光电子器件考试试题答案讲述.docx

阐述激光的基本原理，怎样提高亮度？ 阐述激光的基本原理：在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的产生的想干光放大”，简称激光。 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。 微观粒子都具有特定的一套能级（通常这些能级是分立的）。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h（h为普朗克常量）。 1.受激吸收（简称吸收） 处于较低能级的粒子在受到外界的激发（即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用，如与光子发生非弹性碰撞），吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。 2.自发辐射 粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率 ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态、传播方向上的一致，是物理上所说的非相干光。 3.受激辐射、激光 1917年爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为 ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率 ν=（E2-E1）/h的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光。 怎样提高亮度：采用气体激光器，光腔Q调制技术和激光放大器可使激光震荡时间压缩并将输出功率放大提高脉冲功率，采用锁模技术和脉宽压缩继续可进一步压缩脉宽时间 说明雾和霾的构成，解析蓝天形成的原因，以及大气窗口。（20分） 雾霭的构成： 雾：雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统，是近地面层空气中水汽凝结(或凝华)的产物。雾的存在会降低空气透明度，使能见度恶化，如果目标物的水平能见度降低到1000米以内，就将悬浮在近地面空气中的水汽凝结(或凝华)物的天气现象称为雾(Fog)；而将目标物的水平能见度在1000-10000米的这种现象称为轻雾或霭(Mist)。 霾:也称灰霾(烟霞)空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾(Dust-haze)，香港天文台称烟霞(Haze)。 （1）相对湿度：水分含量达到90％以上的叫雾，水分含量低于80％的叫霾。80％～90％之间的，是雾和霾的混合物，但主要成分是霾。 （2）能见度：如果目标物的水平能见度降低到1千米以内，就是雾；水平能见度在1～10千米的，称为轻雾；水平能见度小于10千米，且是灰尘颗粒造成的，就是霾或灰霾。 （3）厚度：雾的厚度只有几十米至200米，霾则有1～3千米。 （4）颜色：雾的颜色是乳白色、青白色或纯白色，霾则是黄色、橙灰色。 （5）边缘轮廓：雾的边界很清晰，过了“雾区”可能就是晴空万里，但是霾则与周围环境边界不明显。 解析蓝天形成的原因：大气分子→极化→受迫振动→吸收。 分子的固有吸收频率由分子内部的运动形态决定。 极性分子→电子运动\原子振动\转动。 相应的共振吸收频率分别与光波的紫外和可见光、近红外和中红外以及远红外区相对应。因此分子的吸收特性强烈的依赖于光波的频率。 大气中N2、O2 →可见光和红外区几乎不表现吸收→远红外和微波吸收。大气中He，Ar，Xe，O3，Ne等→可见光和近红外有吸收谱线→大气中的含量甚微→不考虑吸收→在高空处，其余衰减因素都已很弱→吸收作用。 大气中H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子。可见光和近红外区主要吸收谱线： 对某些特定的波长→大气呈现出极为强烈