第三课 课后作业参考答案课件.ppt

注意：伏安特性曲线是在特定光照度下得到的，由此得到的Isc、Voc、Pm等都针对该高照度下，一般电池标识的就是这种指标，比如1000w/m2 一般而言，单片硅光电池的开路电压约为0.45-0.6V，短路电流密度约为150-300A/m2。实际应用中，两个量都不是靠计算而是靠测量得到的，方法是：一定光照功率下（1kW/m2），使光电池两端开路，用高内阻直流毫伏表或电位差计接在光电池两端，测量开路电压；同样条件下，用低内阻（小于1欧姆）电流表短接，测量短路电流。 * 光纤通信是以光纤为传输媒质,以光信号为信息载体的通信方式.由于光纤通信技术无可比拟的优越性，已成为现代通信网的基石。 光纤通信技术的主要优点 光波频率很高，可供利用的通信频带很宽，故传输容量很大。理论上可同时传输1250亿路电话或同时传送1亿路电视，可进行图像、数据、传真、控制等多种业务； 光纤带宽宽、损耗低、无中继距离长。目前采用DWDM技术单根光纤总传输速率已达11Tbit/s。光纤损耗已经基本降至理论极限值，中继距离达百公里才需要一次放大，这些都是电缆等无可比拟的。 不受电磁干扰，必威体育官网网址性好；光信号束缚在光纤芯内传输，向外辐射泄漏极小，光纤之间串音很小，难以窃听。在防、军事、经济上都有重要意义 光纤材料丰富，价格低廉。同等容量条件下，使用1km光纤相比于电缆通信可节约铜150吨，铅500吨。且直径小、重量轻。 耐高温、高压、抗腐蚀，工作可靠； ? * 习题与思考题 1. 激光器按工作物质分有几类？每类列出至少一种典型激光器以及它们的输出波长。 固体激光器：红宝石激光器（694.3nm） 气体激光器：He-Ne激光器（632.8nm） 染料激光器：罗丹明6G激光器（590nm） 半导体激光器：GaAs半导体激光器（840nm） 2. 气体激光器的工作物质有哪几类？每类举出至少一项工作物质。 气体激光器的工作物质有原子气体、分子气体和离子气体三类。原子气体的代表是He-Ne激光器，分子气体的代表是CO2激光器，离子气体代表为Ar+激光器。 3. 画出红宝石中铬离子的能级结构，简述红宝石激光器的发光机理。并解释为什么红宝石激光器只能发射694.3nm的红光，却不输出693.4nm的红光。 3. 答： 能级图如上图所示（能级名称可自定义） 发光机理：首先，铬离子在外界泵浦源的泵浦下，从基态A跃迁到激发态F1和F2，处于激发态F1和F2的原子随后通过无辐射跃迁跃迁到A’与E这两个亚稳态，这两个亚稳态与基态之形成了离子数反转，当有合适的外界光入射的时候， 亚稳态A’、E与基态A之间就会发生受激辐射，分别产生694.3nm和693.4nm两条激光谱线。由于两条激光谱线产生时共用激光级F1和F2上的粒子，因此存在谱线竞争，而由于亚稳态E上粒子数相对于A’较多，且A’与E之前还存在快速的弛豫，因此，激光振荡主要在E与A之间发生，因此，产生的主要是694.3nm的激光输出。 习题与思考题 4. 画出Nd3+:YAG激光器的能级图，说明Nd3+:YAG激光器的谱线竞争。 钕离子首先从基态E1泵浦到激发态E4，激发态E4上的粒子子又很快无辐射跃迁到亚稳态E3，因此在亚稳态E3和E2之间形成了粒子数反转。E3上的粒子在外界入射光的作用下受激辐射到E2并产生激光，由于E3主要由两个能级组成，因此辐射出1064nm以及1350nm两条谱线，跃迁到E2能级的粒子最后通过无辐射跃迁回到基态E1。另外，经过激发态E3还能直接受激辐射回到E1，产生946nm的激光输出。由于这三条谱线的粒子都来自与激发态E4，因此它们之间存在着谱线竞争。 5. 激光输出波长在可见光范围内的激光器有哪些？常用波长为多少？ 红宝石激光器：694.3nm（红光） He-Ne激光器：632.8nm（红光） Ar离子激光器：514.5nm（绿光） 罗丹明6G染料激光器：590nm（黄红光） 6. 列举至少五项激光应用。 激光测距、激光焊接、激光医疗、激光通讯、激光武器。 7. 简述自由电子激光产生的原理。 自由电子激光的物理原理是利用通过周期性摆动磁场的高速电子束和光辐射场之间的相互作用，使电子的动能传递给光辐射而使其辐射强度增大。 8. 简述激光调Q技术以及锁模技术。 激光调Q技术是通过控制激光器谐振腔的品质因子Q，让Q的值先变大，然后再突然减小的过程，实现激光脉冲宽度的减小以及脉冲能量的增大的一项技术。 激光锁模技术通过把激光中所有的模耦合在一起并把各个模的彼此相位关系锁定，从而实现脉宽变窄、峰值功率变高的技术。 * 例2-1：理想太阳电池最大输出功率Pm的计算 解：理想太阳电池最大输出功率Pm=Imp×Vmp。 根据2-1式（I-V公式）太阳