光电子-填空计算

1、第二章光学基础知识与光场传播规律1 填空题（1）光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效应 等。光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。两束光相干的条件是频率相同、振幅方向相同、帀位差恒定，最典型的干涉装置有杨氏一双缝干涉、迈克耳孙干涉仪。两束光相长干涉的条件是（m = 0 1,_2,）聖光程差。两列同频平面简谐波振幅分别为E。/、EO2,位相差为，则其干涉光强为E” E022 2Eo!Eo2 COSA-，两列波干涉相长的条件为厶，2二m （m二0, _1,_2,）波长的光经过孔径 D的小孔在焦距f处的衍射爱里斑半径为1.22, 2、在玻璃=2.25,叮

2、 =1）上涂一种透明的介质膜以消除红外线（ =0.75m）的反射。（求该介质膜应有的介电常量及厚度。如紫外线（ =0.42m）垂直照射至涂有该介质膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少?正入射时，当n =门时，膜系起到全增透作用0.75= 0.153 0.75= 0.153 mh = k04n 4 1.225正入射时，反射率为血讥）2曲血（昭 7）2血讥）2曲血（昭 7）2前 2细(n-nG)2cos2血压心型严 n）2sin上022 二 nh血飞）2八2 （业“sin上022二 nh22応n打（1.0-1.5）2COS 20_扎 4n、3.57%（1.0 1.5）COS2 n，o （1.0

3、 1-5+1 225）2si n2炸兀n 九门0 4n 1.2250 4n5、束波长为 0.5 的光波以 45角从空气入射到电极化率为 2+ j0.6 的介质表面上，求 （此光波在介质中的方向（折射角）。( n2 = 1 2 = 3 n 3(6a r c srn1.5 和 2.5。问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系6、输出波长二632.8 nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和1.5 和 2.5。问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系的，这两种材料的折射率系数分别为数大于 99.5%?r人一(出)2诚设玻璃的折射率rG 设玻璃的折射率rG = 1.5由题意:no()GI 7

4、0.995,H 2P HrL1-二曾 _| - 1-二曾 _| - 59975即會 厂551 . 50.0025 (-)2P1.997531.5(|)2P.7吩10.29P：5145故至少涂覆6个双层。第三章激光原理与技术1、填空(1)最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是196年由美国家的梅曼制作的红宝石激光器。光在各向同性介质中传播时复极化率的实部表示色散与频率的关系虚部表示物质 收与频率的关系。激光器的基本结构包括激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。激光产生的充分条件是阈值条件和增益饱和效应，必要条件包括粒子数反转分布和减少振荡模式数。1、填空(1)最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是1

5、96年由美国家的梅曼制作的红宝石激光器。光在各向同性介质中传播时复极化率的实部表示色散与频率的关系虚部表示物质 收与频率的关系。激光器的基本结构包括激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。激光产生的充分条件是阈值条件和增益饱和效应，必要条件包括粒子数反转分布和减少振荡模式数。今有一个球面谐振腔，门=15m,r2=-1m, L=80cm,它属于稳定腔。3、计算与推导(入二 0.5 卩 m 时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？ T=300K 时，什么波长下 自发辐射率相等？自发辐射率为A21,受激辐射率为W21。Wr二B21( 21)。A218 二 hn21Bc由爱因斯坦关系式可知:由普朗克公式可

6、知：C3由题意心W21，故旳(*)十1,k In 2he _ 6.63 汩 4 3 108k In 21.38 10八3 0.5 10八 0.6931=4.16 103K当 T=300K 时hekT In 26.63 101.38 20341086.932 10 m300 0.6931(2)He-Ne激光器的反射镜间距为02m,求最靠近6328nm跃迁谱线中心的纵模阶数、纵 模频 率间隔。如果增益曲线宽度为1.5 109 Hz,则可能引起的纵模总数是多少？气体的折射率 n： 12nL 2 1 0.2 5q 632.8 10=632 10扎c 3 108纵模频率间隔一q二二 =7.5 108 H

7、z2nL 2 1 0.2实际振荡纵模总数如彳卷卜辟一 红宝石激光器的工作物质有特性：N2 - N= 5 107/cm3、300K处，12 1O11Hz,飞=3 10s, - =4.326 10uHz, n=1.78，求其在中心频率处的增益 g( )系数 G(.)解: GNN 8i 8羔解: GNN 8i 8羔 22齐=5 107(308 02 28 1.782 1 0： 4.326 10口)212 1011=5.035 102/cm第四章 光波导技术基础1、某光纤传输的波段为0.8 0.9J m。若每一路电话带宽为4kHz,每套彩电节目带宽10MHz,则 该光纤理论上可传送多少路电话或多少套彩

8、电节目？解：光纤传输的频率 f 故它传输波段为 3.333 1014 3.75 1014,4-0.417 1014,能传播的电话数目弘二041714能传播的电话数目弘二0417141.04 10104 汉 103能传播的彩电数目2= 0.417 104.17 10610勺07、设有一平面介质波导，各层折射率分别为ni二221,吐=2.1, n3 =1,波导层厚度dnm。3 _若总反射相移为2，则当入射光波长为1.31m时，波导中能传输的模式总数是多少？2要想传输单漠,波导层厚度应如何设计？若要传输1.555的入射激光，重复、的计算。解：归一化频率2.21 -2.1 2 4.8356-n2 解：

9、归一化频率2.21 -2.1 2 4.8356-22=2 4.6 10打 *1.31X0传播模数m J （V -士H故传播模式总数为5。由题意 m：1 得传播模数m J （V -士H故传播模式总数为5。由题意 m：1 得产2（八12V 1 .75 得 d =075?4.8356二-0.75二）=4.0856H13）121.665m归一化频率V二空g厂？二绻462.21 八2.1 240869 :1.55X01传播模数 m （ V -士 于住14.0869二-0.75二）=3.3369兀故传播模式总数为4。由题意 m：由题意 m：1得丄（V-些）12V 1 . 7 5得d =1.970m,刊52

10、,刊52,n128、波长为1-Am的光射入单模阶跃折射率光纤，其芯区与包层折射率分别为n =1.422（1）若将其至于空气（折射率为1）中，则其数值孔径、最大入射角及芯径分别为多少？ 若将其置于水（折射率为1. 33）中呢？解：数值孔径N.Anf-nj 1.52 -1.42 2 0.542NA二 nsin ax得max=arcs in0.542 =32.82由于是单模传播，故 V：2.4 05.n2 於数值孔径N.A. nj - n22 二.1.52 -1.42 2 0.5422a 2.40501.836 5N A二 n Si nmax 得0.542 o0.542 omax = arcsin

11、=o 24.051.33由于是单模传播，故V ：2.4 052 a 22:ni:ni门 2 :2.4050= 1.836Jn2 = 1.836Jn2 -n；1兀9、波长匸55的光从空气中射入纤芯直径8m、纤芯折射率厲邛.458的单模阶跃折射率光纤中,458求若包层折射率 压=1.448，求其数值孔径与最大入射角包层折射率应在何范围内方能维持单模传输？得出包层折射率为n2= 1.453时的模式有效折射率。得出最大入射角n0 sin 爲=0.17 得八 arcsin0.17 =9.815。0ma由归化频率V 二 N.A. 2.4050解：数值孔径N.A.f、 ri1-ri22=、 1.458 -1

12、.448 2 0.1712- 28 io厂 1.4582二 n2: : 2.4051.55 102n2 1.450由归化传播常量在弱导条件 n n2QfPn二由归化传播常量在弱导条件 n n2QfPn二2 2门12k0n2和-：亦2 22=koni 1 -(1-b)V2 0.5k0n12a2 2得出有效折射率neff 口 =1.458第五章 光调制技术光信息系统的信号加载与控制第五章 光调制技术光信息系统的信号加载与控制1215、 某晶体在550nm时的畑。肿无外场时的主折射率为1.58，求其半波电压解：V 3芫2676.5Vk0no 632no *6316、 一个拉曼一奈斯声光调制器，晶体折射率为n=1.46，声波速度v =595io m/s濒率为10MHz，光波波长一，证明最大声光耦合长度为，并求该晶体的最大声光耦合长度。1上2将数据代入得: LmaxnV2将数据代入得: LmaxnV22宀2=0.1667m1.46 (5.95 103)22 1