广东海洋大学光电传感技术考试复习资料2.pdf

①最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是1960年由美国的梅曼制作的红宝石激光器。

②光在各向同性介质中传授时，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。

③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、试简单说明以下光电子学术语的科学含义：

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

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

碰撞加宽：碰撞展宽是由于气体中大量粒子无规律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，这种碰撞称消相碰撞。

热振动展宽：是由于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、为什么二能级系统不能产生激光？（P69）（ppt与书本有差，加粗文字部分，以书为主）

（画出二能级图）当外界激励能量作用于二能级体系物质时，首先建立起自发辐射，在体系

中有了初始光辐射之后，一方面物质吸收光，使N减少、N增加；另一方面由于物质中存

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在辐射过程，使N减小、N增加，两种过程同时存在，最终达N=N状态，光吸收和受激

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发射相等，二能级系统不再吸收光，达到所谓的自受激透射状态，这种状态下N不再继续

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增加，即使采用强光照射，共振吸收和受激发射以相同的概率发生，也不能实现粒子数反转。

3、分析同质结半导体激光器与发光二极管的区别与联系

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；

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，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，激发更多的光子发射出来，形成受激发射。

4、常见的调Q方法有哪几种？分别简述之。

1、转镜调Q技术

将激光器光学谐振腔两个反射镜之一安装在一个旋转轴上，使其在每一转动周期中，只有当

两个反射镜面平行时损耗最小，因而通过控制转镜，从而控制光腔的反射损耗可达到调Q

目的。

2、染料调Q技术

利用染料对光的吸收系数随光强度变化的特性来调Q的方法称为染料调Q技术，这种调Q

开关的延迟时间是由材料本身的特性决定的，不直接受人控制，属于被动调Q技术。染料

对该激光器震荡波长的光有强烈的吸收作用，且吸收系数随入射光的增强而不断减小，当染

料盒插入谐振腔内时，激光器开始泵浦此时腔内光强还很弱，因而染料对光吸收强烈，腔损

耗很大，Q值很低，不能形成激光；随着泵浦的继续，亚稳态上粒子越积越多，腔内光强逐

渐增大，吸收逐渐减小，Q值不断增大；泵浦光大到一定值时，染料对该波长的光变为透明，

称为染料漂白，此时Q值达到最大，相当于Q开关开启，于是激光器输出一个强的激光脉

冲。

3、电光调Q技术

某些晶体经过特殊方向的切割后，如果在某个方向上加电压，就可以使通过它的偏光改变振

动方向，且外加电压的数值与振动方向改变量之间有一定的函数关系，再辅以其他光学元件，

就可以构成一个快速光开关，达到调Q目的。

4、声光调Q技术

如图所示