1nm~390nm 有近紫外、远紫外、极远紫外○2 可见光: 390nm~770nm○3 红外辐射:0.77~1000 ������������有 近红外、中红外、远红外)
1.2 光辐射度学基本知识 1.2.1 辐射量(了解) 辐射能(������������单位 J):以辐射形式发射或传输 的电磁波(紫外、可见光、红外)能量。 辐射通量(Φ������单位 J/s):单位时间内流过的 辐射能量。 辐射出射度(M������ 反应物体辐射能力的物理 量,单位 W/������2):辐射体单位面积向半空间 发射的辐射通量。 辐射强度(I������单位 W/sr):电辐射源在给定 方向上发射的在单位立体角内的辐射通量。 辐射亮度(������������单位 W/sr•������2):面辐射源在 某一给定方向上的辐射通量。符合式
等,光能在这些地方会发生散射,使光纤损
耗增大。(根源瑞利散射损耗,其他:布里渊
和拉曼散射损耗)
光学和频:
������1
w3=w1+w2
������2
������3
光学差频:
������3=│������1-������2│
倍频:波长减一半频率增加一倍。
光学参量效应 能量守恒:
������1
������2
第二章
2.1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2.1.1 朗伯定律:T=exp(-βL),表明光强随传播距 离的增加呈指数规律衰减。 大气分子的吸收:光波在大气中传播时,大 气分子在光波电场的作用下产生极化,并以 入射光的频率做受迫振动。为了克服大气分 子内部阻力要消耗能量,表现为大气分子的 吸收。
大气分子散射 瑞利散射:在可见光和近红外波段,辐射波 长总是远大于分子的线度,在这一条件下的 散射称为瑞利散射。定律:散射光的强度与 波长的四次方成反比。 波的频率越大散射越强。 晴天,粒子密度小,主要是瑞利散射,蓝光 散射强,故晴天天空呈现蓝色。 光的散射定律:当光波长远大于散射粒子尺 寸时产生瑞利散射(与波长有强烈依赖关 系),当光波长相当于或小于散射粒子尺寸 时产生米氏散射(依赖于散射粒子尺寸、密 度分布折射率特性。气溶胶) 大气湍流效应:大气中空气密度的无规则起 伏,折射率也随时间、空间无规则起伏。
1.6.3 相速度:波的等相位面在空间中的传播速度。 群速度:波的等振幅面在空间中的传播速度。 正常色散和反常色散情况条件:(不全) 平面单色光波的相速度: v(r)=ω/k=c/√������������������������=c/n(n 折射率) n>1 正常色散,n<1 反常色散
1.6.6 几何光学基本定律 光的直线传播定律:在各向同性的均匀介质 中,光线按直线传播。 光的独立传播定律:从不同光源发出的光线, 以不同的传播方向通过介质中某点时,各光 线彼此互不影响,好像其他光线不存在似地 独立传播。 当光线在传播过程中遇到两种介质的界面 时,光线将发生反射和折射。 热辐射基本定律:基尔霍夫辐射定律、普朗 克公式、瑞利—琼斯公式、维恩公式、维恩 位移定律、斯忒藩—玻尔兹曼定律。(不确定)
dI������ =dI������0 cosθ的辐射体称为余弦辐射体或朗 伯体。 辐射照度(E������单位 W/������2):照射在面元上 的辐射通量 dΦ������与该面元的面积 dA 之比。 E������ =I������ /������2表明一个均匀点光源在空间一点 的辐射照度与该光源的辐射强度成正比,与 距离的平方成反比。 单色辐射度量:单位波长间隔内对应的辐射 度量。
2.3 光的衍射:可绕过障碍物继续传播 光的干涉条件:○1 频率相同○2 存在相互平行 的振动分量○3 相位差δ稳定 光的干涉:因光波的叠加而引起的光的强度 重新分配叫光的干涉 光栅:具有周期性的空间结构 驻波:频率振幅相同,振动方向一致,传播 方向相反的两列波的叠加 波阵面:等相位面,同一波阵面上各点振动 相位相同。 声光效应:(课本:声波(弹性波,纵向应力 波)在介质中传播时,使介质产生相应的弹 性形变,从而激起介质中各质点沿声波的传 播方向振动,引起介质的密度呈疏密相间的 交替分布,介质的折射率也随之发生相应的 周期性变化。)(百度:超声波通过介质时会 造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应
麦克斯韦方程组及其含义:
能流密度----坡印廷矢量 S:单位时间通过垂 直于传播方向上单位面积的能量。(描述光 波场能量的传播)。 光矢量:把光波中的电场矢量 E 称为光矢量, 光振动:把电场 E 随时间的变化称为光振动。 波阵面:将某一时刻振动相位相同的点连接 起来所组成的面称为波阵面。
1.6.2 单色光波定义:单一频率的简谐光波 复色光波定义:某种光波由若干单色光组合 而成,或者说它包含多种频率成分,它在时 间上是有限的。
2.2.1 晶体:内在结构长程有序,原子在空间排列 具有规律性各向异性 非晶态:各向同性 o 光:寻常光,遵循折射定律(偏振垂直主 平面); e 光:非寻常光,不遵循折射定律(偏振平 行主平面)。 单轴晶体:只有一个光轴。 光轴:光沿光轴方向传播不发生双折射。 主平面:光的传播方向与光轴构成的平面。 自然光:各个偏振方向都有 正晶体 ������������<������������, ������������>������������ 负晶体 ������������>������������, ������������<������������ 电光效应:晶格形变导致晶体的折射率发生 变化。(百度:当把电压加到电光晶体上时, 电光晶体的折射率将发生变化,结果引起通 过该晶体的光波特性的变化) KDP 晶体沿 Z 轴加电场后结果:单轴晶体变 成双轴晶体,折射率椭球的主轴沿 Z 轴旋转 45 度,此转角与外加电场的大小无关,其折
2.4 磁光效应:外加磁场作用所引起的材料的光 学各向异性称为磁光效应 磁致旋光效应方向和磁场 H 的关系:当光传 播方向与磁场方向平行时,正的 V 值相应于 左旋;而当光传播方向与磁场方向相反时, 表示右旋。(如果外磁场由螺管电流产生,则 旋光方向总是和螺线绕向一致) 磁致旋光率α=VH(V 韦尔德常数,表示单位 磁场强度下线偏振光波通过单位长度磁光 介质后偏正方向旋转的角度)磁致旋光方向 与磁场 H 方向有关。 磁致旋光现象不可逆