光电子考试重点集合
第一章、光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？A、光电子器件按 d ?(?21) ? 0 ，表示光束在粒子数反转分布状态下的工作物质中的工作物质中传播时， 这样，可将一个短脉冲的形成过程分为四个阶段，如图 3－27 所示：第一阶段
功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件。B、光源 光能 密度将不断增加。我们称这种状态的物质为激活介质。
器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光和非线性光学器件等。非相 干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。
光在谐振腔内传播时，由于 R2 <1，光在镜面上总有一部分投射损失，且镜面和激 活介质总还存在着西都、散射等损失，因而只有光的增益能超过这些损失时，光波才
C、光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。 能被放大，从而在腔内振荡起来，这就是说，记挂更年期必须满足某个条件才能“起
D、光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。E、光探测 振 ”， 称 这 个 条 件 为 振 荡 阈 值 条 件 。 往 返 一 次 光 束 强 度 变 化 过 程 为
（ t0 t1 t2 ），从 t0 时刻光泵浦开始， N 的增长率占优势；直到 t1 时刻 N 达到 阈值条件 N ＝ Nth 而产生激光，使激光器内光子数密度 ? 急剧增加；受激辐射使
N 减少速率也逐渐便快，但只要泵浦引起的增长率大于受激辐射引起的减小率， N 仍在增加，直到 t ? t2 时刻，二者速率相等， N 达到极值。第二阶段（ t2 t3 ），
器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器、各种传感器等。F、光存 储器件分为光盘(包括 CD、VCD、DVD、LD 等)、光驱、光盘塔等。 2．谈谈你对光电子技术的理解。光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量 相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子 学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。 第二章⒈填空题⑴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。⑵两束 光相干的条件是频率相同、振幅方向相同、相位差恒定，最典型的干涉装置有杨氏双 缝干涉、迈克耳孙干涉仪。两束光相长干涉的条件是
I1 ? I0GL , I2 ? I1R2 , I3 ? I2GL , I4 ? I3R1 ，于是 I4 ? I0R1R2GL2 。如果 I4 ? I0 ，
则光束通过激活介质振荡一次后，强度减小，从而多次振荡后光强将不断衰减，因而 无法形成激光振荡；若 I4 ? I0 ，则随着振荡的不断进行，光强逐渐加强，形成有效的
N > Nth 仍成立，激光继续产生，腔内光子数密度? 仍急剧增加，受激辐射造成的 N 减少速率也继续增大，超过泵浦引起的增长率， N 开始减小，直到t2 ? t3 时刻， N 又回到阈值 N ＝ Nth 。 第三阶段（ t3 t4 ）， t3 之后， N ? Nth ，增益小于损耗， 腔内光子数密度急剧减小；但仍有 N ? 0 ，即受激辐射大于零，因而 N 继续减少，
激光振荡。课件，形成激光振荡的条件为 I4 ? I0 。于是，激光振荡必须满足的最起 但减少速率便小，直到 t ? t4 时刻，增加速率等于减小速率， N 达到极小值。第四
码条件为 R1R2GL2 ? 1 。由之可得增益的阈值为
G(? )th
?
?
1 2L
ln
R1R2
，又
G (? )th
?
(N2
g1 g2
?
N1)Kg(?) 于是由此还可推出激光振荡的反
阶段（t4 ? t5 ），t4 之后， N 的增加率再次占优势，直到 t5 时刻，再次达到阈值 Nth ， 将开始下一轮振荡。/在整个氙灯泵浦时间内，以上四个阶段不断重复，形成了依稀 类的尖峰结构，而且，泵浦越强，尖峰形成越快，尖峰时间间隔越小。
? ? m?(m ? 0, ?1, ?2, ) ? 为光程差。 ⑶两列同频平面简谐波振幅分别为 E01 、E02，位相差为 ? ，则其干涉光强为 E012 ? E022 ? 2E01E02 cos ? ，两列
转粒子数阈值公式 (N2
g1 g2
?
N1 )th
?
?
1 K
ln R1R2 2Lg (? )
?
?
4? A21? 2
g1 ln R1R2 g2 Lg(?)
理论和时间结果表明：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常
第四章⒈某光纤传输的波段为 0.8 0.9?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电节目？光
波干涉相长的条件为 ? ? 2? m(m ? 0, ?1, ?2, )
? ⑷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 ? f 。 D
⒉在玻璃 (?r ? 2.25, ?r ? 1) 上涂一种透明的介质膜以消除红外线 (? ? 0.75?m) 的反射。⑴求该介质膜应有的介电常量及厚度。⑵如紫外线 (? ? 0.42?m) 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？
量；而当入射光强增加到一定成都时，增益系数将随光强的增大而减小，即 G(? ) 应
I 写为 G(?, I ) 。这种 G(?, I ) 随着 的增大而减小的现象，称为增益饱和效应。它是
激光器建立稳态振荡过程的稳定振荡条件。
设想某种工作物质在泵浦作用下（无外加光场）实现了粒子数反转，即
E ? E N0
?
N20 g2
?
N10 g1
? 0 当外加光强出现时，感应了 E2
?
E1 的受激发射和
1
2 的受
纤传输的频率
f
?
c ?
,故它传输波段为 3.333?1014
3.75?1014 ，
f
? 0.417 ?1014 ,能传播的电话数目 N1
?
0.417 ?1014 4 ?103
? 1.04?1010
能传播的彩电数目 N2
?
0.417 ?1014 10 ?106
?
4.17 ?106
⒉ 什么是光波导？平面介质光波导中几类模式各有何特点？光波导就是能使光低损
⑴ n ? ?r ? 1.5 正入射时，当 n ? n0 nG 时，膜系起到全增透作用 n ? n0 nG ? 1.0?1.5 ? 1.225，正入射下相应的薄膜厚度最薄为
激吸收，两种过程的概率相等（W21 ? W12 ）,由于 N1 g1 ? N2 g2 ，因而 E2 ? E1 的粒子 耗传输的通道，它将光限制在一定路径中向前传播，减少了光的耗散，便于光的调制、
数大于 E1 ? E2 的粒子数，其结果使新平衡下的反转粒子数 N ? N 0 ，G(?) 变小； 由于外加光场 I (?) 越强，造成粒子数反转的减少就越严重，因而随着往返振荡，I (?)
耦合等，为光学系统的固体化、小型化、集成化打下了基础。 图 4－1 和 4－2 所示：
⑴? ? ?c12 ? ?c13 此时，上、下界面均满足全反射条件。在满足相位匹配方程：
h ? ?0 ? 0.75 ? 0.153?m 4n 4?1.225
不断增大，使得 G(?) 不断减小，知道光所获得的增益恰好等于在激光腔内的损耗， 就建立了稳态的振荡，形成了稳定的激光输出。
2k0n1d cos? ? ?12 ? ?13 ? m 2? (m ? 0,1, 2, )，m 的不同取值对应于横向驻波波节数， 每一个 m 值对应一个稳定的横向分布，这种波导中稳定的场分布称为导波模式，简称
⑵正入射时，反射率为
? ⑻ 简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线型函数的类型。一般来讲，谱线展 导模。这说明：并未满足? ? ?c12 ? ?c13 n1 的所有 角入射的光场均可形成导波，
?正
?
(n0 (n0
? nG )2 ? nG )2
cos2 cos2
2? nh ?0
2? nh ?0
? ( n0nG n
? ( n0nG n
? n)2 sin2 ? n)2 sin2
2? nh ?0
2? nh ?0
?
(n0
? nG )2
(n0
?
nG
)2
cos2
2? nh ?0
cos2 2? nh ? ( n0nG ? n)2 sin2
?0
n
2? nh ?0
? 3.57%
6、输出波长 ? ＝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
宽分均匀展宽与非均匀展宽两大类。①均匀展宽的特点是：引起均匀展宽的机制对于
每一粒子而言都是相同的。任一粒子对谱线展宽的贡献都是一样的，不可能把线型函
数某一特定频率与某些特定粒子相联系起来，每个发光粒子都以洛伦兹线型发射。均
匀展宽又包括自然展宽、碰撞展宽和热振动展宽等。Ⅰ自然展宽是由于粒子存在固有
的自发跃迁，从而导致它在受激能级上寿命有限所形成的。由于它是粒子本身固有性
1
质决定的，自然存在的，因而称为自然展宽。
gN
(? )
?
4?
2 (?0
?s ??)2
?
(1 2? s
)2
可见 gN (? )
表达式具有洛伦兹型。Ⅱ碰撞展宽是由于气体中大量粒子无规则运动而产生的碰撞引
起的谱线展宽。碰撞展宽分为两种情况。一种是当处于激发态的粒子与其他粒子和器
壁发生非弹性碰撞，从而将自己的能量传送出去回到基态。另一种是粒子发射的波列
对于一定波长的光波，只有满足上式的? 角入射的光波才可形成导波。即只有某些
? ? ? 大于 c12 的 m （?m ? ?c12 ）才能形成导波，且 m 越大， m 越小，即小的入射角
度相应的模式阶次高，z 向单位长度内导模上下振荡次数多。
n ⑵?c13 ? ? ? ?c12 在 n1 、 n3 界面反射， n1 、 n2 界面投射，光线向衬底 2 辐射，不
再形成导波，称为衬底辐射模 ⑶? ? ?c13 各面均不满足全反射条件，光线在两个界面上都发生透射，这种模式称 为包层辐射模。 3、几何光学和物理光学在分析平面介质光波导中光传输时各自的出发点是什么？A、 几何光学分析法从介质界面观点出发得出，光波导的基本原理是光在介质表面的全反
ThF2 形成的，这两种材料的折射率系数分别为 1.5 和 2.5。问至少涂覆多少个双层 发生无规则相位突变而引起展宽。但此时粒子能量并不发生明显变化，这种碰撞称消 射。B、物理光学分析是从麦克斯韦方程出发，分析电磁场在三层波导中的分布情况，
才能使镜面反射系数大于 99.5％？
相碰撞。由于碰撞的随机性，我们用平均碰撞时间来表征碰撞过程，其线型函数也如 从而得出波导中光波导传播情况的方法
设 玻 璃 的 折 射 率 nG ＝ 1.5 由 题 意 ：
?正，?0
?
? ? n0
?
? ??
n0
? ( nH nL
? ( nH nL
)2P )2P
nH2 nG nH2 nG
?2 ? ? ? ??
? 0.995
，即
1? (2.5)2P 1.52
1.5 1? (2.5)2P
1.5 1 . 52
?
?0
.
9
9
7
5
1.5 1.5
即 0.0025? (5)2P ?1.5 ? 1.9975 3
(5)2P ? 532.7 2P ?12.3 P ? 7 故至少涂覆 7 个双层。 3 第三章 1．填空⑴最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是 1960 年由美国家的梅
曼制作的 红宝石激光器。⑵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，虚部表示物质吸收与频率的关系。⑶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
同由随机自发跃迁所引起的自然展宽那样，具有形式
gc (?) ?
2?
???(?0
?c ??)2 ? (
?c
2
)2
? ??
。Ⅲ热振动展宽是由晶格热振动引起的谱线展宽，在固
体激光物质中其量级远大于前两者，晶格原子的热振动使发光粒子处于随时间周期变
化的晶格场中，引起能级振动，导致谱线展宽，这种展宽与温度关系最大，但其线型
函数解析式很难求，常用实验来测知。②非均匀展宽的特点使粒子体系中粒子的发光
只对谱线内与其中心频率相对应的部分有贡献，可以区分为线型函数的某一频率范围
是由哪些粒子发光所引起的。这种展宽主要包括多普勒展宽与残余应力展宽。Ⅰ多普
勒展宽是由于气体物质中作热运动的发光粒子所产生的辐射的多普勒频移引起的。多
普勒展宽的线型函数
gD (?)
?
c ?0
(m 2? KT
1
)2
e?
2
mc2 KT?02
(?0 ?? )2
Ⅱ残余应力展宽是固体激
光物质内部残余应力引起的，其中一种是晶格缺陷所致，非均匀分布的缺陷引起不同
⒍ 光纤的基本结构是什么？单独的纤芯可否作为光波导？包层的作用是什么？光纤 传输光的基本原理是什么？什么是传输模、辐射模和消逝模？
光纤由传导光的纤芯（折射率 n1 ）和外层的包层（折射率 n2 ）两同心圆形的双层 结构组成，且 n1 ? n2 。外面再包以一次涂覆护套和二次涂覆护套。
单独的纤芯不能作为光波导，光波导由纤芯和包层共同组成。 包层对纤芯起保护作用，包括增加光纤的机械强度，避免纤芯接触到污染物，以及 减少纤芯表面上由于过大的不连续性（即界面两边的折射率差别过大）而引起的散射 损耗率。 光波在光纤中传播有 3 种模式，导模（传输模），漏模（泄漏模）和辐射模。 导模是光功率限制在纤芯内传播的光波场，又称芯模。其存在条件是 n2k0 ? ? ? n1k0 。 在纤芯内电磁场按振荡形式分布，为驻波场或传播场，在包层内场的分布按指数函数 衰减，为衰减场，模场的能量被闭锁在纤芯内沿轴线 Z 方向传播。 漏模是在纤芯及距纤壁一定距离的包层中传播的光波长，又称包层模。其存在条件
条件包括粒子数反转分布和减少振荡模式数。 ⑷今有一个球面谐振腔，r1=1.5m,r2=-1m,L=80cm,它属于稳定腔。
位置粒子?0 不同；另一种是由物质本身原子无规则排列构成的。这类展宽的解析形 是 n2k0 ? ? 。在纤芯中的没长能量可通过一定厚度的“隧道”泄漏导包层中，形成振
式难以求证，常用实验测定。
荡形式，但其振幅很小，传输损耗也很小。
2．试简单说明以下光电子学术语的科学含义： ⑴受激辐射(画出二能级图)处于激发态 E2 上的原子，在频率为υ 21 的外界光信号作
用下，从 E2 能级跃迁到 E1 能级上，在跃迁过程中，原子辐射出能量为 h?21 、与外界
⑽ 激光器按激光工作介质来划分可分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典 辐射模在纤芯和包层中均为传输场，其存在条件是 ? ? n2k0 。在此条件下,波导完
型波长、转换效率、典型特点。按激光工作物质的类型有如下划分：
全处于介质状态，光波在纤芯与包层的界面上因不满足全反射条件而
⒈气体激光器 根据气体激光工作物质的能级跃迁类型，又可将之分为原子、离子、 生折射，模场能量向包层逸出，光纤失去对光波场功率的限制作用。
光信号处于同一状态的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光粒子，产生更多状态 分子、准分子型气体激光器。
相同的光子，这样，在一个入射光子作用下，就可以产生大量运动状态相同的光子， 原子气体激光器最常见的是 He-Ne 激光器，它发出的有 0.6328 ?m 的红光和
n ⒎ 设有一平面介质波导，各层折射率分别为 1 =2.21, n2 =2.1, n3 =1,波导层厚度
这一发射过程称为受激发射过程。
⑵谱线的多普勒加宽 多普勒展宽是由于气体物质中作热运动的发光粒子所产生的辐
射的多普勒频移引起的。
⑶谱线的自然加宽 自然加宽是由于粒子存在固有的自发跃迁，从而导致它在受激能
级上寿命有限所形成的。
⑷光放大 光束在激活介质中传播时，设入射端面处光强为 I0 (? ) ,距离 x 处光强为
I (? )
，且
N1
g1
?
N2
g2
，则
d ? (?21) ? (?21)
?
dI (?21) I (?21)
?
(N2
g1 g2
?
N1 ) B21h? 21dt
?
0
可见光强在激活介质中不
断放大，为此，我们引入激活介质的增益系数 G(?)
，
G (? )
?
dI (?) I (?)dx
，式中， dI(?)
是
传播距离 dx 时的光强的增量。这说明：介质的增益系数在数值上等于光束强度在传
播单位长度的距离时，光强增加的百分数。由于 dI(?) ? 0 ，因而 G(?) ? 0 ，所以 G(?) 可
以表示光在激活介质当中的放大特性。
3.计算与推导 ⑵He-Ne 激光器的反射镜间距为 0.2m，求最靠近 632.8nm 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
? 1，由?q
?
c 2nL
q
得q
?
2nL ?
?
2?1? 0.2 632.8 ?10?9
?
6.32 ?105
3.39 ?m 、1.15 ?m 两种红外光，He-Ne 激光器输出功率较小（几 mW 到 100mW），能 d ? 4.6?m 。若总反射相移为 3 ? ，则当入射光波长为1.31?m 时，
量转化效率较低（0.01％），氮气单色性好，谱线宽度很窄，频率稳定度高，方向性
2
⑴波导中能传输的模式总数是多少？⑵要想传输单漠，波导层厚度应如何设计？⑶
好，发散角小，相干长度可达几十公里。
若要传输1.55?m 的入射激光，重复⑴、⑵的计算。
离子气体激光器典型的有 Ar ? 激光器，它输出多种波长，最强的是 0.488 ?m 的蓝 光和 0.5145 ?m 的绿光，输出功率可达 500MW/ cm2 ,最大功率可达 150W，能量转换
效率为千分之几，其所需泵浦功率高，需耗散很多热量。
分子气体激光器中最具代表性的是 CO2 激光器，输出为 10.6 ?m 的红外线，其效
率高达 30％，输出功率近似与管子长度成正比。 CO2 激光器的特点是：效率高、功
⑴归一化频率
V ? 2? d ?0
n12
? n22
?
2? ? 4.6?10?6 1.31? 10?6
?
2.212 ? 2.12 ? 4.8356?
传播模数
m ? 1 (V ? ?12 ? ?13 ) ? 1 (4.8356? ? 0.75? ) ? 4.0856 ,故传播模式总数为 5。
?
2
?
⑵由题意 m ? 1
得 1 (V ? ?12 ? ?13 ) <1 V ?1.75?
?
2
得d
?
1.75?0 2 n12 ? n22
? 1.665?m
率强、工作稳定、单色性好、波长适于光通信等。 准分子激光器的工作物质为稀有气体与卤素气体的混合气体，这是一类工作在紫外
⑶归一化频率
V ? 2? d ?0
n12
? n22
?
2? ? 4.6?10?6 1.55?10?6
?
2.212 ? 2.12 ? 4.0869?
波长段的高效脉冲激光器。稀有气体与卤素气体的不同组合所得激光波长不同。通常 采用 He、Ne 将由数千帕的稀有气体合压力数百帕的卤素气体组成的混和气体稀释成
传播模数
m ? 1 (V ? ?12 ? ?13 ) ? 1 (4.0869? ? 0.75? ) ? 3.3369 故传播模式总数为 4。
?
2
?
数百千帕的混和气体作为激光工作物质，所形成的激光器输出能量为数百微焦耳，发 光效率 1％，重复频率数千赫兹。 ⒉液体激光器 这种激光器又可分为无机液体激光器和有机液体激光器。其中最重要
⑵由题意 m ?1，得 1 (V ? ?12 ? ?13 ) <1 V ?1.75?
?
2
得d
?
1.75?0 2 n12 ? n22
? 1.970?m
⒏ 波长为 1.3?m 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
的一类是染料激光器，其主要优点是：波长连续可调（调谐范围从紫外直到红外）、
价格低、增益高、输出功率可与固体和气体激光器相比、效率较高、激光均匀性耗、 n1 ? 1.52 ， n2 ? 1.42 。⑴若将其至于空气（折射率为 1）中，则其数值孔径、最大
纵模频率间隔
?q
?c? 2nL
3? 1 08 ? 7 . 5? 2? 1? 0 . 2
18 0Hz
，
实际振荡纵模总数
? q??
??
?T ?q
? ? ??
?
1
?
?1
? ?
7
. .
5? 5?
19 0? 180?? ? 1?
3
⑶ 红 宝 石 激 光 器 的 工 作 物 质 有 特 性 ： N2 ? N1 ? 5?107 / cm3 、 300K 处 ，
?
?
1 g(?0 )
?
2 ?1011 Hz
，?s
?
3?10?3 s
，?
?
4.326 ?1014
Hz
，n=1.78,求其在中心频率
制备容易、可以循环操作、利于冷却、典型的是若丹明 6G 染料激光器。它在脉冲工 入射角及芯径分别为多少？ ⑵若将其置于水（折射率为 1.33）中呢？
作时的波长是 590nm，平均功率是 100W，效率为 0.5％。⒊固体激光器 典型的例子 ⑴数值孔径 N.A. ? n12 ? n22 ? 1.522 ?1.422 ? 0.542 ， N.A. ? n0 sin ?max
有 Nd:YAG（掺钕的钇铝石榴石激光器）。该类激光器可以脉冲工作，也可以连续工作，
产生的跃迁中以 1.06 ?m 的激光为最强。这类激光器的最大有点是受激辐射跃迁概
率大、泵浦阈值低、容易实现连续发射，近几年向二极管激光器泵浦的全固态小型化 方向发展，转换效率可达 10％。 ⒋半导体激光器 同质结半导体激光器的激光工作物质为由半导体材料构成的有源
?max ? arcsin 0.542 ? 32.820
由于是单模传播，故 V ? 2.405
2? a ?0
n12
? n22
?
2.405 ， 2a ?
2.405?0 ?
1 ?1.836 ?m
n12 ? n22
得
处的增益系数G(?) 。 G(? )
?
(N2
?
N1
)
?02 8?n2?
s
g(? 0 )
? 5.03?10-10
4．简述题⑴ 简述激光的特点。激光的特点主要表现在以下四个方面：①激光具有激
区：Ⅲ－Ⅴ族化合物，如 GaAs，InP 为直接带隙结构。具有输入您那过量最低，效率 最高，体积最小，重量最轻，可以直接调制，结构简单，具有集成电路生产的全部优 点，价格低廉，可靠性高，寿命长。
⑵数值孔径 N.A. ? n12 ? n22 ? 1.522 ?1.422 ? 0.542 ， N.A. ? n0 sin ?max
得 ? max
?
arcsin
0.542 1.33
?
24.050
，由于是单模传播，故
V ? 2.405
光极好的方向性②激光的单色性非常好③激光的相干性好④激光具有极高的亮度和
异质结半导体激光器由两种不同带隙的半导体材料薄层，如 GaAs 和 AlGaAs 所组
单色亮度。信息光电子技术中所用的光源，着重单色性、高速脉冲性、方向性、可调 成。与同质结半导体激光器相比，异质结半导体激光器具有有源层厚度薄，阈值电流
2? a ?0
n12
? n22
? 2.405 ， 2a ?
2.405?0 ?
1 ?1.836 ?m
n12 ? n22
谐性和高能量密度等。激光正是满足这些条件的最好的光源。⑸ 以一个三能级原子 密度低、内部损耗低、电－光转换量子效率高、可通过改变混晶比调节输出波长等一 ⒐ 波长1.55?m 的光从空气中射入纤芯直径8?m 、纤芯折射率 n1 ? 1.458 的单模阶跃折射
系统为例，说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。激光器的基本结构包括激 系列优点。
率光纤中，求 ⑴若包层折射率n2 ? 1.448 ，求其数值孔径与最大入射角。
光工作物质、泵浦源、和光学谐振腔。A、激光工作物质提供形成激光的能级结构体
量子阱半导体激光器功耗更低、输出功率更高、发射光谱更纯、响应速度更快、 ⑵包层折射率应在何范围内方能维持单模传输？
系，是激光产生的内因。要产生激光，工作物质只有高能态（激发态）和低能态（基 态）是不够的，还至少需要有这样一个能级，它可以使得粒子在该能级上具有较长得 停留时间或较小得自发辐射概率，从而实现其与低能级之间得粒子数反转分布，这样 得能级称为亚稳态能级。这样，激光工作物质应至少具备三个能级。 （画三能级图）如图，其中 E1 是基态，E2 是亚稳态，E3 是激发态。外界激发作用使 粒子从 E1 能级跃迁到 E3 能级。由于 E3 的寿命很短（1.0E-9s 量级），因而不允许粒
波长覆盖范围更宽、更容易阵列化。AlGaAs/GaAs 量子阱激光器的波长是 980nm，平 均功率为 0.2W，转化效率为 20－30％。AlGaAs/GaAs 量子阱阵列激光器的波长为 808nm，平均功率为 100W。 11、分析同质结半导体激光器与发光二极管的区别与联系。同质结半导体与发光二极 管的联系：正向偏压下，大量电子和空穴分别通过耗尽层注入到 p 侧和 n 侧，于是导 带中存在电子而价带中不存在电子，形成粒子数反转分布；同质结半导体与发光二极
⑶包层折射率为 n2 ? 1.453 时的模式有效折射率。
⑴数值孔径
N.A. ? n12 ? n22 ? 1.4582 ?1.4482 ? 0.17
最大入射角 由 n0 sin?max ? 0.17 得?max ? arcsin 0.17 ? 9.8150
⑵由归一化频率 V ? 2? a N.A. <2.405 ?0
子停留，跃迁到 E3 的粒子很快通过非辐射迟豫过程跃迁到 E2 能级。由于 E2 能级是 管的区别：发光二极管的结构公差不严格，而半导体激光器需要精确控制制造工艺， 亚稳态，寿命较长（1.0E-3s 量级），因而允许粒子停留。于是，随着 E1 的粒子不断 以保证两个端面形成极为光滑平整且互相平行的光学谐振腔。当低于激光阈值时，注
? 8?10?6 1.55 ?10?6
1.4582 ? n22 ? 2.405
得出 n2 ? 1.450
被抽运到 E3，又很快转到 E2，因而粒子在 E2 能级上大量积聚起来，当把一半以上的 粒子抽运到 E2，就实现了粒子数反转分布，此时若有光子能量为 hυ ＝E2－E1 的入 射光，则将产生光的受激辐射，发射 hυ 的光，从而实现光放大。B、泵浦源提供形 成激光的能量激励，是激光形成的外因。由于在一般情况下介质都处于粒子数正常分
入式激光器就像一个发光二极管，无规律地发光；当注入芯片的电流增大到某一量值 时，就会发生粒子数反转，这时受激原子数目多于低能态原子；从某些激发态原子自 发地发出的光子与 p-n 结的激发态电子相碰撞，出发更多的光子发射出来，形成受激 发射。
⑶由归一化传播常量
b
?
n2 eff
n12
? n22 ? n22
?
? 2 ? k02n22 k02n12 ? k02n22
和?
?
k0
n1
? ?1 ?
?
(1? b)V k02 n12 a 2
2
? ? ?
0.5
得出，
在弱导条件 n1 ? n2 ? ? k0n1 故有效折射率 neff ? n1 ?1.458
布状态，即处于非激活状态，故欲建立粒子数反转分布状态，就必须用外界能量来激 13、简述量子阱 LD 与其他类型 LD 相比有何特点 从结构特性来讲，用超晶格材料制 ⒑ 将 50?W 光功率注入到 500m 长的光纤中，若末端收到功率为 38?W ，则每公里光
励工作物质。我们把将粒子从低能态抽运到高能态的装置称为泵浦源或激励源。事实 备的量子阱激光器具有改变激光波长，阈值电流小，热稳定性提高，高频调制的单模 纤的损耗为多少 dB / km ？若光纤长 5KM，则输出光功率为多少？
上，激光器不过是一个能量转换器件，它将泵浦源输入的能量转变成激光能量。主要 性，高量子效率和大输出功率 有以下几种泵浦方式：①光激励方式②气体辉光放电或高频放电方式③直接电子注入 14、简述尖峰振荡效应过程。不加任何特殊装置的固体脉冲激光器，在一次输出中，
光纤损耗? ? 10 lg Pi ? 10 lg 50 ? 2.38dB / km z Po 0.5 38
方式④化学反应方式。C、光学谐振腔为激光器提供反馈放大机构，使受激发射的强 激光脉冲的宽度大约时 ms 数量级。这个脉冲并不是平滑的，而是包含宽度更窄的短
度、方向性、单色性进一步提高。不论哪种光学谐振腔，它们都有一个共同特性，那 脉冲系列，其中每一个短脉冲宽度只在 ?s 数量级，并且激励越强，短脉冲的时间间
就是都是开腔，即侧面没有边界的腔，这使偏轴模不断耗散，以保证激光定向输出。 隔越小。这种现象称作迟豫振荡效应或尖峰振荡效应。
由 2.38 ? 10 lg Pi 5 Po
得
50 2.38 ? 2lg Po'
Po' ? 3.23 ?W
第五章、1、对光进行外调制有哪些典型方式？光外调制是在激光谐振腔以外的光路
谐振腔分为稳态腔（低损耗腔）和非稳定腔（高耗散腔）两大类。 ⑺ 分析激光产生的条件。激光产生的两个必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模 式数，要形成稳定的激光输出还要满足起振和稳定振荡两个充分条件。
粒 子 数 反 转 分 布 指 能 级 上 的 粒 子 数 分 布 满 足 条 件 N2 / g2 ? N1 / g1 ， 相 应 地 有
一个短脉冲的形成和消失，可以由激光系统反转粒子数密度
N
?
N2 g2
?
N1 g1
的增减变化
上放置调制器，将待传输的信号加载到调制器上，于是，当激光通过这种调制器时，
来解释。以氙灯泵浦为例，光泵浦使系统 N 增加，且增加速率在一个短脉冲周期内 激光的强度、位相、频率等将发生变化，从而实现调制。激光外调制可分为体调制和
可看成不便；受激复试使
N 减小，且减少速率因腔内光子数密度? 的多少而变化。
光波导调制两类。体调制器的体积交大，所需调制电压和消耗的调制功率都较大；光 波导调制器则是制作在薄膜光波导或条形光波导上，因而体积小巧、驱动电压低、功
耗小。外调制的基础是外场作用下光与物质的相互作用，其共同物理本质都是外场微 型液晶黏度效，富于流动性但仍呈正单轴警惕的双折射性质。
特点：其中一束光遵从通常的折射定律，叫寻常光（O 光），另一束光不遵从通常的
扰引起材料的非线性变化，并导致光学各向异性。这种非线性相互作用过程使得通过 F、胆甾型液晶也称螺旋型液晶，它和近晶型液晶一样具有层状结构，但层内分子排 折射定律叫非寻常光（e 光），寻常光与非寻常光都是线偏振光，两者偏振方向互相
的光波强度、偏振方向、频率、传播方向、位相等参量发生变化，从而实现了激光的 列却与向列型液晶相似，分子长轴甾层内是相互平行的。这类液晶各层的分子取向与 垂直。
调制。
邻层的分子去向都略有偏移，液晶整体呈现螺旋结构，螺旋长度为可见光波长量级， 33、什么是电光效应？有什么特点？
8、简述电光衍射与声光衍射发生的物理机制。通常我们认为一个材料的介电常量与 具有旋光性、选择性光散射和偏折光二色性、负单轴晶体的双折射性。G、以上是三 答：由外加电场引起晶体光学性质发生变化的效应称为电光效应。特点：是由感应 双
外场无关，为恒值，但理论和试验均证明，介电常量是随电场强度而变化的，只不过 种典型的液晶结构，另外还有一些异性液晶，如圆盘型液晶和重入液晶。H、圆盘型 折射引起的，x’，y’方向的二偏振光的相位差与外加电压成正比。
一般情况下外加电场较弱，我们可以作弱场近似，认为介电常量与电场强度无关；但 液晶由对称性良好的非极性分子组成，其形状如同硬币，可形成柱状堆排列，也像胆 35、什么是非线性光学？与线性光学相比较它有什么特点？
当光介质的两端所加外加电场较强时，介质内的电子分布状态将发生变化，以致介质 甾型晶体一样具有负单轴晶体的双折射性，但没有旋光特性，为非光学活性物质。 答：光与物质相互作用的过程中物质的极化与光电场呈非线性关系的现象同属于非线
的极化强度以及折射率也各向异性地发生变化。此外，这种效应迟豫时间很短，仅有 重入液晶是指某两组分混合液晶的各向同性液体在冷却过程中呈现出各向同性液体 性光学范畴。特点：广泛应用于倍频、混频及参量放大技术。
10?11s 量级，外加电场地施加或撤销导致地折射变化或恢复瞬间即可完成。
向列型液晶 近晶型液晶 这种奇妙相变现象的液晶。H、目前常用相变温度 37、超短光脉冲有哪几种测量方法？
声波的应变场也能改变某些类型晶体地折射率，由于声波的周期性，会引起折射 和熔点的测量以及测量电阻率的方法来了检验液晶的纯度。I、相变温度和熔点的测 答：1、双光子荧光法 2、二次谐波法 3、直接测量法
率的周期性变化，产生类似于光栅的光学结构，超声波引起晶体的应变场，使射入晶 量 将试样及其纯净的样品一起进行混合熔融试验，如没有发现熔点下降，就可以 38、锁模激光器与自由运转多模激光器激光输出的根本差别是什么？由被动锁模激光
体中的光波被这种弹性波衍射。
认为试样是纯净的。另一方法是将液晶放在毛细管内，让后慢慢加温，精确控制和测 器的锁模激光形成过程，说明锁模激光脉冲与调 Q 激光脉冲的差别？
9、简述磁光偏转与天然双折射之间的区别。天然旋光效应与磁光效应的本质区别在 量管内的温度。相变点可以用目测法或显微镜观察法来确定。相变点是液晶纯度的标 答：锁模激光器是采取某种措施使各自独立起振的模式在时间上同步，即使其相位有
于：光束返回通过天然旋光介质时，旋转角度与正向入射时相反，因而往返通过介质 志，如果相变温度与文献中的标准值相差10 C ，则认为试样不纯。G、测量电阻率 把 确定的关系，因此，总光场是各个模式的相干叠加，自由运转多模激光器的哥哥振荡
的总效果是偏转角为零；而由于磁致旋光方向与磁场方向有关，而与光的传播方向无 液晶夹在敷有导电曾的玻璃板之间，根据其电压—电流特性求其电阻率。如果电阻率 模式的振幅和相位是彼此独立的，随机的，所以实际总光场是各个模式光场的非相干
关，因而光往返通过法拉第旋光物质时，偏转角度增加一倍。 10、什么叫声光调制？分哪几种类型？其判据是什么？A、声波的应变场也能改变某
达到已知的经验数值，例如在1010 ? cm 以上，则可以认为是纯净的。K、精确测量液
叠加，锁模激光脉冲与调 Q 激光脉冲的差别是所使用的染料特性不同。 39、试由碰撞锁模机理说明它为什么比通常的主、被动锁模激光器产生的脉冲更窄？
些类型晶体地折射率，由于声波的周期性，会引起折射率的周期性变化，产生类似于 晶的纯度还可采用 另外方法，例如分析法、核磁共振法、红外分光法、紫外分光法、 答：碰撞锁模的主要机制是在可饱和吸收染料内形成的空间“光栅”，在形成光栅的
光栅的光学结构，从而对入射的光波产生调制，这种调制称为声光调制。B、按照超 折射率法和热差分析法等。
过程中，由于染料吸收较大，两脉冲能量的前沿因吸收而被压缩。光栅建立起来后，
声波频率的高低和光波相对声场的入射角度及两者相互作用的长度，将声光衍射分为 8、液晶有何特点？它主要有哪些电光效应？主要有哪些应用？A、液晶是介于完全规 脉冲后沿通过染料时，会因收到后向散射而被压缩，这样两个压缩因素，使得脉宽压
拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射两类。 C、拉曼－奈斯衍射与布拉格衍射的判断依据用 则状态（如固态晶体）与不规则状态（如各向同性液体）之间的中间物质。总的说来 缩过程加快，从而获得比主、被动锁模窄的脉冲。
声光相互作用特征长度 L0
来表示 L0
?
?2 ?
拉曼－奈斯衍射 L ?
1 2
L0
，布拉格衍射：L
?
2
L0
；
可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶是指某些有机物加热熔解后，由于加热破坏结 晶晶格而形成的液晶；而溶致液晶是指某些有机物放入一定的溶剂中时，由于溶液破 坏结晶晶格而形成的液晶。B、热致液晶实际上是某些有机物在某一限定温度范围内
过渡区
1 2 L0 ? L ? 2L0
的状态。在这一温度范围的低端，它呈晶状固体；而在这一温度的高端，它为清澈的
41、倍频转换效率表达式及如何来提高倍频的效率？ 答： 提高的方法有：1、选非线性光学系数 d 大的晶体；2、在腔外倍频中，采用聚 焦，采用腔内倍频，则更有力；3、相位匹配因子 F=1 时，转换效率最大。 42、光学元件反射器、光栅、P-F 标准具、偏振片、波片、滤光器的主要作用是什么？
第六章、⒈列出光探测器的基本参数并说明其含义。①量子效率，又称量子产率，是 液体；只有在这一限定温度范围内，它时淡黄色的混浊液体，并具有固体和流动液体 答：反射器：提供反馈和耦合输出；光栅：分光即将复色光分成单色光；F-P 标准具：
指一个入射光子所释放的平均电子数。它与入射光子能量（即入射光波长）有关。其 的某些光学特性。C、液晶材料的结构的主要特点是：它们的分子都具有细长条状结 选频和分光；偏振片：产生检验偏振光；波片：引入相位延迟，改变偏振光的输出特
表达式为?
?
Ic e
P h?
?
Ich? eP
，式中
P
是入射到探测器上的光功率，I
c
是入射光产生的平均光
构，分子取向与液晶表面状态和其他分子有关。当外界的电场、磁场和温度稍有变化， 性；滤光器：只让某一波段范围的光通过，其余波长的光不能通过。 分子的排列方向也随之变化，分子的运动便会发生紊乱，从而使光学性质发生变化。 D、液晶的电光效应分类参看教材附图 7-17：
电流大小，P h? 是单位时间内入射光子平均数，Ic e 是单位时间产生的光电子平均数， 液晶显示器件主要利用液晶的电光效应和热光效应。
e 是电子电荷。
Ⅰ利用向列型液晶动态散射的显示，目前成功应用与台式电子计算机和钟表等方面。
②响应度
R，为探测器输出信号电压
Vs
与输入光功率
P
之比
R
?
Vs P
，单位为V
W
。
Ⅱ胆甾型液晶螺旋距变化在显示方面的应用，具体应用实例包括电子束贮存管，像投
③灵敏度 S，为探测器输出信号电流 I s 与输入光功率 P 之比 S ? IS / P , R 和 S 均用来
影等。Ⅲ胆甾型液晶螺旋轴旋转在液晶显示方面的应用，可用于记忆型显示。Ⅳ宾主 相互作用在光阀方面的应用，把宾—主混合物放在透明的夹层式液晶盒中，就能够用
描述探测器输出电信号与输入光功率的关系，均是波长 ? 的函数。入射光波长一定， 电压开关来调制透过液晶的单色线偏转光。Ⅴ胆甾型液晶在电子照相技术方面的应
则响应度与灵敏度确定。
用，应用于电子照相技术中的静电潜像可见光。
④光谱响应，就是表征 R（或 S）随波长 ? 变化的特性参数。光谱响应中还有一个重 Ⅵ胆甾型液晶的光学性质随温度变化这一效应已被广泛应用于无损探伤、医疗显示、
要参量，称为响应峰值波长，它指相对光谱响应曲线中对应于最高响应率的辐射波长。 红外线全息术、微波全息术以及各种显示技术。
⑤噪声等效功率，定义为相应于单位的信噪比的入射光功率，用来表征探测器探测能
力，定义式为
NEP
?
P Vs
Vn
NEP 越小，探测能力越强。
补充： 1、什么是光电子技术？当前光电子技术备受重视的原因是什么？
答：光电子技术是研究从红外波、可见波、X 射线直至 ? 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，通过一定媒介实现与能量转换、传递、处理及
⑥探测度 D，是 NEP 的倒数，即单位辐射功率相应的信噪比
应用的科学。因为光电子技术的飞速发展，使得光电子技术逐渐成为高新科学技术领
D ? 1 ? 1 (Vs ) NEP P Vn
通常归一化探测度 D* 比前述 D 更能体现探测器性能。 D* 表示
域内的先导和核心，在科学技术，国防，工农业生产、交通、邮电、天文、地质、医 疗、卫生等国民经济的咯咯领域内都获得了愈来愈重要的应用，特别的正逐渐进入人
1
们的家庭，因此光电子技术备受重视。
单位探测器面积、单位带宽的探测度，定义式为
D*
?
D(Ad ?f
1
)2
?
( Ad ?f P
)2
(Vs Vn
)
式中， 2、什么叫光的空间相干性？时间相干性？光的相干性能好差程度分别用什么衡量？ 它们的意义是什么？
Ad 为探测器面积， ?f 为放大器宽。
空间相干性是指在同一时刻垂直于光传播方向上的两个不同空间点上的光波场之间 的相干性，空间相干性是用相干面积 Ac 来衡量，Ac 愈大，则光的空间相干性愈好。
⑦频率响应 R( f ) ，是描述光探测器响应度在入射光波长不变时，随入射光调制频率 时间相干性是指同一空间点上，两个不同时刻的光波场之间的相干性，用相干时间
f 变化的特性参数。它是光探测器对加在光载波上的电调制信号的响应能力的反 tc ? Lc / c 来衡量， t c 愈大，光的时间相干性愈好。
映，是表征光探测器频率特性的重要参数。
4、自发辐射与受激辐射的根本差别是什么？为什么说激励光子和受激光子属于同一
除了以上 7 个基本参数以外，在使用探测器时还会遇到一下参数：Ⅰ 暗电流，指没 光子态？差别在有没有受到外界电磁辐射的作用；因为有相同的频率、相位、波矢和
有信号和背景辐射时通过探测器的电流；Ⅱ 工作温度，对于非冷却型探测器指环境 偏振状态。
温度，对于冷却型探测器指冷却源标称温度；Ⅲ 响应时间，指探测器将入射辐射转 5、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系统困难？
变为信号电压或电流的驰豫时间；Ⅳ 光敏面积，指灵敏元的几何面积。
因为三能级系统的上能级为 E2，下能级为 E1，在 E2 上停留的时间很短，而四能级系
2、光探测器的物理效应主要有哪几类？每类有哪些典型效应？光电探测器的物理效 统在 E3 上呆的时间较长，容易实现粒子数反转。
应可以分为三大类：光电效应、光热效应和波相互作用效应。
6、激光器的基本组成有哪几部分？它们的基本作用是什么？
光电效应是入射光的光子与物质中的电子相互作用并产生载流子的效应，此处所指 组成部分：工作物质，泵浦系统，谐振腔；工作物质提供能级系统、泵浦源为泵浦抽
的是一种光子效应，也就是单个光子的性质对产生的电子直接作用的一类光电效应。 运让粒子从下能级到上能级条件、谐振腔起正反馈作用。
根据效应发生的部位和性质，习惯上将其分为外光电效应和内光电效应。外光电效应 7、工作物质能实现能态集居数分布反转的条件是什么？为什么？对产生激光来说，
是指发生在物质表面上的光电转换现象；内光电效应指发生在物质内部的光电转换现 是必要条件还是充分条件，为什么？
象。
工作物质呀具有丰富的泵浦吸收带，寿命较长的亚稳态，要求泵浦光足够强；必要条
光热效应是物体吸收光，引起温度升高的一种效应。光热效应中典型的有温差电效 件，因为它还以 kkk 谐振腔内以提供正反馈。
应和热释电效应。温差电效应指当两种不同的导体或半导体材料两端并联熔接时，在 8、光学谐振腔有稳定腔和非稳定腔只分，非稳定腔是不是指工作状态不稳定的腔？
接点处可产生电动势，这种电动势的大小和方向与该接点处两种不同材料的性质和接 为什么？
点处温差有关，如果把这两种不同材料连接成回路，当两接头温度不同时，回路中即 不是，满足 0
化，从而使入射光可引起电容器改变的现象。
腔都称非稳定腔，非稳定腔的特点是，傍轴光线在腔内经有限次往返后必从侧面逸出
波相互作用效应是指激光与某些敏感材料相互作用过程中产生的一些参量效应，包 腔外，因而具有较高的几何损耗
括非线性光学效应和超导量子效应等。
10.光学谐振腔有哪两种重要作用？如何说明这两种作用？（1）正反馈作用：通过谐
6、说明内光电效应和外光电效应的差别。根据效应发生的部位和性质，习惯上将其 振腔的结构类型（2）控制振荡光束的作用：谐振腔模式：纵模和横模，对入射光频
分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指发生在物质表面上的光电转换现象, 率具有选择性
主要包括光阴极直接向外部放出电子的现象，典型的例子是物质表面的光电发射；内 10.什么事能级的基态和激发态?何为辐射跃迁和无辐射跃迁？基态是指体系中能量
光电效应指发生在物质内部的光电转换现象，特别是半导体内部载流子产生效应，主 最低的态，处于基态的原子运动最稳定；其它态称为激发态。辐射跃迁是指在外界电
要包括光电导效应与光伏效应。概括起来就是：(1)内光电效应发生在物质内部，外 磁辐射下原子有高能级向低能级跃迁的过程；无辐射跃迁是指原子自发地从高能级向
光电效应发生在物质表面；(2)内光电效应主要体现为载流子的产生效应，外光电效 低能级跃迁的过程，亦成为自发辐射跃迁。13.谱线宽度的定义？何为均匀和非均匀
应主要体现为表面电子发射现象；(3)内光电效应中的红限与半导体禁带宽度成反比， 加宽？具体有哪几种？原子的自发辐射发出的光并不是单一频率的单色光，具有一定
而外光电效应中的红限与表面逸出功成反比。
的宽度，称为谱线宽度；自然加宽对每个原子来说都是一样，称为均匀加宽；非均匀
7、说明光电倍增管的基本组成及其作用。光电倍增管由光电阴极 C、一系列倍增电 加宽指由不同分子向谱线的不同频率发射引起的；均匀加宽有自然加宽和压力加宽，
极 D、收集阳极 A 三大部分密封在真空外壳中组成，如图 6-11 所示。
非均匀加宽有多普勒加宽。15 今有一平凹腔，腔长 L=80cm，凹 R=150cm，验证它为
倍增电极，即能发射二次电子的电极，其电位与阴极相比逐渐升高，一般极间电 稳 定 腔 。 平 凹 腔 ， R1= ∞ ， g1=1-L/R1=1 ， R2=150cm ， 则
位差为 100V。光电阴极是光电倍增管的关键部分，它将入射光转换为电流，决定着 g2=1-L/R2=1-80/150=7/15<1,0
收集阳极用来汇总经一系列光电倍增管作用而在最后一级倍增阴极产生出的数目
巨大的二次电子。
9、PIN 光电二极管，受波长为1.55?m 的 6?1012 个光子的照射，其间输出端产生
2 ?1012
个光子。计算量子效率和响应度。 由量子效率定义得：?
?
2 ?1012 6 ?1012
?
0.33
由
Po 响应度定义式得： R ? Vs ? Ic
P h? N1
再由? ? Ich? 得出 eP
Ic
?
?eP h?
代入上式得：
R
? N2 ?eN12
?
1 eN1
? 1.042?106 V W
第七章 1、什么是三基色原理？彩色重现是什么含义？三基色原理指自然界中客观存
在的任一种颜色均可以表示为三个确定的相互独立的基色的线性组合。实用上常选择
红(R)、绿（G）、蓝（B）作为三基色。将三基色按一定比例混和调配，就可模拟各种
显示颜色。/荧光粉与白场选定后，对图像的亮度、色调和饱和度三参量的电信号进
行色度编码，通过矩阵电路使其何曾为发送端的编码矩阵，并使摄像端的综合光谱相
应曲线分别与显像三基色混色曲线一致，从而使输出的三路电信号功率谱正好与显像
W0=1.14m m， ? =10.6um，求与束腰相距 30cm，10cm，1000m 处光斑大小 W 及波前曲
率半径 R0
??
2 0
f= ?
=0.385m;WX
? [1? ( Z )2 ]1/2 f =1.445×10^-3 同理：当 Z=10m，1000m，W
f2
分别为 0.0296m，2.96m；Rx=Z+ Z ，R 分别为 0.794m，10.01m，1000.001m;22 在 He-Ne、
Co2 激光器中，充以 He、Ne 气的作用是什么？在 He-Ne 激光器中充以 He 气主要提高
Ne 原子泵浦速率的辅助作用，在 Co2 激光器中充以 He 气作用：1）可加速 Co2 分子
在（010）能级的热弛豫速率，有利于激光下能级上的粒子数抽空；2）可利用 He 气
N 导热系数大的特点，实现有效传热。冲入 2 的作用是提高 Co2 分子的泵浦速率，
为 Co2 激光器高效运转提供可靠的保证 24、简述红宝石激光器(6943A)和 Nd-YAG(1.06um)激光形成过程 红宝石：闪光灯泵
浦时有很多成分(4100--5500A), 吸收 4100--5500A 的光跑到 4F1,4F2 的能级再经
无辐射跃迁到 E2，又因 E2 处于亚稳态(
s）,则粒子在 E2 积累积累到满足以
实现粒子反转产生激光 R1(6943A)与 R2(6929A)的荧光效率比为 7:5，所以 R1 竞争荧
光 强 输 出 ， 产 生 激 光 输 出 后 又 从 E3 得 到 补 充 ，
端要求的比例关系相吻合；在接受端，用矩阵电路实现解码，用取出的三基色图像信 W1+N2=N0(
),N2=
>N0/2.
号控制彩色显象管的三个电子束，激发相应荧光粉发光，即可实现彩色重现。
25、详细论述 He—Ne 激光器激发原理 当 He—Ne 管内的气体放电时，He 原子与高速
7、简述液晶的种类和特点？用什么发法来判断液晶的纯度？ 根据分子的不同，可将常见液晶分为向列型、胆甾型和近晶型三种。 A、液晶是介于完全规则状态（如固态晶体）与不规则状态（如各向同性液体）之间 的中间物质。总的说来可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶是指某些有机物加热熔 解后，由于加热破坏结晶晶格而形成的液晶；而溶致液晶是指某些有机物放入一定的 溶剂中时，由于溶液破坏结晶晶格而形成的液晶。 B、热致液晶实际上是某些有机物在某一限定温度范围内的状态。在这一温度范围的 低端，它呈晶状固体；而在这一温度的高端，它为清澈的液体；只有在这一限定温度 范围内，它时淡黄色的混浊液体，并具有固体和流动液体的某些光学特性。C、液晶 材料的结构的主要特点是：它们的分子都具有细长条状结构，分子取向与液晶表面状 态和其他分子有关。当外界的电场、磁场和温度稍有变化，分子的排列方向也随之变 化，分子的运动便会发生紊乱，从而使光学性质发生变化。D、近晶型液晶也称层状 液晶，由棒状或条状分子排列成层，层内分子长轴相互平行，其方向垂直于层面或层 面呈倾斜排列。这种排列的分子层间作用力较弱，相互间容易滑动，呈现出二维流体 的性质，黏度高，具有正单轴晶体的双折射性。E、向列型液晶也称丝状液晶，由长 径比很大的棒状分子组成，每一分子的为止虽无规则，但从整体来看，分子轴向着同 意方向。由于其各个分子容易顺着长轴方向自由移动，因而与近晶型液晶相比，向列
电子碰撞，被激发到 和 上，进而，这些激发态 He 原子通过共振能量转移过程， 将处在基态 Ne 原子激发到 3S 和 2S 能级上。当被激发到 3S 和 2S 能级上的 Ne 原子数 量足够多时，会在 3S，2S 能级与 3P,2P 能级间产生粒子数反转通过受激辐射过程则 可能产生 He—Ne 激光。28.染料激光器有何特点？1 输出激光波长可调谐 2 激光脉冲 宽度可以很窄，由染料激光器产生的超短脉冲宽度可压缩至微秒量级 3 输出功率大 4 工作物质具有均匀性好等优良的光学性质。29 染料激光器主要的激发过程？在泵浦 光的照射下，大部分染料分子从基态 S0 激发到的激发态 S1，S2.....上，其中 S1 态 有稍长一些的寿命，因此，其他激发态的分子很快跃迁到 S1 态上，并很快跃迁到 S1 的最低能级，这些分子跃迁到 S0 态上较高的振动能级时，就发出荧光，同时很快的 弛豫到最低的振动能级上，如果分子在 S1 和 S0 之间产生了粒子数反转，就可能产生 激光。30 半导体激光器的特点?1 覆盖波长宽(0.33-34um)2 直接调制 3 寿命长 4 效率 高 5 小型化。31 半导体激光器粒子反转分布条件及发射光频的表达式 条件：表达式
— >hv=Eg (v=Eg/h) 32、光在晶体中的传播规律与光在各向同性介质中的传播规律有什么差别？什么叫双 折射现象？有什么特点？ 答：光在晶体中传播中呈各向异性；双折射现象是指一束光入射到方解石晶体上，其 出射光通常分成两束，这两束光在晶体中的传播方向不同。