為了方便同學(xué)們復(fù)習(xí)，我們將網(wǎng)I:課件的每一章后面的復(fù)習(xí)提綱總結(jié)出來匯總，估計填空題

和簡答題90%會從這里出題。這門考試考察范圍非常之廣，因此可以說下面的都是重點(diǎn)。

當(dāng)然，認(rèn)為大題考的也許性比較大的有發(fā)光強(qiáng)度的參數(shù)的計算，異質(zhì)p-n結(jié)的平衡態(tài)，電光

延遲量的計算和半波電壓的推導(dǎo)，電光調(diào)制中行波調(diào)制器的帶寬，倍頻匹配角的推導(dǎo)等等。

另有一份期中考試卷子供大家參考。

本份總結(jié)5,6,7章由李一倫同學(xué)編寫，16,17,18,19由蔡海霞同學(xué)編寫，，20,21,22

由王力同學(xué)編寫，23,24及作業(yè)題由劉遠(yuǎn)致同學(xué)編寫，其余由鐘宇君同學(xué)編寫。有疑問請

大家指出。

光電子技術(shù)總結(jié)

第一章

1、輻射度量定義、單位、輻射度量學(xué)的基本量？

輻射度顯學(xué)描述整個電磁波譜范圍的電磁輻射，以輻射能最或輻射功率為基本展。輻射能量

的單位為焦耳，輻射功率的單位為瓦特。

2、單色輻射度量定義及其與復(fù)色輻射度量的關(guān)系？

任一光譜輻射度量Xe（九）與其相應(yīng)的復(fù)色輻射度量Xe之間通過積分關(guān)系連接：

00

xe=\xeWdA

o

3、光視效能與光視效率的意義？

人眼對不同波長的單位輻射通量的響應(yīng)，稱為光視效能，用K（九）表達(dá)，其最大值為Kn】=683

（流明/瓦）（lm/W）,歸一化光視效能稱為光視效率，記為V"）,顯然，

V（Z）=K（Z）/Km

4、光度量定義、單位、光度學(xué)的基本量？

所謂光度量指描述人眼可見電磁波段范圍的電磁輻射的量。光度學(xué)中的基本量選為發(fā)光光

強(qiáng)，其單位為坎德拉，簡稱坎，符號為Cd。

5、光度量與輻射度量間的轉(zhuǎn)換？

光度量與輻射度量之間通過光視效能聯(lián)系起來。

6、一個發(fā)光強(qiáng)度單位的國際定義?

一“坎德拉''定義為：點(diǎn)發(fā)光源向給定方向發(fā)出540*1()12Hz或555nm的電磁輻射，其輻射

強(qiáng)度為1/683W/Sr。

第二章

1、人造光源的發(fā)光效率與抱負(fù)光效？

發(fā)光效率是對人造光源而言的，指光源所發(fā)出的光通量與輸入的功率之比。抱負(fù)光效則表達(dá)

可見光譜范圍的輻射功率轉(zhuǎn)換為光通量的效率。

2、發(fā)射本領(lǐng)、吸取本領(lǐng)與基爾霍夫定律？

輻射本領(lǐng)：描述物體熱輻射能力，物體的輻射本領(lǐng)用它的光譜輻射出射度表達(dá)：

aA

吸取本領(lǐng)：描述物體吸取輻射的能力，定義為物體吸取的在九到九+d入范圍的輻射通量與入射

的同一光譜范圍的輻射通量之比：有77；

基爾霍夫定律：任何物體的發(fā)射本領(lǐng)與其吸取本領(lǐng)之比是?個與物體性質(zhì)無關(guān)的普適函數(shù),

這個普適函數(shù)只依賴九和T兩個變量。即：

"￥3=/(47)=普適函數(shù)

a(2,T)

3、黑體概念、黑體輻射分布特點(diǎn)？

黑體指吸取本領(lǐng)a。,T）恒為I的熱輻射體。

黑體輻射性質(zhì)：（1）單峰結(jié)構(gòu)；（2）輻射能量隨溫度增長，存在關(guān)系Meb（T）=oT4；（3）峰

值波長隨溫度升高藍(lán)移，存在關(guān)系九mT=a二2898|imK。

4、熱箱射體分類、色溫與相關(guān)色溫？

熱輻射體分類：分為黑體、灰體和選擇輻射體

色溫:假如熱輻射體的光色與溫度為T的黑體的光色完全同樣，則稱該熱輻射體的色溫為T；

相關(guān)色溫：假如熱輻射體的光色與溫度為T的黑體的光色最接近，則稱T為該黑體的相關(guān)

色溫。

5、鹵鴇燈結(jié)構(gòu)、鹵鋁循式原理及鹵鴇燈特點(diǎn)？

在白熾燈中改充鹵素元素氣體，如Br2,12等，鹵素與鋁反映：

W+X?（氣態(tài)）

燈絲附近溫度高，鋁蒸汽不高，克制鋁蒸發(fā)。在玻璃殼附近，溫度較低，形成WX,阻止鋸

沉積在玻璃殼上而損耗。所以，鹵鈣反映克制了銬損耗，延長了鴇絲的壽命。

與白熾燈比較，鹵鴇燈特點(diǎn)：（I）體積小；（2）光通量穩(wěn)定。（3）光效率高，20-30流明/

瓦；（4）色溫高，達(dá)330CK；（5）壽命長。

6、標(biāo)準(zhǔn)照明體、標(biāo)準(zhǔn)光源、A、B、C標(biāo)準(zhǔn)照明體？

標(biāo)準(zhǔn)照明體指特定的光譜功率分布。

標(biāo)準(zhǔn)光源指實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體的發(fā)光源。

標(biāo)準(zhǔn)照明體A：溫度為2856K的黑體所發(fā)出的光譜

標(biāo)準(zhǔn)照明體B：相關(guān)色溫約為4874K的直射陽光的光譜

標(biāo)準(zhǔn)照明體C：相關(guān)色溫為6774K的平均日光的光譜

7、氣體放電發(fā)光的工作原理、初始電子的發(fā)射方式、弧光與輝光放電?

氣體放電指電流通過氣體媒質(zhì)時產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。其原理為陰極產(chǎn)生初始電子，然后初始電

子加速與氣體分子碰撞，能量傳給氣體分子，使其激發(fā)、躍遷到高能級。然后受激發(fā)分手返

回基態(tài)時，發(fā)射光子，即發(fā)光。

陰極發(fā)射方式重要有三種：熱電子發(fā)射?、正離子轟擊發(fā)射和場致發(fā)射

弧光放電：熱電子發(fā)射是弧光放電的重要形式之一。加熱陰極以后，部分電子得到足夠能量，

克服金屬的逸出功，逸出金屬表面。

輝光放電：正離子轟擊是輝光放電的重要方式，即運(yùn)用高動能的正離子轟擊陰極，使陰極發(fā)

射電子

8、氣體放電光源的優(yōu)點(diǎn)及放電伏安特性？

氣體放電光源的優(yōu)點(diǎn)：（1）可獲得高色溫，不像熱輻射光源色溫受燈絲熔點(diǎn)限制。（2）輻射

光譜可選擇性好，只要選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)光材料即可；（3）發(fā)光效率遠(yuǎn)比熱輻射的高；（4）壽命

長，壽命期內(nèi)光通量穩(wěn)定。

氣體放電伏安特性：

\/

Fig.5氣體放電的伏?安特性曲線

ABCD?非自持階段，即啟動階段，放電靠外觸發(fā)維持。

ED?自持階段，放電激發(fā)與發(fā)射平衡。

GH-負(fù)阻區(qū)，容易引起過流而燒毀元件。

9、直流、低頻和高頻放電燈的穩(wěn)流方式？

直流供電用電組穩(wěn)流、低頻交流供電用電感、高頻交流用電容穩(wěn)流

第三章

1、低氣壓氣體放電燈的光譜特點(diǎn)？常見低氣壓燈？

低氣壓氣體放電燈：氣壓在10-1~10一2毛的氣體光源。其光譜特點(diǎn)是表現(xiàn)為工作原子或分子

的發(fā)射譜線，即線狀光譜?，帶有明顯的特性顏色，顯色性不好。

常見低氣壓燈：低壓汞燈、低壓鈉燈、氫燈、氟燈、氫弧燈、原子光譜燈等。

2、高氣壓氣體放電燈的光譜特點(diǎn)？白吸取效應(yīng)增強(qiáng)？常見高氣壓燈？脈沖面燈的特點(diǎn)？

高氣壓氣體放電光源：氣壓大于一個大氣，其光譜特性為工作氣體的原子或分子譜線展寬，

并迭加在較強(qiáng)的連續(xù)背景光譜上。顯色性較好。通常發(fā)光效率隨壓力增長而提高。

自吸取增強(qiáng)：在光源中，孤層處在基態(tài)的同類原子較多，這些低能態(tài)同類原子可以通過吸取

高能態(tài)原子發(fā)射出來的光產(chǎn)生吸取光譜。光譜中譜線自吸取的限度，與原子蒸汽云厚度有關(guān),

孤層越厚，孤焰中被測元素原子濃度越大，自吸取現(xiàn)象越強(qiáng)。會使發(fā)射光譜強(qiáng)度減弱，形成

雙線結(jié)構(gòu)。

常見高氣壓燈：高壓汞燈、超高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和脈沖放燈等。

脈沖包燈脈沖放電可獲得短脈沖、高通量和高亮度。其工作原理為運(yùn)用電容先將能量存起來,

然后，通過觸發(fā)，使麗燈瞬間放電，電容上的儲能瞬間釋放給頷燈，發(fā)出高亮度的光。

3、光源的顯色性與顯色指數(shù)？

CIE規(guī)定用普朗克輻射體或標(biāo)準(zhǔn)照明體D(高色溫標(biāo)準(zhǔn)照明體)作參考照明，并將其顯色指

數(shù)定義為100。規(guī)定3000K色溫的標(biāo)準(zhǔn)熒光燈的顯色指數(shù)為50o

定義標(biāo)準(zhǔn)顏色樣品在參照光源和待測光源照明下的色差為AE,待測光源對該顏色樣品的顯

色指數(shù)稱為特殊顯色指數(shù)，記為Ri，計算公式為：

R,=10()-4.6△石

4、受激吸取與發(fā)射、自發(fā)發(fā)射？

原子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，必須吸取光子，這稱為受激吸取，而處在高能級的原子會隨機(jī)

發(fā)射出光子而回到低能態(tài)，這稱為自發(fā)輻射。處在高能態(tài)的原子，在一個與發(fā)射光子能最相

向的光了的作用下，輻射出與作用光子相同狀態(tài)的光于而回到低能態(tài)，這種輻射稱為受激輻

射。

5、實(shí)現(xiàn)受激輻射放大的必要條件？

對簡并度為1，即g=g2=l的原子體系，必須實(shí)現(xiàn)粒子布居數(shù)反轉(zhuǎn)。這是實(shí)現(xiàn)受激輻射放大

的必要條件。

6、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)與能級結(jié)構(gòu)？

二能級體系不也許實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，至少要三能級體系，并有一個亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)存在。粒子數(shù)

反轉(zhuǎn)在亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)與比其低的能態(tài)間實(shí)現(xiàn)。

7、光學(xué)正反饋、放大和泵浦閾值？

在激光器中通過諧振腔來實(shí)現(xiàn)光學(xué)正反饋。Ml為全反射鏡，M2為高反射低透射耦合輸出

鏡。光在腔內(nèi)往反一次僅輸出一部分，當(dāng)輸出加損耗與增益達(dá)成平衡時，激光器就輸出穩(wěn)定

的光束。

泵浦閾值：剛好能使激光器維持穩(wěn)定輸出的最小泵浦功率。

第四章

1、產(chǎn)生激光的充要條件？

（1）必要條件：至少為三能級體系，可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

（2）充足條件：光學(xué)正反饋和大于閾值的泵浦功率。

2、激光的縱、橫模？如何選擇縱、橫模？

橫模指光束橫截面上的能量分布。縱模指激光器振蕩的一個頻率或該頻率電磁波在諧振

腔內(nèi)形成的駐波的能量分布模式。它是由J?諧振腔的選頻作用引起的。

出現(xiàn)高階橫模通常是由于激光器的增益太高，所以不以通過減少增益或增長損耗實(shí)現(xiàn)單

橫模運(yùn)轉(zhuǎn)。常用在激光器中設(shè)立小孔，增長高階橫模的損耗，而使高階橫模得到克制。實(shí)現(xiàn)

選橫模。

多縱模是由于激光增益帶寬太寬引起的，所以通過限制縱模的增益來克制不需要的縱

模。常用的方法是使用輸出標(biāo)準(zhǔn)具代替通常的耦合輸出鏡，標(biāo)準(zhǔn)具器作窄帶濾光片的作用,

可以只讓某一單一縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，而克制其它縱模。

3、紅寶石激光器的能級結(jié)構(gòu)、泵浦方式，工作特性，偏振特性，輸出波長？

一、工作原理

工作物質(zhì)：Al。,+0.05%CL（重量比）

性質(zhì):弱雙折射,負(fù)單軸晶體，ne=1.761,n0=1.769

能級結(jié)構(gòu)：J」的三能級系統(tǒng)，如圖午1

￡3=1=）,干2，E2=;E,E,=-A,

E：為亞穩(wěn)能級，’壽命約3毫秒

輸出波長：K優(yōu)先線起振，輸出波長

6943唉

能級結(jié)構(gòu)：C/+三能級結(jié)構(gòu)

泵浦方式：光泵浦，由于吸取峰在藍(lán)、綠區(qū)，用脈沖抗燈泵浦，光譜匹配較好。

工作特性：低反復(fù)率使用時不需要冷卻，自然散熱。較高反復(fù)率使用時，燈和激光棒都需要水冷。

為了提高泵浦效率，通常需要橢圓聚光腔，燈和激光棒分別位于橢圓腔的焦線上。若需

大功率，多燈泵浦，可用雙橢圓腔。

偏振特性：若激光不是沿光軸方向，則輸出為線偏振，垂直光軸，。光。

輸出波長：6943A

4、YAG激光器的能級結(jié)構(gòu)、泵浦方式，工作特性，偏振特性，輸出波長？

工作物質(zhì)：YAG=Y3Al50i2+LO-L2%Nd203（原子比例）

能級結(jié)構(gòu)：NcP+的四能級

泵浦方式：吸取光譜在近紅外波段，通常用氮燈泵浦，并用楙圓聚光腔提高泵浦效率。

工作特性：由于Nd:YAG的閾值低，沖放電快，所以可以高反復(fù)率調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)，并使用預(yù)燃電路，使氮

燈處在點(diǎn)燃裝態(tài)，免去高壓觸發(fā)。可以延長燈的壽命。

輸出波長：1.064um

5、鉉玻璃激光器的能級結(jié)構(gòu)、泵浦方式，工作特性，偏振特性，輸出波長?

工作物質(zhì)：各向同性玻璃+Nd2（）3（1-5%重量比）

能級結(jié)構(gòu)：Nd3+的四能級

泵浦:氮燈

輸出波長:最強(qiáng)輻射1.0627微米

6、氮-敏激光器的能級結(jié)構(gòu)，泵浦方式工作特性，偏振特性，輸出波長？

工作物質(zhì)：氮?dú)猓▇1毛）+發(fā)氣（0.1無）混合氣體

激活介質(zhì):定原子

能級結(jié)構(gòu):四能級系統(tǒng)

發(fā)射波長:3.39/⑶,0.6328,um（b）1.15即（c）.其中3.39Mm的增益最高，通常用玻璃窗克制3.39Mm

發(fā)射或加軸向非均勻磁場。

泵浦：氣體輝光放電激勵，家原子共振能量轉(zhuǎn)移。

第五講

1、氮-敏激光器的工作物質(zhì)、增益介質(zhì)、泵浦方式、發(fā)射波長及其選擇，諧振腔結(jié)構(gòu)，穩(wěn)頻,

偏振性？

工作物質(zhì)：氮?dú)猓▇1毛）+笈氣（0.1毛）混合氣體

增益介質(zhì):嵐原子

泵浦方式：氣體輝光放電激勵，氨原子共振能量轉(zhuǎn)移。

發(fā)射波長:3.3昨m（a）,0.6328gm（b）1.15其中3.39pm的增益最高，通常用玻璃窗克制

3.3911m發(fā)射或力II釉向非均勻磁場。我們在實(shí)驗室看見的紅光激光器，大多都是氮尿激光器，

工作波長為632.8納米

諧振腔有三種結(jié)構(gòu)：內(nèi)腔式、外腔式和半內(nèi)腔式。

重要用于小功率短腔結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)：使用方便，輸出激光為非偏振。

外腔式He-Ne激光器

玻璃管兩端用布儒斯特窗玻璃封裝，諧振腔的兩端鏡外加，可以獨(dú)調(diào)節(jié)。特點(diǎn)：輸出線偏

振光，功率大，但需要經(jīng)常維護(hù)。

半內(nèi)腔式He-Ne激光器

諧振腔的一個端鏡與玻璃殼焊接在一起，而另一個端鏡可自由調(diào)節(jié)。特點(diǎn)：輸出線偏振較好,

適合中檔功率，維護(hù)較容易。

穩(wěn)頻：通常控制腔的幾何長度。腔長的補(bǔ)償：運(yùn)用壓電陶瓷控制腔的全反射端鏡微位移。位

移量由頻率漂移量擬定。

2、C02激光器的工作物質(zhì)、增益介質(zhì)、泵浦方式、能級結(jié)構(gòu)，波長，諧振腔結(jié)構(gòu)？

工作物質(zhì)：C02：N2：He=3:2:5的混合氣體，總壓強(qiáng)10毛

增益介質(zhì)：CO2

能級結(jié)構(gòu)：四能級

波長10.61卜im

泵浦方式：縱向激勵：電場方向平行于光束方向，合用于中小功率；橫向激勵：電場方向垂

直于光束方向，合用于高氣壓（400毛）大功率

諧振腔結(jié)構(gòu)：內(nèi)腔式：合用于小型或波導(dǎo)型。半內(nèi)腔式：合用于中檔功率。外腔型：合用于

大功率。無論哪種腔結(jié)構(gòu)，端鏡均鍍金反射膜。

3、氮離子激光器的工作物質(zhì)、增益介質(zhì)、泵浦方式，能級結(jié)構(gòu)，發(fā)射波長，諧振腔結(jié)構(gòu)，

輸出偏振，放電管結(jié)構(gòu)？

工作物質(zhì)：惰性氣體氧氣，增益介質(zhì)：氧離子。

能級結(jié)構(gòu)：四能級，4P4s發(fā)射10條譜線，其中5145和4889唉兩條譜線增益最大，優(yōu)先起

振.

泵浦:低壓大電流弧光放電使筑原子電離，離子-離子，離子-電子碰撞，激發(fā)過程也許是一步,

也也許是兩步或多步過程.

等離子管結(jié)構(gòu)：由放電管、磁場組成。其中放電管規(guī)定具有優(yōu)良的傳熱性能，目前，中小功

率激光器的放電管使用石墨，而大功率激光器的放電管則使用氧化被陶瓷，但這種材料粉末

有毒，加工困難，所以價格貴。放電管的直徑約2-6亳米。釉向磁場的作用，磁約束Ar+在

放電管軸心，不要碰放電管壁而去激發(fā)。

4、準(zhǔn)分子概念，增益介質(zhì)，能級結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)激光相比的特點(diǎn)，泵浦方式，發(fā)射波段？

所謂準(zhǔn)分子指處在激發(fā)態(tài)的復(fù)合分子，而在基態(tài)壽命很短。

工作物質(zhì)：惰性氣體或惰性氣體、鹵素元索混合物或金屬、鹵索元索混合物。

激活介質(zhì)：準(zhǔn)分子，如Xc2（頷），KrF（氟化氮），HgBr（澳化汞）

能級結(jié)構(gòu)：四能級系統(tǒng)

泵浦：（1）高能電子束，（2）電子束控制放電，（3）快放電由于激光上能級壽命短，規(guī)定快

速泵浦。

輸出波長：帶寬較寬

特點(diǎn)：高效率，大能量，已獲得35OJ/脈沖輸出。

第六講

I、半導(dǎo)體能帶，P、N型滲雜，P、N型半導(dǎo)體，P-N結(jié)，費(fèi)米能級，輻射放大條件，必要

條件，P-N結(jié)能帶圖繪制？

固體中由于大量原子緊密結(jié)合，使得單原了?的能級分裂為寬的能帶，能帶由相距很小的精細(xì)

能級組成。電子在能帶中的分布形式?jīng)Q定了固體材料的導(dǎo)電性能。（具體情況，可以參看固

體物理課本，或者任意版本的半導(dǎo)體物理教程。實(shí)在不行了，找一找光纖通訊課本，談到

LED和LD都會講一講的）

P型摻雜：用低價元素?fù)诫s本征半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體：P摻雜形成的半導(dǎo)體。以空穴導(dǎo)電，

費(fèi)米能級減少。

N型摻雜：用高價元素?fù)诫s本征半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：、摻雜形成的半導(dǎo)體，以電子導(dǎo)電,

費(fèi)米能級升高。

由于N型半導(dǎo)體中有富裕的自由電子，而P型半導(dǎo)體中有富裕的自由的空穴，所以當(dāng)P型

和N型半導(dǎo)體接觸時，P型半導(dǎo)體中的空穴就會向N型中擴(kuò)散，而N型半導(dǎo)體中的電子向

P型中擴(kuò)散，結(jié)果是P型端帶負(fù)電，而N型端帶正電。因而會形成內(nèi)建電場，內(nèi)建電場的

方向從N型端指向P型端，從而又阻止電子和空穴的擴(kuò)散。最后，依靠電子和空穴濃度梯

度的擴(kuò)散和內(nèi)建電場的電作用達(dá)成平衡，在接觸面附近形成一個耗盡層，即p-n結(jié)。

指絕對零度時全滿電子態(tài)與全空電子態(tài)的能量分界面。或絕對零度時電子占據(jù)的最高能態(tài)的

能量，用符號EF表達(dá)。

輻射放大條件：必須可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

必要條件：四能級系統(tǒng)，重?fù)诫s，使發(fā)射能量小于激發(fā)所需能量

2、同質(zhì)、異質(zhì)P-N結(jié)，能帶圖繪制，半導(dǎo)體激光器的牡盧.，同質(zhì)、單異質(zhì)和雙異質(zhì)P-N結(jié)

激光器的特點(diǎn)？

同質(zhì)結(jié)：由同種半導(dǎo)體材料組成的pn結(jié)；異質(zhì)結(jié)：由....（能帶圖見賴天樹ppt）

閾值電流正比于溫度的立方，所以只能在低溫（液氮）下

同質(zhì)結(jié)激光器的特點(diǎn)：連續(xù)工作，室溫下只能脈沖工作，壽命較短。單異質(zhì)結(jié)激光

器比同質(zhì)結(jié)激光器具有更高的效率，低的閾值電流。由于雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高效率約束，使雙異

質(zhì)結(jié)激光器的效率大為提高，閾值電流大為減少，可在室溫下連續(xù)工作。

沒有找到明確的半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn).

3、重?fù)诫s，為什么需要重?fù)诫s，產(chǎn)生受激輻射放大的必要條件、充足條件？

重?fù)诫s：由于費(fèi)米能級隨摻雜濃度而變化，所以使用重?fù)诫s使P型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級進(jìn)入

價帶，而使N型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級進(jìn)入導(dǎo)帶，這樣在p-n結(jié)耗盡層中就形成等價的四能級

結(jié)構(gòu)

必要條件：重?fù)诫s，使發(fā)射能■小于激發(fā)所需能值

充足條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

這兩個概念，存疑。希望各位指點(diǎn)迷津。

第七講

1、異質(zhì)P-N結(jié)，能帶圖繪制，半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)，同質(zhì)、單異質(zhì)和雙異質(zhì)P-N結(jié)激光器

的性能比較？

能帶圖如下:

Ec

明確的半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)我沒找到。請各位大俠出手用助。

同質(zhì)結(jié)激光滯的特點(diǎn)：連續(xù)工作，室溫下只能脈沖工作，壽命較短。單異質(zhì)結(jié)激光

器比同質(zhì)結(jié)激光器具有更高的效率，低的閾值電流。由于雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高效率約束，使雙異

質(zhì)結(jié)激光器的效率大為提高，閾值電流大為減少，可在室溫卜連續(xù)」.作。

2、摻鈦藍(lán)寶石激光器的工作物質(zhì)、增益介質(zhì)，能級結(jié)構(gòu)，增益線寬，泵浦方式，非線性效

應(yīng)，諧振腔結(jié)構(gòu)？

工作物質(zhì)：A12O3+Ti2O3(~5%),激活介質(zhì)：Ti3+

能級結(jié)構(gòu)：四能級系統(tǒng)

泵浦方式：光激發(fā)，通常用激光激發(fā)

輸出波長:700-1l()()nm連續(xù)可調(diào)。

摻鈦藍(lán)寶石具有很強(qiáng)的三階非線性，運(yùn)用這一特性可以實(shí)現(xiàn)激光的相位調(diào)節(jié)-自相位調(diào)節(jié)，

鎖定不同縱模間的位相，實(shí)現(xiàn)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。

由千日相位調(diào)節(jié)是一種非線件效應(yīng),需要翎的光功率密度.所以鈦寶石激光諧振播設(shè)計中要

考慮提高寶石棒中的光功率密度，需要加一對聚焦亞腔，使激光聚焦通過鈦寶石棒，獲得強(qiáng)

的光功率密度，進(jìn)而強(qiáng)的自相位調(diào)節(jié)。

3、激光器Q值定義，機(jī)械調(diào)Q的特點(diǎn)，常見結(jié)構(gòu)，加速原理？

Q指諧振腔的品質(zhì)因素，它定義為腔內(nèi)存儲的能量與每秒中損耗的能量之比

Q=2碼）一

Z

機(jī)械調(diào)Q特點(diǎn)：將全反射鏡替換為一個轉(zhuǎn)動的棱鏡。轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q屬慢開關(guān)型，機(jī)械轉(zhuǎn)動引起

振動，開關(guān)時間通常在百納秒量級。結(jié)構(gòu)可以參考老師的ppt,比較簡樸，略去。

加速原理：采用光學(xué)加速方法來壓縮開關(guān)角，縮短脈沖寬度。方法有二，折疊腔式和冷靜直

角式。預(yù)計考到的概率很小，具體方法參看PPT

第八章

1、機(jī)械調(diào)Q的原理，最佳轉(zhuǎn)速，開關(guān)角，轉(zhuǎn)鏡加速原理？

機(jī)械調(diào)Q激光器結(jié)構(gòu)如圖所示，它是將全反射鏡替換為一個轉(zhuǎn)動的棱鏡。設(shè)直角棱鏡的角平分線與激

光束的交角為0,則損耗率5~。曲線隨棱鏡的轉(zhuǎn)動方式而變化。

轉(zhuǎn)動棱鏡調(diào)Q

當(dāng)棱鏡沿x軸轉(zhuǎn)動時，就可以靈敏地調(diào)節(jié)諧振腔的損耗率，由于0變化能靈敏地破壞諧振條件，開關(guān)

角小，能獲得窄脈沖。

最佳轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速越快，開關(guān)時間越短，脈沖越短，然而，峰功率為脈沖能量與時間之比，轉(zhuǎn)速太快，

也許脈沖能量太低，峰功率也低。應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使峰功率最大，而不是只追求脈沖寬度窄。

轉(zhuǎn)鏡由電機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)速約3000轉(zhuǎn)/分，開關(guān)時間約為100ns,這離最佳轉(zhuǎn)速尚有一定的距離。再提高

電機(jī)轉(zhuǎn)速也有困難，所以采用光學(xué)加速方法來壓縮開關(guān)角，縮短脈沖寬度?？梢圆捎谜勰率角缓屠忡R

直角腔來壓縮脈沖。

2、電光調(diào)Q的原理，電光Q開關(guān)的典型結(jié)構(gòu)，工作過程，升玉式，降壓式電光Q開關(guān)的優(yōu)缺陷，普

克爾效應(yīng)，克爾效應(yīng)？

電光調(diào)Q運(yùn)用電光晶體的各向異性線性電光效應(yīng),控制光的偏振態(tài)變化，達(dá)成控制諧振腔的報耗目的。

電光調(diào)制器的典型結(jié)構(gòu)是用電光晶體制造的一個電壓控制的1/4或1/2波片?？刂仆ㄟ^它的光束的偏

振態(tài)的變化。

電光Q開關(guān)的工作過程是當(dāng)入射光束被分解為。光和e光后，通過電光晶體時，若電光晶體忽然退壓，

則光線方向偏離本來入射方向，Q值忽然增長，由此達(dá)成調(diào)Q目的。

退壓Q開關(guān)的缺陷是脈沖前沿不陡。

普克爾效應(yīng)即一次電光效應(yīng)，折射率的變化與電場成線性變化；克爾效應(yīng)是二次電光效應(yīng)。

3、端鏡耦合輸出調(diào)Q和腔倒空調(diào)Q技術(shù)的比較？

脈沖透射式Q開關(guān)(PTM)又稱腔倒空。發(fā)展腔倒空技術(shù)是為了進(jìn)一步壓縮Q開關(guān)脈沖和

輸出更高的脈沖能量?？梢詫⑶粌?nèi)所有能量在一個振蕩周期內(nèi)倒;II，提高脈沖峰功率一個

數(shù)量級。

激光是在高Q狀態(tài)振蕩輸出的，至少要振蕩幾個周期，才干有好的相干性、好的方向性和

足夠的增益。Q開關(guān)脈沖寬度為m2L/c。激光端鏡耦合輸出通常只有10%左右，剩余的9()%

左右的能量在腔內(nèi)沒有輸出。

第九章

1、聲光調(diào)制器的工作原理.，行波性，駐波性聲光Q開關(guān)的特點(diǎn)，聲光Q開關(guān)的調(diào)Q原理，布拉格和

拉曼-奈斯衍射的特點(diǎn)。聲光調(diào)Q的優(yōu)點(diǎn)？腔倒空聲光調(diào)Q的倒出效率？

聲波是縱波，在介質(zhì)中傳播時會引起介質(zhì)的密度隨聲波周期性變化，進(jìn)而折射率周期性

變化，形成折射率光柵。光通過這種折射率光柵后，位相會受到調(diào)制而產(chǎn)生衍射，即聲-光

衍射。聲-光衍射可分為拉曼奈斯衍射和布拉格衍射，后者的衍射效率高，所以，聲光調(diào)Q

通常采用布拉格衍射調(diào)Q>

聲-光調(diào)制器可以設(shè)計成行波型和駐波型兩種結(jié)構(gòu)。行波型即超聲波沿光柵單方向傳播，而駐波

型則可以看作沿兩個相反方向傳播的超聲波在光柵上的疊加。駐波型的驅(qū)動功率比行波型低，但駐波

超聲場在聲光介質(zhì)中不易迅速消除，因而開關(guān)時間較長，故實(shí)際使用中多采用行波型。

聲光調(diào)Q是運(yùn)用超聲波在彈性介質(zhì)中傳播引起的折射率光柵對光的衍射實(shí)現(xiàn)諧振腔的Q值調(diào)節(jié)

的。

拉星奈斯衍射是多級衍射，每一級的衍射效率低：布拉格衍射僅有正或負(fù)一級衍射，衍射效率比

較高。

聲光調(diào)Q的優(yōu)點(diǎn)；易于實(shí)現(xiàn)高反復(fù)率調(diào)Q,從數(shù)10K數(shù)MHz。

腔倒空聲光調(diào)Q采用共焦腔提高倒出效率。倒出效率為：-最大值為50%，當(dāng)n=50%

2、染料調(diào)Q的原理，優(yōu)缺陷？屬于什么類型調(diào)Q技術(shù)？

可飽和吸取體重要有染料，運(yùn)用染料的非線性吸取特性實(shí)現(xiàn)調(diào)Q。

在光強(qiáng)強(qiáng)度比較低時，染料對激光的吸取大于損耗，激光不振蕩，處在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)積累階段。當(dāng)積累

到增益大于損耗時，脈沖開始振蕩，在振蕩過程中，由于脈沖前后沿的強(qiáng)度較低，所以吸取大于中心

處，反過來，就是脈沖中心（峰）處的增益大于前后沿，所以，振蕩放大的結(jié)果是脈沖越來約窄。

優(yōu)點(diǎn):Q開關(guān)結(jié)構(gòu)簡樸，沒有電干擾，可獲得峰值功率幾兆瓦，脈寬十幾納秒的巨脈沖；

缺陷:產(chǎn)生Q脈沖的時刻有一定的隨機(jī)性，不能人為控制;染料易變質(zhì),需經(jīng)常更換.

機(jī)械，聲光，電光調(diào)Q屬于積極調(diào)Q，染料調(diào)Q屬于被動調(diào)Q

3、調(diào)Q技術(shù)的分類，主、被動型？

常見的調(diào)Q技術(shù)涉及機(jī)械調(diào)Q、電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q和染料調(diào)Q四種技術(shù)。其中前三種技術(shù)屬積極

調(diào)Q技術(shù)，而染料調(diào)Q屬被動調(diào)Q。

4、何謂鎖模？鎖模技術(shù)的分類？鎖模的前提？鎖模脈沖寬度、峰功率，脈沖反復(fù)率？

鎖模實(shí)質(zhì)上就是鎖各個縱模間的初始位相。使它們之間保持恒定差。

鎖模技術(shù)涉及積極、被動和自鎖三種。積極鎖模涉及損耗調(diào)制和位相調(diào)制。染料鎖模是被動鎖模的一

種。能實(shí)現(xiàn)自鎖模的激光器是鈦寶石激光器。

鎖模的前提：多縱模輸出

2乃1，其中N為允許起振的縱模的個數(shù)，調(diào)制脈沖周期為r=@

鎖模脈沖寬度為八7=----=—

端

其峰功率為未鎖模時的N倍。脈沖的間隔時間為2L/C,為脈沖在諧振腔來回一次的時間，脈沖的反

第率即為脈沖的間隔時間的倒數(shù)。

5、損耗調(diào)制的鎖模原理？相位調(diào)制的鎖模原理？

損耗調(diào)制即在諧振腔內(nèi)放置一損耗調(diào)制器，表達(dá)為r“）=4+47sin（4j+%）

未受調(diào)制的電場表達(dá)為￡（，）=EoSin（g/+G,）

則通過調(diào)制后，可以表達(dá)為

e?)=E⑴TQ)=&冏)+ATsin(comt+(p2)]sin(<(oet+(pi)

=E()7；)[l4-，〃sin(0,j+仍)]sin(例f+(pe)

=E°T。sinQ/+0)+sin[(4-綜"+0一Q1+sin[(2+a)Jt+(pe+仍1

上式表白，正弦調(diào)幅波可以用頻率分別為雙），sO-com,,DO+com的三個平面波的迭加合成。

由于這三個平面波位相相同，所以它們相干疊加可以輸出一個巨脈沖。

相位調(diào)制是指激光的仞始相位受到調(diào)制信號的調(diào)制而隨信號變化，具體過程見下題。

第十章

1、位相調(diào)制鎖模原理，鎖模啟動過程?

位相調(diào)制是指激光的初始相位受到調(diào)制信號的調(diào)制而隨信號變化。

設(shè)初始相位偏受到一相位增量調(diào)制:

%?)=〃％sin?

則相位調(diào)制信號為

e(t)=&cos[<y0r+(%+%>)]=&cos。，+?sin(omt)]=&cos[a)Qt+/,sinconf+%)]

該式可以用貝塞爾函數(shù)展開成多級，若〃％<<1，則最后可以簡化為

A"?A)"z

e(f)=&cos3o,+°。)+^^8S[(口0+%)/+%)]一——cos[(690-d?,?)r+%)]

上式類似于調(diào)頻的結(jié)果，弱調(diào)相只產(chǎn)生一級上下邊頻，強(qiáng)調(diào)相可產(chǎn)生多級高階上下邊頻。

鎖模啟動的過程即：當(dāng)強(qiáng)激光受到調(diào)制時，先產(chǎn)生上下邊頻的起振，然后激光繼續(xù)振蕩，不

斷激發(fā)更多的高階邊頻起振，最后諧振腔內(nèi)所允許的所有頻率都起振，它們相干登加，形成

窄的巨脈沖輸出。

用頻率ti驅(qū)動放在共振腔內(nèi)的那只積極調(diào)制器工作，同時讓最靠近增益峰值頻率vm的

模開始激光振蕩.受調(diào)制器的作用，這個模的電磁場通過調(diào)制器之后將形成頻率分別為

vm+fi和vmf的邊帶.假如驅(qū)動頻率fi等于兩個縱模的頻率間隔（數(shù)值等于c/2Lc為光速，

I為共振腔腔長），那么，vm帶將通過兩個邊帶的“搭橋”與和它相鄰近的兩個模發(fā)生耦合，

三者建立了振蕩相位關(guān)系.當(dāng)頻率vm±fi的邊帶通過調(diào)制器時，又產(chǎn)生頻率vm±2fi的新

邊帶，它們又把vm與和它相隔頻率2fi的模耦合起來，建立激光振蕩相位關(guān)系.輻射在腔

內(nèi)來回通過調(diào)制器傳播，與vm建立振蕩相位關(guān)系的模越來越多，最后使在激光增益線寬范

圍內(nèi)所有的縱模都耦合起來.我們說，振蕩模此時已被鎖定，激光器進(jìn)入鎖模狀態(tài).

2、相位鎖模調(diào)制器的調(diào)制頻率為什么要等于相鄰縱模間的頻率差？鎖模器為什么要放置在盡量靠近

端鏡，放在遠(yuǎn)離端鏡的位置行否？

鎖模實(shí)質(zhì)上就是鎖各個縱模間的初始位相。使它們之間保持恒定差。調(diào)制頻率要等于相鄰縱模間

的頻率差是為了保證每一次加載調(diào)制信號的時候，都剛好加載在也許起振的縱模的頻率上，使得最后

起振的都是諧振腔所允許的頻率，然后這些縱模相干強(qiáng)加才干產(chǎn)生極大值。

鎖模器要盡量靠近端鏡是為了保證光束的調(diào)制頻率為縱模間頻率差，假如遠(yuǎn)離端鏡，假設(shè)放在諧

振腔中部，則相稱于每次光要走到中部才干受到激勵，這是受到激勵的頻率就不是c/21而變成了c/1

3、染料被動鎖模的原理，物理上它是屬于損耗調(diào)制或是相位調(diào)制？

染料鎖?？梢远ㄐ缘乩斫鉃橹芷谛該p耗調(diào)制鎖模，但每次損耗調(diào)制的調(diào)制度不同，所以數(shù)學(xué)解決更復(fù)

雜。通常把染料鎖模提成三個階段。

（1）線性吸取階段。此階段重要是增益積累。

（2）非線性吸取階段。高增益模開始振蕩，受到染料的調(diào)制,

（3）非線性放大階段。脈沖被壓縮，頻譜展寬，更多縱模被激發(fā)，又進(jìn)一步壓縮脈沖。

4、何謂自鎖模？自鎖模原理，如何激發(fā)縱模的？自鎖模的典型激光器是什么？

自鎖模指由激光增益介質(zhì)自身產(chǎn)生的鎖模。

自鎖模原理羽要是由增益介質(zhì)的非線性效應(yīng)引起的。當(dāng)強(qiáng)的激光通過時，就會引起增益介質(zhì)的折射率

變化：

〃(/)=%+〃J

進(jìn)而調(diào)制激光的相位

AnL=-----

這種由光脈沖強(qiáng)度引起的自己的相位變化，稱為自相位調(diào)制。

自相位調(diào)制會引起頻譜展寬，展寬量為:

d\(b27rL

△?=—匚=

所以，自相位調(diào)制使光波的頻譜展寬為一個連續(xù)帶，而連續(xù)帶中僅有與諧振腔允許的縱模頻率相同的

譜線可以維持振蕩，其它譜帶消失。激發(fā)起的多縱模迭加，使脈沖變得更窄，dl/dt更大，頻譜展寬

里大,激發(fā)起更多的縱模。更多的縱模跌加產(chǎn)牛電窄的脈沖,進(jìn)而更大dl/dt,返:種正反饋過程緋續(xù).

直至達(dá)成一個穩(wěn)定鎖模狀態(tài),

5、激光內(nèi)、外調(diào)制？連續(xù)、脈沖調(diào)制？調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相和避度調(diào)制？

內(nèi)調(diào)制：指直接調(diào)制激光振蕩器的參數(shù)，使輸出的激光束的某個參數(shù)隨調(diào)制信號而變化。

外調(diào)制：指調(diào)制激光器輸出的穩(wěn)定光束的某個參數(shù)，使其隨調(diào)制信號而變化。外調(diào)制是目前廣泛使用

的調(diào)制方法。

按照激光束的受調(diào)制參數(shù)分類，激光調(diào)制可分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相和強(qiáng)度調(diào)制。

按激光載波的能量分布形式分類：連續(xù)調(diào)制和脈沖調(diào)制。其中脈沖調(diào)制又分模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。

調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相和強(qiáng)度調(diào)劑即使激光束的偏振電場振幅，頻率，相位，強(qiáng)度隨調(diào)制信號而變化。

第十一章

1、脈沖調(diào)制技術(shù)，物理意義及調(diào)制信號的數(shù)學(xué)表達(dá)？

脈沖調(diào)制指激光載波為脈沖串。根據(jù)采樣定理，只要對連續(xù)信號的采樣頻率大于被采樣信號

帶寬的2倍，就可以根據(jù)采樣脈沖系列恢復(fù)連續(xù)信號?；谶@一原理，沒有必要傳輸連續(xù)信

號的所有信息，所以發(fā)展了脈沖調(diào)制。使用脈沖調(diào)制可以節(jié)約傳輸帶寬和發(fā)射功率。

2、脈沖編碼調(diào)制？量化、編碼的物理意義？

脈沖編碼調(diào)制（PCM）一方面通過A/D轉(zhuǎn)換器將模秋信號轉(zhuǎn)換為某一字長的數(shù)字信號。

然后再逐位調(diào)制光載波的某個參數(shù)，實(shí)現(xiàn)信息光傳輸。顯然，PCM中的每個脈沖只代表一

數(shù)字化信號中的一個位，而一個位也許為?；?,所以只要用“強(qiáng)'’或"弱”脈沖分別表達(dá)1或

0即司'而脈沖幅度在允許范圍內(nèi)的變化并不具有實(shí)際意義，這就是PCM能抗噪聲干擾的

因素。

然而，PCM的強(qiáng)抗干擾能力是以犧牲傳輸速率為代價的。例如A/D為8位，那么就要

8個脈沖才干代表一個狀態(tài)。同樣傳輸帶寬的有效數(shù)據(jù)傳輸速率就只有模擬傳輸?shù)?/8,或

者反過來，要保持兩者相同的有效數(shù)據(jù)傳輸率，PCM傳輸?shù)膸捑鸵鲋聊M帶寬的8倍。

為了既保持PCM的強(qiáng)抗干擾能力，又保持有效傳輸帶寬不減少，所以采用數(shù)據(jù)編碼和壓縮

技術(shù)。

3、脈沖編碼技術(shù)？脈沖編碼調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，缺陷？

連續(xù)調(diào)制和脈沖調(diào)制均為模擬調(diào)制，通過使光束的某一個參數(shù)隨信號變化實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制與傳輸。假

如噪聲也使被調(diào)制參數(shù)發(fā)生變化，接受者就不能區(qū)分這種變化是信號或是噪聲，所以，模擬調(diào)制的抗

干擾能力差。為此，發(fā)展脈沖編碼調(diào)制技術(shù)，它是數(shù)字調(diào)制。具有強(qiáng)的抗噪聲干擾能力。但是，它的

強(qiáng)抗干擾能力是以犧牲傳輸速率為代價的。

4、雙折射現(xiàn)象、主平面、主截面？0、e光的偏振態(tài)？

雙折射現(xiàn)象：當(dāng)一束光折射進(jìn)某些物質(zhì)中產(chǎn)生兩束折射光束的現(xiàn)象。一束光稱為尋常光（o

光），另一束光稱為非尋常光（e光）。

主平面：由光線與光軸組成的平面。

主截面：e光主平面與。光主平面重合的平面。

。光：折射率與傳播方向無關(guān)的光束，即各向同性光束。其偏振方向與主截面垂直。

e光：折射率隨傳播方向變化，即各向異性光。其偏振方向與主截面平行。

5、折射率橢球及其物理意義？如何依據(jù)折射率橢球擬定光的偏振態(tài)？

折射率橢球

在各向異性晶體中，電位移矢量力與電場矢量總之間通過電介張量聯(lián)系起來，即：

力=［得1后

通過選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系XYZ,可以實(shí)現(xiàn)電介張量［的］的對角化，即

%=弓⑴。=j)

O(iVj)

稱這樣的XYZ坐標(biāo)軸為介電主軸。在介電主軸坐標(biāo)系中，光率體為一橢球，橢球方程為：

979

廠)廣Z-1

—+—+——=1

與￡?￡y

p—vr9x2y2z'2

因，所以，光率體可寫為r+r+==1

%ny電

上式即為在主坐標(biāo)系中的雙折射晶體的折射率橢球方程。nx,ny,1分別為沿X,Y.Z方向的主折

射率。

雙折射晶體中，任一波矢量相應(yīng)兩個互相正交偏振的電位移分量力和D2,過折射率橢球中心做與

垂直的平面，此平面與橢球相交形成一橢圓，則

(1)、Di與D2分別平行于相交橢圓的長、短軸方向。

(2)、沿Di和D2偏振的兩個分量的折射率分別等于相應(yīng)的橢圓主軸的半長度。

6、線性電光效應(yīng)及其計算？

線性電光效應(yīng)指晶體的折射率隨外加電場一階變化的效應(yīng)。計算見下題

第十二章

1、線性電光效應(yīng)的計算，電光調(diào)制器設(shè)計，半波電壓、1/4波長電壓，縱、橫向電光調(diào)制？

線性電光效應(yīng)的計算：

a一方面先擬定折射率橢球的表達(dá)式

b然后擬定該晶體的電光張量和外加電場情況

c然后寫出在主軸坐標(biāo)系下，外加電場下的折射率橢球方程

d合并同類項，再將新的折射率橢球方程寫成未加電場時的折射率橢球的形式，從而導(dǎo)出新

的折射率表達(dá)式

e根據(jù)題目給定的電場方向，求出位相差，進(jìn)而可得半波電壓。

電光調(diào)制器的設(shè)計

調(diào)制應(yīng)當(dāng)隨外電場的變化比較明顯，一般沿光軸方向施加電壓，縱向應(yīng)用無自然雙折射引起

的相位延遲，而橫向應(yīng)用有自然雙折射引起的相位延遲。

半波電壓即與光波傳播方向垂直的兩個偏振態(tài)產(chǎn)生的相位差為萬時所相應(yīng)的電壓

1/4波長電壓即與光波傳播方向垂直的兩個偏振態(tài)產(chǎn)生的相位差為萬/2時所相應(yīng)的電壓

縱，橫向電光調(diào)制即當(dāng)光波傳播方向與加電壓的方向一致時為縱向調(diào)制，垂直時為橫向調(diào)制。

2、KDP晶體電光調(diào)制器如何應(yīng)用最有效？

沿光軸方向施加電壓，縱向應(yīng)用無自然雙折射引起的相位延遲，而橫向應(yīng)用有自然雙折射引

起的相位延遲。

3、電光強(qiáng)度、相位調(diào)制器？線性工作點(diǎn)的設(shè)立？

強(qiáng)度調(diào)制器是在電光晶體前后放置起偏器和檢偏器，通過對電光晶體施加電壓，然后改變出

射光的偏振方向，從而改變從檢偏器射出的光強(qiáng)的大小，至此達(dá)成了強(qiáng)度調(diào)制。

而相位調(diào)制器則只有起偏器，且起偏器的方向與調(diào)制器允許的偏振方向一致，透射光的相位

調(diào)制正比于偏振方向的光的折射率的變化。

4、電光調(diào)制器的渡越時間和帶寬，高頻電光調(diào)制的阻抗匹配？

電光調(diào)制器的度越時間是指光通過晶體所需要的時間，調(diào)制器的最高工作頻率為

4〃/

其帶寬的量級為GHz。

高頻電光調(diào)制的阻抗匹配：電光晶體可以等效為一個電容和電阻的并聯(lián)，其阻抗為

R1

Z=,當(dāng)頻率為高頻時，其阻抗值近似為2=—，小于信號源內(nèi)阻，則大

yJi+co2C2R2①C

部分功率將消耗在無用的地方。因此需要并聯(lián)一個電感L,其阻抗變?yōu)?/p>

O1

Z=-,取L=—時，阻抗最大，從而調(diào)制功率能有效的加載到晶

/療CW+工”C

V6匕

體上。

第十三章

1、行波調(diào)制器結(jié)構(gòu)，提高帶寬的原理及帶寬？

行波調(diào)制器采用橫向調(diào)制，行波電場沿電極傳播，盡量與光波的傳播匹配，這樣就不會受到

度越時間的限制，從而極大的增長了行波調(diào)制器的帶寬。其帶寬為1/二-------------.為

4n/(lc/ncm)

非行波型的——]——倍

(\-dncJ

2、聲光衍射原理，聲光柵的形成，行波型和駐波型拉曼-奈斯聲光衍射的異同？

原理：超聲波在介質(zhì)上傳輸時，將導(dǎo)致折射率的分布隨聲波的強(qiáng)度變化。當(dāng)光照射在介質(zhì)上

時就會發(fā)生衍射，由此形成聲光柵。

行波型即超聲波在光柵上單方向傳播，進(jìn)行行波調(diào)制，衍射光的強(qiáng)度極大值隨時間變化；而

駐波型可以分解為兩個相反方向的行波的疊加，衍射光強(qiáng)極大值不隨時間變化。

3、光柵衍射類型的鑒定，G參數(shù)和L。參數(shù)定義，判斷，直?

當(dāng)光柵厚度較薄時，一般發(fā)生拉曼奈斯衍射，即聲光衍射是多級的：而當(dāng)光柵較厚時，滿足

布拉格衍射條件則發(fā)生布拉格衍射，即聲光衍射僅有正或負(fù)一級。他們重要通過參數(shù)G和L.

來區(qū)分’其中G=^方仆與

當(dāng)GW兀時，為拉曼■■奈斯衍射

當(dāng)G24兀時，為布拉格衍射

若G處在兩值之間，則屬于混合型，既有拉曼衍射，又有布拉格衍射。

當(dāng)LW￡0/2,為拉曼奈斯衍射

當(dāng)L22L。，為布拉格衍射

若L處在兩值之間，則屬于混合型，既有拉曼衍射，又有布拉格衍射。

4、磁光效應(yīng)，物理起因？磁光旋光的特點(diǎn)，雙折射波片的旋光的異同？

磁光效應(yīng)起源于電子自旋與磁場作用，產(chǎn)生塞曼分裂，使得本來簡并的能級分裂。自旋分裂

后，材料的消光系數(shù)對左右旋圓偏振光的吸取峰分裂，從而引起折射率的變化。所以左右旋

圓偏振光的折射率不同，此效應(yīng)為圓二色性。當(dāng)線偏振光通過具有圓二色性的晶體以后，左

右旋圓偏振光的相位不同，合成的光為一個偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的線偏振光。

磁光旋光的特點(diǎn)是偏振面旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)，只與磁場強(qiáng)度方向有關(guān)。磁場方向不

變時，光往返兩次通過磁光調(diào)制器，偏振面轉(zhuǎn)角加倍。

雙折射波片的旋光？

第十四章

I、激光束偏轉(zhuǎn)，模擬與數(shù)字偏轉(zhuǎn)？

激光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)重要有機(jī)械偏轉(zhuǎn)，電光偏轉(zhuǎn)和聲光偏轉(zhuǎn)。

模擬偏轉(zhuǎn)即：光束連續(xù)偏轉(zhuǎn)，能達(dá)成偏轉(zhuǎn)軌跡上的任何點(diǎn)，重要用于顯示技術(shù)。

數(shù)字偏轉(zhuǎn)即：光束只能到達(dá)偏轉(zhuǎn)軌跡上的某些離散點(diǎn)，重要用于光存儲。

2、機(jī)械偏轉(zhuǎn)技術(shù)的原理、特點(diǎn)？

機(jī)械偏轉(zhuǎn)運(yùn)用反射鏡或棱鏡;等光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)或振動，改變反射光或折射光的方向而實(shí)現(xiàn)光

束偏轉(zhuǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是偏轉(zhuǎn)角大，光譜范圍寬，光損耗小，溫度影響?。黄淙毕轂閽呙杷俣嚷?。

3、電光偏轉(zhuǎn)技術(shù)的原理、特點(diǎn)？典型模擬和數(shù)字偏轉(zhuǎn)期結(jié)構(gòu)？

電光偏轉(zhuǎn)是基于晶體的電光效應(yīng)引起的折射率梯度變化，使光線發(fā)生彎曲，其中光線的偏轉(zhuǎn)

角正比于折射率梯度。模擬：兩塊楔形KDP晶體組成，偏轉(zhuǎn)角不僅與調(diào)制電壓有關(guān)，并且

與調(diào)制器的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)，數(shù)字：一塊調(diào)制器和一塊檢偏器組成一位數(shù)字偏轉(zhuǎn)器。不在調(diào)制

器上加電壓時，光線為。光，在通過檢偏器時不發(fā)生彎曲；在調(diào)制器上加電壓時，光線為e

光，通過檢偏器時發(fā)生彎曲，從而達(dá)成了通過加電壓與否控制光束位置的0,1狀態(tài)的效果。

4、聲光偏轉(zhuǎn)技術(shù)的原理、特點(diǎn)？聲光偏轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)，如何實(shí)現(xiàn)布拉格角的自動調(diào)制？分辨

點(diǎn)數(shù)？

原理：根據(jù)布拉格衍射條件：2ASsin0R=X

可以通過改變聲波波長4,來改變布拉格衍射角盤。所以可以通過控制超聲波長來控制光

束的偏轉(zhuǎn)。

結(jié)構(gòu)：

自動調(diào)制：通常入射光的方向是不變的，當(dāng)聲波頻率改變時，要保持布拉格條件就必須改變

超聲波的傳播方向，以實(shí)現(xiàn)對布拉格角的跟蹤。通常采用列陣換能器，總的超聲波為各列陣

元產(chǎn)生的超聲波的疊加。道過控制各列陣元間的位相差，就能控制合成超聲波前的傳播方向，

實(shí)現(xiàn)布拉格角隨頻率的跟蹤。

分辨點(diǎn)數(shù)：分辨點(diǎn)數(shù)即用掃描角除以光束的發(fā)散角。

5、光探測方法分類？光熱法，光壓法的測量原理？

光探測法可分為光壓法，光熱法和光電法。光壓法運(yùn)用光的量子特性，當(dāng)光子打在測量器表

面上時，由于它具有動量和動能，因此會對表面產(chǎn)生一定的壓力，測量器通過測量光沖力引

起的轉(zhuǎn)角的變化來測量光能量。光熱法是運(yùn)用物體吸取光能后，溫度升高或溫度升高而引起

物質(zhì)的某個參數(shù)變化來探測光能量的。

6、熱釋電探測器的材料結(jié)構(gòu)、極化原理？光譜和時間響應(yīng)特點(diǎn)？

熱釋電探測器材料是一種鐵電材料，由大量的極性分子組成，每個極性分子都具有偶極矩。

通常大量的極性分子是隨機(jī)取向，各向同性的，所以不顯示出宏觀偶極矩。然而，鐵電晶體

具有相變記憶特性，運(yùn)用這一特性，可以極化鐵電晶體，使其產(chǎn)生各向異性，出現(xiàn)宏觀偶極

矩。在與耦極矩垂直的表面上出現(xiàn)束縛電荷，進(jìn)而產(chǎn)生電勢差。在低于居里溫度范圍內(nèi)，極

化強(qiáng)度是溫度的遞減函數(shù)，當(dāng)此晶體吸取光能吊，溫度升高時，電勢差減小。因此，只要定

標(biāo)電勢差與光能量間的關(guān)系，就能通過測量電勢差獲得光能量。

第十五章

1、內(nèi)、外光電效應(yīng)？紅限波長？

內(nèi)光電效應(yīng)即物質(zhì)中的電子吸取光子能量后，躍遷到較高能量狀態(tài)，但不能掙脫物質(zhì)勢能場

的束縛，只是改變物質(zhì)的導(dǎo)電特性。

外光電效應(yīng)即光子能量被電子吸取后，電子掙脫勢能場的束縛，飛離開原物質(zhì)的效應(yīng)。

紅限波長即可以產(chǎn)生外光電效應(yīng)的最長波長。

2、真空光電管的結(jié)構(gòu)，力電陰極材料的規(guī)定？常見光電陰極材料?，及其標(biāo)記方法？

真空光電管由光電陰極、陽極和真空罩組成。

圖78、真空光電管的結(jié)構(gòu)

光電陰極材料的條件：a）光吸取系數(shù)大b）光電子的逸出深度大c）電子親和勢小，使表面逸

出機(jī)率大

常見光電陰極：a）紫外光電陰極，大多數(shù)金屬b）可見光譜光電陰極：鋪鈉光陰極，靈敏度高,

量子效率高20-30%,制作工藝簡樸，應(yīng)用較多。c）鍋鉀鈉鈉多堿光陰極：靈敏度很高，熱

發(fā)射電流很小，可見光譜范圍光譜響應(yīng)均勻。d）三五族半導(dǎo)體化合物負(fù)電子親和勢光陰極不

僅靈敏度高，并且長波閾值延伸到了紅外，很好地滿足了夜視技術(shù)的發(fā)展需要。

標(biāo)記方法；把負(fù)電子親和勢發(fā)現(xiàn)以前的所1ff光電陰極按出現(xiàn)的先后順序和窗口材料以“S-數(shù)

字”的形式編號，如S-1表達(dá)鍍在玻璃上的銀領(lǐng)艷光陰極，S-25表達(dá)鍍在玻璃上的睇鉀鈉鈉

光陰極材料。

3、描述真空光電管的參數(shù)及其意義？

靈敏度：一般用量子效率或光陰極靈敏度表達(dá)。量子效率：光陰極發(fā)射的光電子數(shù)與入射到

陰極上的光子數(shù)之比。光陰極靈敏度：單位光通量照射在光陰極所產(chǎn)生的光電流的

大小。

光譜響應(yīng)特性：指光電管的單色光照靈敏度隨波長的變化關(guān)系，與陰極類型，厚度，襯底材

料有關(guān)。

光電線性性：保持光譜和陽極電壓不變時，光電流隨光通量的變化關(guān)系。影響線性的重要因

素：a）陰極發(fā)射過程產(chǎn)生光電疲勞，底層補(bǔ)充電子有困難b）陽極不飽和吸取。即

不能接受來自陰極的所有電子

4、二次電子發(fā)射及二次電子發(fā)射體？光電倍增管的結(jié)構(gòu)，工作原理，描述參數(shù)及其意義，

工作電路？

二次電子發(fā)射是指光從陰極上打出的電子打在打拿極上，乂繼續(xù)產(chǎn)生二次電子，該過程就是

二次電子的發(fā)射。二次電子發(fā)射體即能具有二次電子發(fā)射能力的物體。

圖79、光電倍噌管結(jié)構(gòu).K為光電陰極；D.-D4為倍噌電極，A

為陽極，收集來自D4倍增極的電子.vD1<vD2<vD3<vM<vA

光電倍增管由光電陰極，輸入系統(tǒng)，倍增系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)組成。

工作原理：光照射在光陰極上，電子從陰極上飛出，進(jìn)入放大系統(tǒng)，逐次打在各個倍增極上,

每個倍增極上被打出更多的電子，最后所有被陽極收集，形成電流輸出。

參數(shù)：a）靈敏度：陰極靈敏度即單位光通量產(chǎn)生的光電流；陽極靈敏度即陽極輸出電流與入

射到陰極的光通量之比

b）放大倍數(shù)：一定工作電壓下，光電倍增管陽極電流與陰極電流的比值

c）暗電流：無光照時，加上工作電壓，陽極輸出電流的直流成分，它決定了光電倍增

管可探測的最小光通量。重要由熱電子發(fā)射引起，減少溫度可減少暗電流的影響。

d）等效噪聲能當(dāng)量：暗電流中的交流和脈沖成分構(gòu)成了管子本底噪聲，此本底噪聲決

定了管子在閃爍技術(shù)中可以測量的最小輻射能量。

5、倍增系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)？

倍增系統(tǒng)是光電倍增管的放大系統(tǒng)，由多極組成。即上圖中的D1,D2/D3/D4四個電極，它

們的排列如圖所示，其中加在各電極的電壓按照D1,D2,D3,D4的順序依次升高。

第16章

復(fù)習(xí)題：

1、通道式光電倍增管（CEM）的結(jié)構(gòu)、工作原理，增益飽和效應(yīng)？

答：圖1所示為CEM,管內(nèi)壁涂1（）9。的導(dǎo)電層，并具有6>3的二次發(fā)射系數(shù)。電子或光子從

低電壓端入射到管壁產(chǎn)生電子，在均勻電場的加速下，電子與管內(nèi)壁多次碰撞，產(chǎn)生倍增電

aAV甘

子，在高壓端輸出，可達(dá)成IO8的增益。CEM的增益可表達(dá)為：G二（——而）V

2叫。’

式中A為二次發(fā)射體的物質(zhì)常數(shù)，一般為0.2-0.25,V；為垂直管壁方向的二次電子的平均

發(fā)射電位,約為『2V,a=L/d為CEM的長度、直徑比，V為加速電壓。

CEM的增益飽和效應(yīng)：當(dāng)輸出脈沖電子數(shù)約為3xIO?個時，增益就趨于飽和。引起飽和的

物理因素是輸出端的負(fù)空間電荷場排斥來自管壁的二次電子，使其不能獲得足夠的動能再次

碰撞管壁產(chǎn)生二次電子。當(dāng)。4/<1>60時，飽和輸出電流約為管壁傳導(dǎo)電流的1/10,小于微

安量級。

Fig.81通道式光電倍增管

2、MCP的結(jié)構(gòu)，MCP圖象加密、解密器原理？（MCP即微通道板式光電倍增器）

答：MCP倍增器是由多根CEM并在一起形成的二維倍增器件。每平方厘米中就有多于1（）5根

CEM,所以，分辨率很高，重要用于薄弱圖象的亮度增強(qiáng)。

MCP圖象加密、解密器原理，即UCP的圖象編碼與解碼原理：

假如并CEM時，每根勺出入位置不一一相應(yīng)，則MCP的輸出圖象就是混亂的，即圖象編

碼。要恢復(fù)原始圖象，可使用另一個排列完全同樣的MC"但反向使用，即出入口顛倒，則

可恢復(fù)圖象，實(shí)現(xiàn)圖象解碼。

3、光電導(dǎo)探測的原理，增益效應(yīng)，特性參數(shù)，常見光電導(dǎo)材料？

答：光電導(dǎo)探測器是基于內(nèi)光電效應(yīng)，即電子從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶，使光電導(dǎo)的電導(dǎo)率發(fā)生變

化，即光敏電阻。

光電導(dǎo)增益原理：起源于“電荷放大”效應(yīng)，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級（位于禁帶中）會捕獲少

數(shù)載流子，如N型（P型）光電導(dǎo)的空穴（電子）會被雜質(zhì)能級捕獲，使光電導(dǎo)帶正電（負(fù)

電），而吸引負(fù)極（正極）的電子（空穴）進(jìn)入光電導(dǎo)，在電場作用下漂移到正極（負(fù)極），

這就相稱于增長了電子（空穴）的產(chǎn)生率。

特性參數(shù)：a、光譜光電靈敏度，單位光功率產(chǎn)生的光電流隨光波長的變化關(guān)系；b、噪聲,

光電導(dǎo)探測器的噪聲重要有三類：熱噪聲、產(chǎn)生-復(fù)合噪聲、散粒噪聲。熱噪生起源于電子

空穴的熱激發(fā)，通過減少溫度可以減小熱噪聲；產(chǎn)生一發(fā)合噪聲引起的電流波動的均方根值

4ieGAf

為:

散粒噪聲又稱1/f噪聲，存在于大多數(shù)半導(dǎo)體器件中，也許起源于電子的漂移速率的漲落,

△f-2

散粒噪聲電流的均方根值為：Ain=i（By）

常見光電導(dǎo)材料：a、CdS和CdSc,低成本可見光光電導(dǎo)材料，光