光电子技术及应用作业.doc

1、光电子技术及应用作业I1 光和物质相互作用的基本形式。答：任何物质的发光，溯其根源都是光与物质相互作用的结果。同样激光产生的物理基础也是光与物质的相互作用，即指光和构成激光工作物质中原子、分子或离子作用。光和物质相互作用的基本形式为共振。由此引出了黑体辐射、自发辐射、受激吸收、受激辐射等。2 激光器的基本结构。答:工作物质, 光学谐振腔, 激励能源是一般激光器的三个基本部分。3 激光器的基本工作过程。答：通过受激辐射起主要作用从而产生激光，必需要有提供放大作用的增益介质和造成粒子数反转条件的激励源，另外通常要有一个光学谐振腔，像电子线路种的正反馈那样，使光在放大器中反复放大而形成振荡。现代所用

2、的半导体激光器，通常采用激光二极管，它的原理与普通的二极管极为相似, 如都有一对 PN 结，当电压和电流加到激光二极管上时，P 型半导体材料中的空穴和 N 型材料中 的自由电子产生相对运动，PN 结处载流子的密度增加非常大，自由电子和空穴重新复合，因而产生受激辐射，释放出具有激光特性的光子，由激光器谐振腔内的反射镜反射，透过激 光孔和孔内聚焦镜，射出激光束。4 a怎样的半导体材料可以用来制作半导体激光器。答：半导体中产生受激辐射的条件是半导体中导带与价带的准费米能级之差必须大于等于半导体禁带宽度。Eg = E2 - E1 = h Eg : 半导体禁带宽度只有符合上述条件的半导体可以用于制作半导

3、体激光器。主要有 GaAlAs/GaAs, InGaAsP/InP 等。b制作探测波长 0.9 的光电二极管，问相应的半导体禁带宽度为多少电子伏特？m答： 。eVCJJmsshEg 279.11062.91029. ./367. - 68412 5 通信用半导体激光器的波长范围是多少？答： 光波频率 , 允许高频调制目前商用水平：每路1.3,1.8,1.55um 是 3 个常用的波长6 试证明，由于自发辐射，原子在 能级的平均寿命 。2E21/As证明:t 时刻能级 E2 上有 N2 个原子 t+dt 时刻能级 E2 上有 N2+dN2 个原子dt 时间内，E 2 上原子数的变化dN2 = A

4、21N2dt ， (dN2 N2 = N20 exp(-A21 t ) N20：t = 0 时 E2 上的原子数E2 上 的原子有的停留时间长，有的短在 E2 上原子寿命范围：0 Hz140sGb/在 tt+dt 内，有- dN2 个原子由 E2E1，其寿命为 t， 则平均寿命 021202)(1dttANs将 N2 代入有 21s7 一质地均匀的材料对光的吸收为 0.01 ，光通过 10 长的该材料后，出射光强1mc为入射光强的百分之几。解：对于负增益情况，已知 。zeI0。%79.36.110.0 Izz8 一束光通过长度为 1 的均匀激活工作物质。如果出射光强是入射光强的 2 倍，求该m

5、物质的增益系数 。G解：因材料均匀，故 与位置 z 无关。 2lnG1,00且且 且且 且且 zGeII9 电光调 的基本过程。Q答：输出 部分反射 激光工作物质 偏振片 KD*P 全反射基本过程如下： 闪光灯点燃期间，在电光晶体上施加 1/4 波电压 ，使线偏振光通过电光晶体后，2/U呈圆偏振光； 光经全返镜反射重返电光晶体后，其两个偏振分量又经受 相位延迟差，使得出射2/晶体的合成光波又呈线偏光，但与原入射线偏光相比，偏振面已旋转 90 度，从而被偏振器拦截，阻止了光反馈放大； 当闪光灯脉冲接近终了时，迅速退去电光晶体上的电压，使光开关开启，实现光的受激放大和振荡。10 简述光隔离器的作用

6、和原理。答：磁光隔离器作用：磁光材料B1P 2P45工作原理：1. ，产生法拉弟旋光效应；kB/2.起偏与检偏夹角45度；3.正向光，线偏振光通过磁光介质后（调整B或L） ，偏振面旋转 45度，正好通过 ；2P4.反向光，线偏振光通过 磁光介质后（调整 B或 L）偏振面同（空间）方向再转45度，与成90度，不通过 ；1P2P5.光纤隔离器：先将入射光偏振分光，两个偏振方向的光并行处理，然后合起来。11 如果激光器和微波激射器分别在 ， 和 输出m1050MHz301W 连续功率，问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？解：根据定义得到： （其中 ）.(1)hnP21 Js341627.

7、又由于 c可以得到 .(2)21根据公式（1） ， （2）可以计算得到 ， 和 ，m050MHz30时每秒钟从激光的上能级向下能级跃迁的粒子数分别为：WP时有：m0)(103.5/10362./10)/( 98421 且 sJschn时有：5 )(.2/./5)/( 2183421 smJsmWcP时有：MHz30)且(103.51031062./)/( 26421 HzJsWhPn12 设一对激光能级为 和 （ ） ，相应的频率为 （波长为 ） ，能级上E2g的粒子数密度分别为 和 ，求：2n1a当 ， 时，MHz30KT30?/12nb当 ， 时，m1c当 ， 时，温度1./2n?解：根据

8、关系式 ，其中 ，k 为波尔兹曼常数kTEegN121h12，本题中 。KJk/038.12312ga 将数据代入公式得： 95.03108.621264ekThb 将数据代入公式得： 21-301038.16212 .47684NTkhcc 将数据代入公式得： 4-68342312 10.591062./.0ln8.)/(ln chkT光电子技术及应用作业II1 一光束穿过郊区 2 公里后测得光强为原之三分之一，再穿过市区 2 公里后测得其光强为原之五十分之一，若起始光功率 ，求市区内平均衰减系数。WP10解：对于负增益情况，已知 。zeI。120 且00Km467.53 I31I52,且

9、且且 且且且且 且 且 且 且且 且 且 且eIzz2 一个折射率差 ， （ ）的单模光纤，如果其截止波长为 1 ，计算其0.5.1n m光纤的纤芯直径。解： 15.0.*25.11 nNA由于 Vac2对于平方律光纤 Vc3.518 但 V 的截至值对 HE12 模3.832对于阶跃光纤 Vc2.405 代入上式得 a=2.552*10 63简述普通照相与全息照相的异同。答：一般照相机照出的照片都是平面的，没有立体感。用物理术语来说，得到的仅是二维图像，很多信息都失去了。当激光出现后，人类才第一次得到了全息照片。所谓全息照片就是一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息的先进照相技术。全息

10、照片不用一般的照相机，而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上，称为物光束；另一束直接照到感光胶片即全息干板上，称为参考光束。当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程。全息照片和普通照片截然不同。用肉眼去看，全息照片上只有些乱七八糟的条纹。可是若用一束激光去照射该照片，眼前就会出现逼真的立体景物。更奇妙的是，从不同的角度去观察，就可以看到原来物体的不同侧面。而且，如果不小心把全息照片弄碎了，那也没有关系。随意拿起其中的一小块碎片，用同样的方法观察，原来的被摄物体仍然能完整无缺地显示出来。全息照相的原理是利用光的干涉原理，利用两束光的干

11、涉来记录被摄物体的信息。这个理论很早就有人提出过，但只有激光才能达到它所要求的高度单色性。3 若激光波长为 0.83 ，光盘读取头物镜的 NA 为 0.45，求光斑得大小和焦深。m解：光线聚焦的直径为： mNAd 6610*3.45.01*8.56.0 焦深为： hF 62.)(. 4 给出光纤数值孔径得定义： ， ， 分别为纤芯和包层得折射210sin1n2率， 为光纤周围媒质的折射率。0n解：212110101001 且sin且siicosin nnn 5 简述光纤传感器的分类和特点。答：分类如下：按功能分：传感型光纤传感器；传光型光纤传感器。按调制原理分类：透射型光强调制；受抑全反射光强

12、调制；反射机制光强调制原理；微弯光强调制机制；相位调制型光纤传感器；偏振态调制型光纤传感器；频率调制型光纤传感器按测量对象来分类：温度传感器；位置传感器；流量传感器；应变传感器；磁场传感器；电流传感器；电压传感器；压力传感器；核辐射传感器，等等特点如下：（1） 抗电磁干扰，电绝缘（2） 灵敏度高（3） 体积小，重量轻，外形可变（4） 可检测的量多（5） 可以实现分布式测量6 请说出在光纤通信系统中两个光器件的简单原理。答：光纤耦合器：当两光纤纤芯相互充分靠近时，通过包层中消逝场的互相渗透而产生光纤间能量的耦合，其中一部分变为传输模，这就使得功率可以互易地从一根光纤转换到另一根光纤中去，功率转移

13、比由纤芯距离和相互作用长度决定。(制作光纤耦合器的方法：熔拉法和磨抛法)光纤偏振控制器：利用弹光效应改变光纤中的双折射，以控制光纤中光波的双折射。当光纤在 x-z 平面内弯曲时，由于应力作用，光纤折射率发生变化，n = nx ny = 0.133a/R2a：为光纤半径，R：为光纤弯曲半径快轴位于弯曲平面内，慢轴垂直于弯曲平面。因此利用弯曲光纤的双折射效应，可以制成波片，对于弯曲半径为 R 的 N 圈光纤，如适当选择 N，R 使得n 2NR /m (m 1，2，3)则该光纤圈即成为 /m 波片。7 请结合自己得专业举一例说明光电子技术得应用。答：我是学仪器的,我们专业以后就有光学的方向。光电子技

14、术这方面我们系也研究的不少比如就有波分复用技术的研究.在应用方面有光电混合图像处理与识别技术等一系列的成果.光电子技术的应用前景广阔啊.根据“光电子技术及应用”课程设置和讲述内容，请提出改进意见和建议。这也是我所选的为数不多的与所学专业有密切关系的选修课,觉得这个课对以后专业的学习应该会有不小帮助。学习这个课也一学期了，课程开设的目的也基本达到，对于光电子及其相关知识有了总体上的了解和感性认识，为以后学习打下了些基础。毕竟是选修课，课程的进度与深度方面比专业学这方面的都有较多的降低。由于基础知识不是很扎实，很多公式的演算推导理解起来比较吃力。不巧碰上了非典，严重影响了教学进度，但是没有停课，还是不错的，其他很多选修课都停了。老师每次都给我们传达一些当前形势对我们也很有用。终究不是正常的上课了，速度加快了，内容也略去了不少，我想通过课程的学习，主要是要对光电子这门科学有个大体的了解，为以后进一步学习打下基础，可以将一些技术复杂繁琐的部分简要叙述，对大家比较感兴趣的多讲一些，这样效果或许会好些。另外，实物的图片不是很多，没有直观的感觉，也可以组织一下参观实验室之类的活动。当然了，学了这么课收获不小，谢谢老师的辛勤劳动。祝这门课越来越成功！