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第一章
1. 光电子器件按功能分为哪几类?每类大致包括哪些器件?
光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件、光显示器件。
光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光器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。
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。
光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。
光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。
光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。
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。
⒌ 据你了解,继阴极射线管显示(CRT)之后,哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体?
等离子体显示(PDP),液晶显示(LCD),场致发射显示(EL),LED显示。
第二章:光学基础知识与光场传播规律
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、振动方向相同、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,为光程差。
⑶两列同频平面简谐波振幅分别为、,位相差为,则其干涉光强为,两列波干涉相长的条件为
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。
⒉ 在玻璃上涂一种透明的介质膜以消除红外线的反射。
⑴求该介质膜应有的介电常量及厚度。
⑵如紫外线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?
⑴玻璃的折射率 ,正入射时,当时,膜系起到全增透作用,所以,正入射下相应的薄膜厚度最薄为
⑵正入射时,反射率为
⒍输出波长=632.8的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和MgF2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才能使镜面反射系数大于99.5%?
设玻璃的折射率=1.5 由题意: ,即
即
故至少涂覆6个双层。
第三章 激光原理与技术
1.填空
⑴最早的电光源是炭弧光灯,最早的激光器是 1960 年由美国人梅曼制作的 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。
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,在频率满足的入射光作用下,从E2能级跃迁到E1能级,在跃迁过程中,原子辐射出能量为、与入射光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,产生更多状态相同的光子,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热运动速度不同的发光粒子发出的光的表观中心频率不同造成的谱线加宽。
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谱线加宽。
⑷光放大
引入激活介质的增益系数
式中,是传播距离时的光强的增量。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距离时,光强增加的百分数。由于,因而,所以可以表示光在激活介质当中的放大特性。
3. 计算与推导
(1)λ=0.5μm时,什么温度下自发辐射率与受激辐射几率相等?T=300K时,什么波长下自发辐射与受激辐射几率相等?
自发辐射率为A21,受激辐射率为W21。。
由爱因斯坦关系式可知:,
由普朗克公式可知: ,
(a)由题意A21=W21,故,
(b)当T=300K时,
(2)He-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Hz,则可能引起的纵模总数是多少?
解:气体的折射率,由 得
纵模频率间隔
实际振荡纵模总数
(3)红宝石激光器的工作物质特性:、300K处,,,,n=1.78,求其在中心频率处的增益系数。
解: 因为
所以:
4.简述题
⑴ 简述
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