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【期末试题】华中科技研究生光电子学导论2013年题目及答案小结
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一、固体激光器的发展趋势及其理由 答：固体激光器的发展趋势是材料和器件的多样化，包括寻求新波长和工作波长可调谐的新工作物质，提高激光器的转换效率，增大输出功率，改善光束质量，压缩脉冲宽度，提高可靠性和延长工作寿命等。 理由： 1、运行方式多样， 2、固体工作物质多、激光谱线广、可实现倍频， 3、导光系统简单，可用光纤传输。 二、基本的激光技术有哪些？ 答：1、激光的泵浦技术 2、激光的调Q技术 3、超短脉冲技术 4、非线性倍频技术 三、最好的工业激光器用什么参数来表征？ 答：（1）波长：即激光管工作波长，可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 （2）阈值电流：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 （3）工作电流：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。 （4）光束质量： 四、爱因斯坦在研究黑体辐射时，提出了爱因斯坦唯像理论，你对“唯像”二字是如何理解的？ 答： 唯象理论是实验现象更概括的总结和提炼，但是无法用已有的科学理论体系作出解释。唯象理论被称作前科学，因为它们也能被实践所证实。而理论架构是比唯象理论更基础的，它可以用数学和已有的科学体系进行解释。”。“唯象”的意思，就是你只是从这些现象来着眼，把这些现象归纳出一些规律，那么“唯象”理论跟这些现象之间的关系，又是归纳的，又是推演的。 五、自然光是偏振光吗？为什么？如何由自然光得到线偏振光？试述马吕斯定律，给出光强表达式？ 答： 自然光不是偏振光， 因为， 振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，具有偏振性的光则称为偏振光。光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。获得方法：方法一通过反射、多次折射、双折射和选择性吸收的方法可以获得平面偏振光。可采用具有选择吸收的偏振片产生平面偏振光。方法二偏振片是用人工方法制成的薄膜，是用特殊方法使选择性吸收很强的微粒晶体在透明胶层中作有规则排列而制成的，它允许透过某一电矢量振动方向的光（此方向称为偏振化方向），而吸收与其垂直振动的光，即具有二向色性. 因此自然光通过偏振片后，透射光基本上成为平面偏振光。由于偏振片易于制作，所以它是普遍使用的偏振器。 马吕斯指出：强度为Io的线偏振光，透过检偏片后，透射光的强度（不考虑吸收）为I=Io(cosa)^2。光强表达式：I=I1+I2+2cos（Ψ2-Ψ1） 六、各举出一种无源和有源光电子器件，分述其基本原理和实现方法。 答：光分路器按原理可以分为光纤型和平面波导型两种，光纤熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成；光波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似，它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合（耦合度，耦合长度）以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量，反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格便宜、容易与外部光纤连接成为一整体，而且可以耐孚机械振动和温度变化等优点，目前成为市场的主流制造技术。 全光波长变换器 光纤通信系统和网络的密集波分复用（DWDM）是当前光纤通信技术发展的方向之一，由于光通信波长资源的有限，全光波长变换器（AOWC）在全光网络中将成为不可缺少的关键性器件之一。A{?WC技术可以解决光纤通信网络中波长竞争、路由选择、降低网络阻塞、提高网络的灵活性和利用率、扩大网络容量、改善网络的运行、管理和控制水平。AOWC具有变换速率快（10Gbitjs以上)、对比特率和光信号形式透明、变换范围大、偏振不敏感、有利于避免光电转换的“电子瓶颈”效应，可以实现不同光网络之间的波长配匹和优化，增强网络的可靠性和生存性等特性。目前已提出了多种AOWC方案，如光波导型、半导体光放大器(SOA）型、激光器（LD）型和其它类型等，其分类见表3所示，每种方案各有不同的优缺点。AWOC有波长变换范围、变换效率、变换速率、消光比、信噪比、偏振敏感性等多项技术指标。从目前的变换速率来看，SOA-XPM-AOWC和SOAXGM-AOWC可达40Gbit/s，这两种AOWC是近期的研究热点;XAM-AOWC的变换速率在20-40Gbit/s之间；光纤型NOLM-AOWC具有Tbit/s量级的变换潜力，正受到人们的关注；而FWM-AOWC的速率在100Gbit/s以上，并且是唯一能对输人信号进行透明变换的AOWC，具有广阔的发展前景。 七、什么是传波导？什么是波导的传播模式？模式的阶数与什么有关？ 八、什么是半波电压？横向电光效应有什么特点？试举一应用实例。 答：光波在光晶体中传播时，当光波的两个垂直分量Ex’，Ey‘的光程差为半个波长时（对应的相位差为180度）所需要加的电压，称为半波电压。或者是为了达到π位相差所需的外加电压， 横向电光效应---电场方向与光的传播方向垂直 应用实例：电光开关---克尔效应 九、 答：正交偏振——如果两个偏振光的光矢量互相垂直，就称它们是正交偏振的。 十、请简述激光产生的物理过程。 答：粒子束反转：为了形成足够的激光辐射，得到激光，就必须用一定的方法去激发原子群体，使亚稳态上的原子数目超过基态上的。该过程称为粒子数的反转。通常实现粒子数反转要依靠两个以上的能级：低能级的粒子束通过比高能级还要高一些的泵浦能级抽运到高能级。 光反馈：将工作物质置于光学谐振腔；少数载流子的自发辐射产生光子，偏离轴向的光子产生后穿出有源区，得不到放大，沿腔轴向传播的光子，并引起其他“电子-空穴”对的受激辐射，产生更多的性能相同的光子；通过来回反射，特定波长的光最终得到放大，并被输出 波长选择：光在谐振腔内传播，包括：增益介质的光放大；损耗：工作物质的吸收，介质不均匀引起的散射，端面反射镜的透射及散射，幅度条件：增益能克服损耗，相位条件：光经反射回到初始位置时与原来相位一致 十一、简述经典理论和量子理论对光的相干性是如何描述的，两者的结论是否一致？ 答：波动光学:光强、相位、周期（频率）、功率、波矢、波前等概念描述 衍射与干涉现象揭示光波的相干性，相干条件：振动方向相同；频率相同；相位差恒定， 波列的长度L（即是相干长度）由光源的单色性决定， 量子光学：是根据能量，动量，质量描述的 由结果知道，结论是一致的[ Last edited by 梧桐柒夕 on 2014-12-9 at 00:12 ] |
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本内容由用户自主发布，如果其内容涉及到知识产权问题，其责任在于用户本人，如对版权有异议，请联系邮箱：xiaomuchong@tal.com - 附件 1 : 2013答案小结.doc
2014-12-08 22:07:46, 369 K
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