光电子复习提纲

1、 此题答案很多部分过于详细 但是有助于理解 同学只要选择性背就好1、 波长的视见函数、辐射功率及光通量之间的关系。2、 常用的基本辐射量和光学度量。3、 光电子技术的含义、特点。光电子技术是研究从红外波、可见光、紫外光、X射线至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，通过一定的媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的科学。它是以光电子学为理论基础，以光电子元器件为主体、综合利用光学、电学、机械学、计算机和材料技术，以实现具有一定功能、实用的仪器、设备系统。4、 光的相干性，以空间相干性为例，分析影响光的干涉条纹的因素。定义: 在不同空间点、不同时刻的光波场的某些特性（如光波

2、场的相位）之间的关系。分类;时间相干性(指同一空间点上，两个不同时刻光波场之间的相干性；)空间相干性(在同一时刻、垂直于光传播方向上的两个空间点上的光波场之间的相干性；).5、 光的粒子性包括：粒子性，相干性，干涉，衍射。1、 自发辐射和受激辐射的根本区别。自发辐射跃迁与受激辐射跃迁过程是两个不同的物理过程，它们所产生的辐射性质也不同，对于自发辐射来说，它是原子在不受外界辐射场的影响下产生的，而单个原子的自发辐射的相位是随机的，因此大量的自发辐射是不相干的。而与自发辐射不同的是，受激辐射是在外界辐射场的作用下产生的，受激辐射光子与激励光子具有相同的频率、相位、波矢和偏振状态，也就是说受激辐射光

3、子与入射光子属于同一态的光子，因此受激辐射是相干的。2、 自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激辐射吸收。在没有外界电磁场辐射作用的情况下，处于高能态E2的一个原子可以自发向低能态E1跃迁，与此同时发射一个能量为E2-E1hv的光子。当存在外界电磁辐射时，原子系统与外界电磁辐射相互作用，处于高能态E2的原子在频率为 的辐射的作用下，可受激地从能态E2向能态E1跃迁，并发射一个能量为 光子。当存在外界电磁辐射时，原子系统与外界电磁辐射相互作用，处于低能态E1的原子在频率为 的辐射的作用下，可受激地从能态E1向能态E2跃迁，并发射一个能量为 光子 3、 粒子数正常和反转分布，增益饱和效应。增益系数不仅与

4、集居数反转分布有关，还与光通量有关 增益饱和效应 定义： 当某一频率为 的光束通过激活介质时，光通量 获得放大，即光强越强，意着单位时间内从亚稳态向下跃迁的粒子数就越多，从而导致反转程度减弱，从而使增益系数 变小 4、 以三能级或四能级模型解释实现粒子数反转的原理。（1） 三能级中，E1 为基态，E2 和E3为激发态，E2又是亚稳态。（2）抽运过程（a） 随着 V(p)迅速增加，E1上的粒子被快速抽运到E3上，N1迅速减少。（b） E3态寿命极短，抽运到E3上的粒子很快通过非辐受驰豫跃迁到 E2上, 减少的能量变成热运动能量。（c） E2为亚稳态，寿命较长，新增加的粒子能够保持在E2上。（d）

5、 N1 不断减少，新N3不断无辐射跃迁到E2上，N3始终少于N1，N1不断被抽运。（e）5、 为什么说三能级系统实现能态聚居数反转比四能级系统困难；模型图。产生激光的能级是激发态E3和E2能级，在泵浦的作用使大量基态E1的Nd3+离子受激吸收跃迁到达能带E4内，但Nd3+离子在E4上寿命极短，很快通过非辐射驰豫过程（用曲线箭头S43表示）跃迁到寿命较长的亚稳态E3上。而能级E2的寿命又很短，进入该能态的粒子又很快非辐射跃迁（又S21表示）到基态，所以N2约为0，这样N3N2，在能态E3和能态E2间实现了集居数分布反转。三能级模型与四能级模型相比，在实现集居数分布反转上，要比四能级困难。6、 工

6、作物质能实现能态聚居数反转的条件？对产生激光来说，上述条件是必要条件还是充分条件，为什么？7、 光学谐振腔有稳定和非稳定之分，非稳定腔是不是指工作状态不稳定的腔？为什么？光学谐振腔辨别条件。 补充：光学谐振腔的作用、激光的四大特性但对损耗高的非稳腔来说，如果工作物质的增益比较高，同样可以起振，并且达到稳定工作。8、 为什么说三能级系统所需的能量比四能级系统所需的打得多？四能级系统的激光下能级在基态之上，n2=0 ，只须将 个粒子激发到能级E3上就能使增益克服腔的损耗而产生激光；而在三能级系统中，激光的下能级是基态，因此至少须将 个粒子激发到能级E2上才能使增益克服腔的损耗而产生激光，而 , 所

7、以三能级系统的阈值能量或阈值功率要比四能级系统大得多。9、 固体，液体，气体和半导体激光器的激励方式工作物质，激励光的波长。固体：工作物质：掺杂离子的绝缘晶体或玻璃 覆盖的波长275-3022nm。 固体激光器激励方式：光泵浦。 波长范围：紫外到红外 气体激光器:以气体或金属蒸气为工作物质励方式:气体放电和电子束激励 覆盖的波段宽，从紫外到远红外波 工作物质：有机染料溶液 波长范围：紫外到近红外 激励方式：光泵浦 1、 电光效应、声光效应（产生拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射的条件和特点）。电光效应:晶体在外加电场作用下引起晶体光学性质发生变化的效应 .声光效应 :光通过介质时，在超声场作用下引起介

8、质光学性质发生变化的效应 .按照超声波频率的高低和声光相互作用长度的不同，声光相互作用可以分为喇曼-乃斯衍射和布喇格衍射两种类型。产生喇曼-乃斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。 特点：由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光，强度递减 产生拉曼-乃斯衍射的条件 各级衍射光的衍射角满足： 喇曼-乃斯声光衍射z入射光衍射光换能器吸声装置 相应第m级的衍射的极值光强为 入射光电声换能器布喇格衍射 布喇格衍射的特点：衍射

9、光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光 ，如图所示 产生布喇格衍射条件：2、 光调制的定义，与无线电调制相比较，光调制有什么特点。3、 声光调制器的组成和基本工作原理。4、 设计和评价一个偏转器的主要指标。5、 数字偏转器原理图及工作原理。6、 调Q技术的思想、实质和依据；电光调Q器的工作原理。调Q技术的基本思想：当激光上能级积累的反转粒子数不多时，人为地控制阈值使其很高，由于阈值很高，激光输出变得困难，从而抑制激光振荡产生，但是，光泵不断地激励，从而使激光上能级将不断积累粒子数，当反转粒子数达到最大值时，突然降低激光器的阈值，由于此时的反转粒子数大大超过激光器的阈值

10、反转粒子数，因此，在腔内以极快的速度建立极强的激光振荡，在很短的时间内大量抽空激光上能级粒子数，同时输出一个极强的尖锐脉冲 调Q技术。电光调Q激光器的关键技术：精确地保证调Q晶体上加入 电压时，Q开关处于“关闭”状态；精确地控制退掉调Q晶体上所加电压的时间。7、 横模选择的方法；如何实现在工作区域只包含一个纵模？8、 纵模选择的方法。色散腔法:特点：色散腔粗选法只能选出具有一定宽度的谱线，不能选出单一的频率。2）短腔法选纵模 特点：结构简单，无插入损耗，只需缩短腔长即可实现单模。输出功率减小，L小，工作物质尺寸小，模体积小，输出功率小。只适用于增益介质线宽 窄的气体激光器中。9、 频率漂移，影

11、响频率稳定的因素。 频率漂移：由于内部和外部条件的变化，谐振腔频率仍然会在增益曲线内移动，从而使输出频率发生变化。10、 主动式稳频技术的基本思想；兰姆凹陷稳频的工作原理。主动式稳频：实质是再外界环境变化的情况下，仍保持谐振腔的光程腔长稳定不变，包括兰姆凹陷稳频法，无源腔稳频法，饱和吸收法。主动式稳频技术主要思想：选取一个稳定的参考频率，当外界条件变化影响到激光器，使其频率偏离这个特定的标准频率时，设法进行鉴别，同时产生出一个反映这个偏差的误差信号，该误差信号不但能指明偏离标准频率的大小，而且还能指明是偏大还是偏小，然后将误差信号转变成执行信号，反馈给激光器的伺服机构，通过控制系统自动调节腔长

12、，使激光工作频率稳定地在这特定的标准频率上运转。兰姆凹陷稳频的工作原理：11、 声光调制器与声光调Q的区别。相同点：声光调Q和声光调制器都是利用晶体的声光效应原理，以声光相互作用原理为基础。声光介质在超声波的作用下，折射率发生周期性的变化，使介质变成正弦相位光栅，当光通过这样的介质时，发生衍射。不同点：（1） 声光调制器采用两种衍射方式，喇曼奈斯衍射和布拉格衍射；声光调Q考虑效率问题，只采用布拉格衍射。喇曼奈斯衍射产生多级衍射光，各级光的衍射效率比较低，不易实现调Q。（目前也有这种衍射的Q开关）。（ 2） 声光调制器是利用连续变化调制信号控制加在换能器上的超声功率，使超声波受到振幅调制，使相位

13、延迟周期性改变，使输出光强发生相应的周期性改变；声光Q开关在换能器上加一阶跃式的调制信号实现调Q。1、 增透膜和增反膜。增透膜:在基底材料表面镀制低折射率的/4膜(n0<n1<n2),可使R变小，达到增加透射光强的目的。增反膜:在基底材料表面镀制高折射率的/4膜，使得n0<n1>n2，使得R变大，达到增加反射光强的目的。2、 F-P标准具的分光特性；光栅的分光特性。1）角色散: 不同波长的光分开的程度，是衡量分光器件性能的重要指标-角色散2）分辨本领3） 自由光谱范围3、 比较光栅和F-P标准具的分光性能。4、 偏振器的定义；在光电子技术应用中，对偏振器的主要技术要求。

14、1、渥拉斯顿（wollaston）棱镜2、格兰汤普逊（Glan-Thompson）棱镜5、 玻片。波片是厚度均匀，光轴与表面平行的晶体薄片，由各向异性透明材料按一定方式切割成具有一定厚度的平行面板 。当一束垂直入射的平面波进入由单轴晶体制作的波片后 假设晶体的厚度为d 由于相位延迟的不同，通过波片后的二同频、正交偏振光的合成光振动，有各种偏振状态，一般情况下为椭圆偏振光，其椭圆取向、形态与两个正交分量的振幅比和相位差有关。6、 滤光器，衡量滤光器的主要性能指标。7、 大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。而对于另

15、外一些波长的光波，几乎不吸收，根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。 光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素主要有：大气分子的吸收，大气分子散射 ，大气气溶胶的衰减 。8、 大气湍流效应，大气湍流效应对光束传播的影响。大气湍流效应是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。 1、 光电探测器的物理效应及基本特点。2、 光子效应、光电导效应、光伏效应。3、 光电探测器的特性参数，光电探测器的噪声。4、 光电导探测器、光伏探测器。5、