光电子技术答案

1、1）光电子技术的含义及其特点）光电子技术的含义及其特点 光电子技术是研究从红外波、可见光、紫外光、光电子技术是研究从红外波、可见光、紫外光、X X射线至射线至射线波段范围内的光波电子技术，是研射线波段范围内的光波电子技术，是研究究运用运用光子和电子的特性，通过一定的媒介实现信光子和电子的特性，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。它是以息与能量转换、传递、处理及应用的科学。它是以光电子学为光电子学为理论基础理论基础，以光电子元器件为，以光电子元器件为主体主体、综、综合合利用利用光学、电学、机械学、计算机和材料技术，光学、电学、机械学、计算机和材料技术，以以实现实现具有一定功

2、能、实用的仪器、设备系统。具有一定功能、实用的仪器、设备系统。频谱宽、信息容量大、传输速度快、抗电磁干扰能力频谱宽、信息容量大、传输速度快、抗电磁干扰能力强强光电子技术的特点光电子技术的特点2）空间相干性的定义；光的相干性能好差程度分别）空间相干性的定义；光的相干性能好差程度分别用什么衡量？用什么衡量？在不同空间点、不同时刻的光波场的某些特性（如光在不同空间点、不同时刻的光波场的某些特性（如光波场的相位）之间的关系。波场的相位）之间的关系。光的相干性光的相干性空间相干性空间相干性 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；点上的光

3、波场之间的相干性；2、光源到双缝的距离、光源到双缝的距离R（R越大，干涉条纹越模糊越大，干涉条纹越模糊why？ R大，大， 变小变小 ，A0变小，光的空间相干性变小，光的空间相干性变差变差 ）相干性的条件相干性的条件 越大，光源越大，光源 越小，越趋近于点光源，干涉效果越小，越趋近于点光源，干涉效果越好越好XX1、光源的大小（光源尺寸、光源的大小（光源尺寸 大，干涉效应差大，干涉效应差why？不同地方受激发原子发出的光是不相干的不同地方受激发原子发出的光是不相干的 ）X3 3）波长）波长的视见函数的定义；在整个电磁波谱范围的视见函数的定义；在整个电磁波谱范围内，视见函数不等于内，视见函数不等于

4、0 0的区域？视见函数等于的区域？视见函数等于1 1的波长？的波长？视见函数小于视见函数小于1 1的区域？如果已知某个波长辐射的视的区域？如果已知某个波长辐射的视见函数见函数V V，则辐射功率为，则辐射功率为dPdP所对应的光通量所对应的光通量dPdPv v与与V V、dPdP之间的关系？之间的关系？定义 在引起在引起相同的视觉响应条件相同的视觉响应条件下，若在下，若在附近所需要附近所需要的光谱辐射功率为的光谱辐射功率为dP，而对，而对555nm所需要的光谱所需要的光谱辐射功率为辐射功率为dP555555dPVdP673vdPV dP非可见区域的视见函数等于零，波长为非可见区域的视见函数等于零

5、，波长为555nm555nm的光的的光的视见函数为视见函数为1 1，可见区域除，可见区域除555nm555nm光外都小于光外都小于1 1。1）用三能级模型说明如何实现粒子分布反转状态？为）用三能级模型说明如何实现粒子分布反转状态？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？系统困难？泵浦Vp大量能带组成的能级E3E2E1亚稳态（寿命较长）基态VG热平衡状态热平衡状态N1N2 氙氙灯灯激激励励红红宝宝石石棒棒 能带能带E3受受激激吸吸收收跃跃迁迁N1减少减少 亚稳态亚稳态E2E3寿命短寿命短 S32N2N1 泵浦泵浦 集居数反转集居

6、数反转 E2上粒子到上粒子到E1 产生激光产生激光 E E1 1是基态，是基态，E E2 2是具有较长寿命的能级，称为亚稳是具有较长寿命的能级，称为亚稳态，态，E E3 3是由大量能级组成的能带。在是由大量能级组成的能带。在热平衡状态热平衡状态下，处在基态下，处在基态E E1 1上的集居数上的集居数N N1 1比处在亚稳态比处在亚稳态E E2 2上的集上的集居数居数N N2 2大得多，即大得多，即N N1 1NN2 2，（实际上，（实际上N N2 2约为约为0 0）。当）。当氙灯激励红宝石棒氙灯激励红宝石棒时，大量基态离子时，大量基态离子受激吸收跃迁受激吸收跃迁到达到达能带能带E E3 3内，

7、因而内，因而E E1 1上的粒子数上的粒子数N N1 1减少减少，但，但CrCr3+3+离离子在子在E E3 3上的上的寿命很短寿命很短，它们很快通过，它们很快通过非辐射驰豫非辐射驰豫过过程（用程（用S S表示）跃迁到表示）跃迁到寿命较长寿命较长的的亚稳态亚稳态E E2 2上，其上上，其上就积累了大量的粒子，即就积累了大量的粒子，即N N2 2不断增多，并在此寿命不断增多，并在此寿命时间内暂时使时间内暂时使N N2 2偏离热平衡的波耳兹曼分布，此过偏离热平衡的波耳兹曼分布，此过程称为氙灯的抽运（程称为氙灯的抽运（泵浦泵浦）过程。只有当氙灯的光）过程。只有当氙灯的光强强到一定程度时，有可能暂时强

8、强到一定程度时，有可能暂时N N2 2 N N1 1 ，即达到，即达到集居数反转集居数反转状态，这样，状态，这样， E E2 2上粒子跃迁回到上粒子跃迁回到E E1 1时，时，便产生便产生受激辐射受激辐射，从而产生，从而产生激光。激光。 四能级产生激光的能级是产生激光的能级是激发态激发态E E3 3和和E E2 2能级，在能级，在泵浦的作用使大量基态泵浦的作用使大量基态E E1 1的的NdNd3+3+离子离子受激吸收受激吸收跃迁到跃迁到达能带达能带E E4 4内，但内，但NdNd3+3+离子在离子在E E4 4上上寿命极短寿命极短，很快通过，很快通过非辐射驰豫非辐射驰豫过程（用曲线箭头过程（用

9、曲线箭头S S4343表示）跃迁到寿命表示）跃迁到寿命较长的较长的亚稳态亚稳态E E3 3上。而能级上。而能级E E2 2的的寿命又很短寿命又很短，进入该，进入该能态的粒子又很快能态的粒子又很快非辐射跃迁非辐射跃迁（又（又S S2121表示）到基态，表示）到基态，所以所以N N2 2约为约为0 0，这样，这样N N3 3NN2 2，在能态，在能态E E3 3和能态和能态E E2 2间实现间实现了了集居数分布反转集居数分布反转。三能级模型与四能级模型相比，。三能级模型与四能级模型相比，在实现集居数分布反转上，要比四能级在实现集居数分布反转上，要比四能级困难困难。2 2）工作物质能实现能态集居数反

10、转分布的条条件？上）工作物质能实现能态集居数反转分布的条条件？上述条件是必要条件还是充分条件？为什么？述条件是必要条件还是充分条件？为什么？要求泵浦光足够强（要求泵浦光足够强（V Vp pV VG G） 内部条件内部条件泵浦吸收带泵浦吸收带寿命较长的寿命较长的亚稳态亚稳态三能级三能级E E3 3四能级四能级E E4 4产生激光的上能级产生激光的上能级外部条件外部条件还必须使激活介质（实现能态集居数分布反转的工作还必须使激活介质（实现能态集居数分布反转的工作介质）置于由两个反射镜（可以是平面或球面）所组介质）置于由两个反射镜（可以是平面或球面）所组成的谐振腔内，腔镜的作用是成的谐振腔内，腔镜的作

11、用是提供反馈提供反馈。3 3）自发辐射与受激辐射的根本差别？）自发辐射与受激辐射的根本差别？ 自发辐射跃迁与受激辐射跃迁过程是两个不同的物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，它们所产生的理过程，它们所产生的辐射性质辐射性质也不同，对于也不同，对于自发辐射自发辐射来说，它是来说，它是原子在不受外界辐射场的影响原子在不受外界辐射场的影响下产生的，而下产生的，而单个原子的自发辐射的单个原子的自发辐射的相位是随机相位是随机的，因此的，因此大量的自发大量的自发辐射是不相干的辐射是不相干的。而与自发辐射不同的是，受激辐射是。而与自发辐射不同的是，受激辐射是在在外界辐射场的作用下产生外界辐射

12、场的作用下产生的，受激辐射光子与激励光的，受激辐射光子与激励光子具有子具有相同的频率、相位、波矢和偏振状态相同的频率、相位、波矢和偏振状态，也就是说，也就是说受受激辐射光子与入射光子激辐射光子与入射光子属于属于同一态的光子同一态的光子，因此受激，因此受激辐射是辐射是相干相干的。的。4 4）何为增益饱和效应？）何为增益饱和效应？当某一频率为当某一频率为 的光束通过激活介质时，光通量的光束通过激活介质时，光通量 获得放大，即光强越强，意味着单位时间内从亚稳态获得放大，即光强越强，意味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，向下跃迁的粒子数就越多，从而导致反转程度减弱，从而

13、使增益系数从而使增益系数 变小变小 v（A）I v（A）（）0( ,)G v v5 5）激光器的阈值条件？阈值泵浦功率和阈值泵浦能量）激光器的阈值条件？阈值泵浦功率和阈值泵浦能量tG振荡器的阈值条件振荡器的阈值条件 阈值泵浦能阈值泵浦能E Eth th 把激光器维持在阈值条件下所需的最小泵浦功率把激光器维持在阈值条件下所需的最小泵浦功率阈值泵浦功率阈值泵浦功率P Pthth把激光器维持在阈值条件下所需的最小泵浦能量把激光器维持在阈值条件下所需的最小泵浦能量6 6）三能级系统所需的阈值能量要比四能级系统所需的）三能级系统所需的阈值能量要比四能级系统所需的大得多？大得多？tn()/2tnntnn

14、四能级系统的激光下能级在基态之上，四能级系统的激光下能级在基态之上，n n2 2=0 =0 ，只，只须将须将 个粒子激发到能级个粒子激发到能级E E3 3上就能使增益克服腔的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，因此至少须将是基态，因此至少须将 个粒子激发到能级个粒子激发到能级E E2 2上才能使增益克服腔的损耗而产生激光上才能使增益克服腔的损耗而产生激光, ,而而 , , 所以三能级系统的阈值能量或阈值功率要比四能级系所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。统大得多。7 7）光学谐振腔的作用？（

15、两种）光学谐振腔的作用？（两种）选择激光模式，提高激光的相干性。选择激光模式，提高激光的相干性。提供光的正反馈，实现光的受激辐射放大。提供光的正反馈，实现光的受激辐射放大。8 8）光学谐振腔有稳定腔和非稳腔之分，非稳腔是不是）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？指工作状态不稳定的腔？为什么？ 所谓腔的稳定性，只是指傍轴光线能否在腔内往所谓腔的稳定性，只是指傍轴光线能否在腔内往返无限次而不致于横向逸出，也就是腔内傍轴光束损返无限次而不致于横向逸出，也就是腔内傍轴光束损耗的高低的问题。稳定腔是指腔的几何损耗低，因而耗的高低的问题。稳定腔是指腔的几何损耗低，因而

16、对增益不太高的工作物质来说，用这种几何损耗低就对增益不太高的工作物质来说，用这种几何损耗低就比较容易起振。但对损耗高的非稳腔来说，如果工作比较容易起振。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，并且达到稳定工物质的增益比较高，同样可以起振，并且达到稳定工作。作。9）激光的四大特性）激光的四大特性激光的四性激光的四性 单色性单色性 相干性相干性 方向性方向性 高亮度高亮度 1）激光调制与无线电波调制异同点；）激光调制与无线电波调制异同点；概念相同概念相同：相位调制、频率调制、振幅调制、脉冲调制：相位调制、频率调制、振幅调制、脉冲调制结构不同结构不同：激光调制属于高频调制：激

17、光调制属于高频调制无线电波调制属于低频调制无线电波调制属于低频调制共同点共同点：利用非线性效应调制，即无线电波调制是利用：利用非线性效应调制，即无线电波调制是利用放大器的非线性效应进行调制，而激光的非线性效应的放大器的非线性效应进行调制，而激光的非线性效应的调制方式很多，有电光效应、声光效应、磁光效应等调制方式很多，有电光效应、声光效应、磁光效应等2 2）喇曼）喇曼- -乃斯衍射、布拉格衍射的特点及产生条件？乃斯衍射、布拉格衍射的特点及产生条件？产生喇曼产生喇曼- -乃斯衍射的条件：乃斯衍射的条件：当超声波频率较低，光当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度波平行于声波面入射，声

18、光互作用长度L L较短时，在较短时，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计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相平面相位栅位栅”。 喇曼喇曼- -乃斯衍射的特点乃斯衍射的特点 ：由出射波阵面上各子波源发：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，强度递减的多级衍射光，强度递减（whywhy？）？）2sL声波频率较高，声光作用长度声波频率较高，声光作用长度L L较大，光束与声较大，光束与声波波面间以一定的角度斜入射，

19、介质具有波波面间以一定的角度斜入射，介质具有“体体光栅光栅”的性质。的性质。 布喇格衍射的特点：布喇格衍射的特点：衍射光各高级次衍射光将衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现互相抵消，只出现0 0级和级和+1+1级（或级（或 1 1级）衍射级）衍射光。光。产生布喇格衍射条件产生布喇格衍射条件 2sinsB3）声光调制器的组成及其功能；阐述其工作原理；）声光调制器的组成及其功能；阐述其工作原理；3 声光介质1 驱动电源2 电声换能器4 吸收器入射光工作原理工作原理 驱动电源产生高频功率信号，由电极加到电声变驱动电源产生高频功率信号，由电极加到电声变能器两端，电声变能器将电功率信号转换成超声波，能

20、器两端，电声变能器将电功率信号转换成超声波，通过耦合层耦合到声光介质中，介质在超声波的作用通过耦合层耦合到声光介质中，介质在超声波的作用下，折射率发生变化，形成相位光栅，从而对入射光下，折射率发生变化，形成相位光栅，从而对入射光进行调制。进行调制。（3 3）声光介质：声光介质是声光互作用的场所。）声光介质：声光介质是声光互作用的场所。（2）电声变能器：它是利用某些晶体的反压电效应，在外加电场）电声变能器：它是利用某些晶体的反压电效应，在外加电场作用下产生机械振动而形成超声波，它起着将调制电信号转换成作用下产生机械振动而形成超声波，它起着将调制电信号转换成声信号的作用。声信号的作用。（1 1）驱

21、动电源：它用以产生调制电信号施加于电声换能器的）驱动电源：它用以产生调制电信号施加于电声换能器的两端电极上，驱动声光调制器两端电极上，驱动声光调制器( (换能器换能器) )工作。工作。（4 4）吸声器：用以吸收通过介质的声波，保证器件工作状态正常。）吸声器：用以吸收通过介质的声波，保证器件工作状态正常。 4 4）数字）数字式偏转器原理图；阐述其工作原理；式偏转器原理图；阐述其工作原理； 图是一种由电光晶体和双折射晶体组合而成的数图是一种由电光晶体和双折射晶体组合而成的数字式偏转器，其中双折射晶体可以将线偏光入射分字式偏转器，其中双折射晶体可以将线偏光入射分解成两束平行出射振动方向正交的分离光束

22、，其分解成两束平行出射振动方向正交的分离光束，其分离度为离度为d d。 当电光晶体未加电压时，线偏振光（如当电光晶体未加电压时，线偏振光（如o o光）通过光）通过它的时候，偏振状态保持不变，仍以它的时候，偏振状态保持不变，仍以o o光状态射出晶体，光状态射出晶体，其后通过双折射晶体方向保持不变；其后通过双折射晶体方向保持不变； 当电光晶体加上半波电压当电光晶体加上半波电压 ，线偏振光通过它的，线偏振光通过它的时候，偏转面旋转时候，偏转面旋转9090度变成度变成e e光，由于双折射晶体的双光，由于双折射晶体的双折射特性，折射特性，e e光线在晶体内将以与表面法线成光线在晶体内将以与表面法线成角的

23、方角的方向传播，到达晶体输出面，偏移间距向传播，到达晶体输出面，偏移间距d d，然后以平行原，然后以平行原光路的方向出射。光路的方向出射。2V5 5）调）调Q Q技术的基本思想，电光调技术的基本思想，电光调Q Q的基本依据；的基本依据；利用电光调利用电光调Q Q激光器的原理图，说明其工作原理；激光器的原理图，说明其工作原理； 当激光上能级积累的反转粒子数不多时，人为地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，难，从而抑制激光振荡产生，但是，光泵不断地激励，

24、从而使激光上能级将不断积累粒子数，当反转粒子数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反转粒子数，因此，反转粒子数大大超过激光器的阈值反转粒子数，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强的尖锐脉冲 调调Q Q技术。技术。依据：依据： 放在谐振腔内的电光晶体在外加电场的作用下，放在谐振腔内的电光晶体在外加电场

25、的作用下，使入射偏振光的振动方向发生变化，人为的在腔内引使入射偏振光的振动方向发生变化，人为的在腔内引入可控的等效反射损耗。入可控的等效反射损耗。 透反镜全反镜电光晶体偏振器YAGXe灯电光调电光调Q激光器原理图激光器原理图 YAG YAG晶体在晶体在XeXe灯的激励下产生无规则偏振灯的激励下产生无规则偏振自然光自然光，该自然光通过偏振器后，变成该自然光通过偏振器后，变成线偏振光线偏振光（如（如X X方向线偏方向线偏振光），若调振光），若调Q Q晶体晶体未加电压未加电压，该光沿轴线方向（光轴），该光沿轴线方向（光轴）通过晶体，其通过晶体，其偏振状态不发生变化偏振状态不发生变化，经全反射镜反射后

26、，经全反射镜反射后，将再次无变化地通过调将再次无变化地通过调Q Q晶体和偏振器，电光晶体和偏振器，电光Q Q开关处于开关处于“打开打开”状态状态。电光调电光调Q Q激光器的工作原理激光器的工作原理 假设调假设调Q Q晶体施加晶体施加 电压时，自然光经偏振器变成电压时，自然光经偏振器变成线偏振光线偏振光，线偏振光经电光晶体、全反镜、电光晶体后，线偏振光经电光晶体、全反镜、电光晶体后，因因电光效应电光效应，会在相应的感应主轴，会在相应的感应主轴xx、yy方向上产生方向上产生新的新的 相位差，从晶体再次出射时，总的相位差就为相位差，从晶体再次出射时，总的相位差就为 ，合振动会变成合振动会变成线偏振光

27、线偏振光，但它的，但它的振动方向会与原起偏方振动方向会与原起偏方向垂直向垂直，此偏振光，此偏振光不能通过偏振器不能通过偏振器，电光，电光Q Q处于处于“关闭关闭”状态状态。4V2 因此，在因此，在Xe灯刚开始点燃时，在调灯刚开始点燃时，在调Q晶体上施加晶体上施加 电压，使谐振腔处于电压，使谐振腔处于“关闭关闭”状态的低状态的低Q状态状态，将阻断，将阻断激光振动形成；在激光振动形成；在Xe灯的不断激励下，灯的不断激励下，YAG上能级反上能级反转粒子数转粒子数 不断积累，当不断积累，当 达到最大时，将调达到最大时，将调Q晶体晶体的外加电压瞬间撤去，此时，谐振腔处于的外加电压瞬间撤去，此时，谐振腔处

28、于“打开打开”的高的高Q状态状态，阈值反转粒子数，阈值反转粒子数 很小，很小， ，即可雪崩，即可雪崩式地产生激光巨脉冲。式地产生激光巨脉冲。 4VtNtNthNtthNN电光调电光调Q Q激光器的关键技术激光器的关键技术：精确地保证调精确地保证调Q Q晶体上加入晶体上加入 电压时，电压时，Q Q开关处于开关处于“关闭关闭”状态；状态； 4V精确地控制退掉调精确地控制退掉调Q Q晶体上所加电压的时间。晶体上所加电压的时间。 6 6）利用声光调）利用声光调Q Q激光器原理图，说明其工作原理？激光器原理图，说明其工作原理？ 当声光介质中通过超声波时，由于超声光栅的作当声光介质中通过超声波时，由于超声

29、光栅的作用，使光束衍射偏开腔外，激光器损耗大，用，使光束衍射偏开腔外，激光器损耗大，Q Q值极低，值极低，不能形成激光振荡；在此情况下，工作物质在光泵浦不能形成激光振荡；在此情况下，工作物质在光泵浦激励下，激光上能级的粒子数不断积累，并实现粒子激励下，激光上能级的粒子数不断积累，并实现粒子数反转，当反转粒子数达到最大时，突然撤去超声场，数反转，当反转粒子数达到最大时，突然撤去超声场，衍射效应突然消失，光路畅通，衍射效应突然消失，光路畅通，Q Q值猛增，迅速形成值猛增，迅速形成激光振荡，并由输出镜输出。激光振荡，并由输出镜输出。6 6）声光调）声光调Q Q激光器工作原理激光器工作原理7 7）声光

30、调）声光调Q Q和声光调制器的区别？和声光调制器的区别？相同点：相同点： 声光调声光调Q Q和声光调制器都是利用晶体的声光效应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。正弦相位光栅，当光通过这样的介质时，发生衍射。 （ 2 2） 声光调制器是利用连续变化调制信号控制加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，使在换能器上的超声功率，使超

31、声波受到振幅调制，使相位延迟周期性改变，使输出光强发生相应的周期性相位延迟周期性改变，使输出光强发生相应的周期性改变；声光改变；声光Q Q开关在换能器上加一阶跃式的调制信号实开关在换能器上加一阶跃式的调制信号实现调现调Q Q。（1 1） 声光调制器采用两种衍射方式，喇曼奈斯衍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；声光调射和布拉格衍射；声光调Q Q考虑效率问题，只采用布考虑效率问题，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，不易实现调的衍射效率比较低，不易实现调Q Q。（目前也有这种。（目前也有这种衍射的衍射

32、的Q Q开关）。开关）。不同点：不同点：8）横模选择技术的物理基础和选横模两个基本原则）横模选择技术的物理基础和选横模两个基本原则不同的横模有不同的衍射损耗，控制衍射损耗选横模不同的横模有不同的衍射损耗，控制衍射损耗选横模选横模的物理基础选横模的物理基础须尽量增大高阶横模和基横模损耗须尽量增大高阶横模和基横模损耗比比1000/必须尽量减小激活介质的内部损耗必须尽量减小激活介质的内部损耗 及镜面及镜面损耗损耗 ，相应增大，相应增大 在总损耗中的重；在总损耗中的重；imd选横模两个基本原则选横模两个基本原则9）选纵模的基本思想？如何使其工作区域内只含有）选纵模的基本思想？如何使其工作区域内只含有一

33、个纵模？纵模选择方法？一个纵模？纵模选择方法？选纵模的基本思想选纵模的基本思想在增益曲线阈值以上的区域内，只包含一个纵模在增益曲线阈值以上的区域内，只包含一个纵模 1 1）设计谐振腔，增大纵模间隔）设计谐振腔，增大纵模间隔qq，使得在增益曲线，使得在增益曲线的阈值以上区域只有一个纵模可振荡；的阈值以上区域只有一个纵模可振荡； 2 2）增益曲线变窄，使其阈值以上区域只包含一个纵模）增益曲线变窄，使其阈值以上区域只包含一个纵模纵模选择方法纵模选择方法色散腔法色散腔法短腔法短腔法法布里法布里- -珀罗标准具法珀罗标准具法10）频率漂移、）频率漂移、稳定度和再现度稳定度和再现度的定义的定义 由于内部和

34、外部条件的变化，谐振腔频率仍然会在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。增益曲线内移动，从而使输出频率发生变化。频率漂移频率漂移 激光器在连续工作期间，它的频率改变量激光器在连续工作期间，它的频率改变量 与振与振荡频率荡频率 之比之比v v/v v稳定度稳定度再现度再现度 同样设计、同样方法制成的激光器，在同样条件下同样设计、同样方法制成的激光器，在同样条件下使用时，相互之间的频率偏差，或者是在完全不同设计使用时，相互之间的频率偏差，或者是在完全不同设计和不同条件下，用相同的能级跃迁所制成的激光器，其和不同条件下，用相同的能级跃迁所制成的激光器，其

35、振荡频率振荡频率 与原子跃迁中心频率偏差与原子跃迁中心频率偏差 之比之比vv/vv11）被动式稳频、主动式稳频的实质？）被动式稳频、主动式稳频的实质？主动式稳频技术主动式稳频技术主要思想？利用兰姆凹陷原理图说明其工作原理？主要思想？利用兰姆凹陷原理图说明其工作原理？实质是尽量将激光器与变化的外界环境隔离开来，实质是尽量将激光器与变化的外界环境隔离开来，减小外界环境对激光器的扰动，保证激光器稳定工作。减小外界环境对激光器的扰动，保证激光器稳定工作。被动式稳频被动式稳频主动式稳频主动式稳频 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

36、兰姆凹陷稳频法，无源腔稳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。频法，饱和吸收法。 主动式稳频技术主要思想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且还能指明是偏大还是偏小，然后将误差信

37、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，使激光工作频率稳定地在这特定的标自动调节腔长，使激光工作频率稳定地在这特定的标准频率上运转。准频率上运转。 当激光振荡频率当激光振荡频率V=VV=V0 0时，调制电压使激光在时，调制电压使激光在V V0 0附近附近变化，激光的输出频率将以变化，激光的输出频率将以两倍的频率周期性变化两倍的频率周期性变化，如，如图图O O点处；经选频放大器后输出为点处；经选频放大器后输出为0 0，此时附加电压输，此时附加电压输送到压电陶瓷上，因而激光器继续工作于送到压电陶瓷上，因而激光器继续工作于V

38、V0 0； 当当V V大于大于V V0 0时，即如图中时，即如图中B B点点，激光输出功率与调制，激光输出功率与调制信号信号同频同相，经选频放大器后输至相敏检波器，相同频同相，经选频放大器后输至相敏检波器，相敏检波器输出敏检波器输出负的直流电压负的直流电压，经放大后作用于，经放大后作用于压电陶压电陶瓷的外表面瓷的外表面，压电陶瓷将，压电陶瓷将缩短，腔长变长（缩短，腔长变长（V V变小），变小），从而振荡频率从而振荡频率V V被被拉回到拉回到V V0 0。 当当V V小于小于V V0 0时，即图中的时，即图中的A A点，激光输出功率与调点，激光输出功率与调制信号制信号同频反相同频反相，从相敏检波

39、器输出，从相敏检波器输出正的直流电压正的直流电压，它使它使压电陶瓷伸长压电陶瓷伸长，腔长变短腔长变短，V V变大变大，因而激光器振，因而激光器振荡频率又被自动荡频率又被自动拉回到拉回到V V0 0。 综上所述，基本方法是以增益曲线中心频率综上所述，基本方法是以增益曲线中心频率V V0 0为参为参考标准频率，当激光器考标准频率，当激光器V V偏离偏离V V0 0时，电子伺服系统通过压时，电子伺服系统通过压电陶瓷控制腔长，使激光振荡频率自动锁定在兰姆凹陷电陶瓷控制腔长，使激光振荡频率自动锁定在兰姆凹陷中心处。中心处。 1、光栅与、光栅与F-P标准具分光性能的比较标准具分光性能的比较1）色散本领）色

40、散本领通常情况下，通常情况下，d，由于光栅级次不高，由于光栅级次不高，cos光栅tgF P比比要大得多。要大得多。所以，所以，F-PF-P标准具的角色散要比光栅大得多。标准具的角色散要比光栅大得多。1ctgFPtg d标准具：dcosmdd光栅：d两者的分辨率都很高，光栅的分辨本领是由光栅总两者的分辨率都很高，光栅的分辨本领是由光栅总刻痕数决定的，刻痕数决定的，F-P标准具的分辨本领则依靠大的标准具的分辨本领则依靠大的干涉级次。干涉级次。2）分辨本领）分辨本领光栅和光栅和F-PF-P标准具的分辨本领标准具的分辨本领A=mNA=mN对于光栅，对于光栅，N N是光栅总刻痕数；对于是光栅总刻痕数；对

41、于F-PF-P标准具，标准具，N N是表征透射谱线锐度的条纹精细度是表征透射谱线锐度的条纹精细度综上所述，光栅和综上所述，光栅和F-PF-P标准具是两种不同类型的分光标准具是两种不同类型的分光元件，前者运用波段宽，但是所得光谱线宽，不能作元件，前者运用波段宽，但是所得光谱线宽，不能作精细分析。后者只能用于极窄的波段范围，所得谱线精细分析。后者只能用于极窄的波段范围，所得谱线也窄，可在小范围内作谱线精细分析。也窄，可在小范围内作谱线精细分析。3）自由光谱范围）自由光谱范围自由光谱范围可表示为：自由光谱范围可表示为：()fGm 由于光栅是在低级次运用，所以由于光栅是在低级次运用，所以G很大，而很大

42、，而F-P标准具标准具是在高级次使用，是在高级次使用，G较小，只能在很窄的光谱区内使用。较小，只能在很窄的光谱区内使用。2、一个15cm宽的光栅，每毫米内有600个衍射单元，在可见光波段的中段（=5500埃），求1级谱线中两条谱线的位置，光栅的角色散，光栅的分辨本领以及光栅能分辨的最小波长差。解：光栅的缝间距离1600dmm5500sinsin0.331600dmdmm19.3光栅的角色散本领光栅的角色散本领：516.3 10/1coscos19.3600dmDraddd光栅的总刻痕数：光栅的总刻痕数： 415600/9 10Ncmmm光栅的分辨本领：光栅的分辨本领： 49 10mN 光栅分辨

43、的最小波长差：光栅分辨的最小波长差： 555000.060.9 10dmN3、增透膜、增反膜定义、增透膜、增反膜定义 镀制低折射率的镀制低折射率的/4/4膜（膜（n n0 0nn1 1nn2 2），可使），可使R R变变小，达到增加透射光强的目的。小，达到增加透射光强的目的。 增透膜增透膜 镀制高折射率的镀制高折射率的/4/4膜，使得膜，使得n n0 0nn1 1n n2 2，使得，使得R R变大，达到增加反射光强的目的。变大，达到增加反射光强的目的。增反膜增反膜4、多层介质膜为什么能实现所需的反射率？介质膜、多层介质膜为什么能实现所需的反射率？介质膜层数愈多，反射率层数愈多，反射率R愈大？愈

44、大？ 利用薄膜中的多光束干涉效应，通过改变介利用薄膜中的多光束干涉效应，通过改变介质材料和膜层数，从而改变光学元件的反射率和质材料和膜层数，从而改变光学元件的反射率和透射光强的比例。透射光强的比例。 在光学玻璃上镀介质膜，层数愈多，反射在光学玻璃上镀介质膜，层数愈多，反射率率R R愈大从物理上来看，这种结构之所以使愈大从物理上来看，这种结构之所以使R R大大增，是由于在各界面面镀制不同折射率的介质膜，增，是由于在各界面面镀制不同折射率的介质膜，当光入射各界面时，在各界面上的反射波相位交当光入射各界面时，在各界面上的反射波相位交替变化替变化 ，使得入射面上的各个反射波总是相，使得入射面上的各个反

45、射波总是相干加强。干加强。1805、利用偏振器如何使两束线偏振光分散的角度增大？、利用偏振器如何使两束线偏振光分散的角度增大？1 1）把具有双折射的晶体或棱镜组合使用，从而增大）把具有双折射的晶体或棱镜组合使用，从而增大两束偏振光分开的角度，以便获得两束线偏振光。两束偏振光分开的角度，以便获得两束线偏振光。 2）利用两束线偏振光折射的差别，使其中的一束由）利用两束线偏振光折射的差别，使其中的一束由偏振器反射掉，另一束发生折射，从而获得一束线偏偏振器反射掉，另一束发生折射，从而获得一束线偏振光。振光。1）光电探测器的物理效应及其特点？）光电探测器的物理效应及其特点？光电探测器的物理效应光电探测器

46、的物理效应光子效应光子效应光热效应光热效应光子效应特点光子效应特点对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。光热效应特点光热效应特点2）光电导效应、光伏效应定义？）光电导效应、光伏效应定义？光电导效应光电导效应当半导体材料被光照时，由于对光子的吸收随载流子当半导体材料被光照时，由于对光子的吸收随载流子的浓度增大而增大，因而导致电导率增大。的浓度增大而增大，因而导致电导率增大。光照光照零偏零偏pn结产生开路电压的效应结产生开路电压的效应光伏效应（光生伏特效应）光伏效应（光生伏特效应）3）光电发射效应定义？能量关系及物理意义？产生）光电发射效应定义？能量关系及物理意义？产生光电发射效应的条件光电发射效应的条件? 在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的