光電子技術(shù)總結(jié)

1、為了方便同學(xué)們復(fù)習(xí)，我們將網(wǎng)上課件的每一章后面的復(fù)習(xí)提要總結(jié)出來匯總，估計(jì)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)為大題考的可能性比較大的有發(fā)光強(qiáng)度的參數(shù)的計(jì)算，異質(zhì)p-n結(jié)的平衡態(tài)，電光延遲量的計(jì)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

2、量？輻射度量學(xué)描述整個電磁波譜范圍的電磁輻射，以輻射能量或輻射功率為基本量。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(l)與其對應(yīng)的復(fù)色輻射度量Xe之間通過積分關(guān)系連接：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(l)表示，其最大值為Km=683（流明/瓦）(lm/W)。歸一化光視效能稱為光視效率，記為V (l)，顯然，V (l)= K(l)/ Km4、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，

3、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 Hz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)光效率與理想光效？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。理想光效則表示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)、吸收本領(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示：吸收本領(lǐng)：描述物體吸收輻射的能力，定義為物體吸收的在l到l+dl范圍的輻射通量與入射的同一光譜范圍的輻

4、射通量之比：基爾霍夫定律：任何物體的發(fā)射本領(lǐng)與其吸收本領(lǐng)之比是一個與物體性質(zhì)無關(guān)的普適函數(shù)，這個普適函數(shù)只依賴l和T兩個變量。即：3、黑體概念、黑體輻射分布特點(diǎn)？黑體指吸收本領(lǐng)a(l,T)恒為1的熱輻射體。黑體輻射性質(zhì)：（1）單峰結(jié)構(gòu)；（2）輻射能量隨溫度增加，存在關(guān)系Meb(T)=sT4；（3）峰值波長隨溫度升高藍(lán)移，存在關(guān)系lmT=a=2898mm K。4、熱輻射體分類、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：如果熱輻射體的光色與溫度為T的黑體的光色完全一樣，則稱該熱輻射體的色溫為T；相關(guān)色溫：如果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、5、鹵鎢燈結(jié)構(gòu)、鹵鎢循環(huán)原理及鹵鎢燈特點(diǎn)？在白熾燈中改充鹵素元素氣體，如Br2，I2等，鹵素與鎢反應(yīng)：燈絲附近溫度高，鎢蒸汽壓高，抑制鎢蒸發(fā)。在玻璃殼附近，溫度較低，形成WX，阻止鎢沉積在玻璃殼上而損耗。所以，鹵鎢反應(yīng)抑制了鎢損耗，延長了鎢絲的壽命。與白熾燈比較，鹵鎢燈特點(diǎn)：（1）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)3300K；（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

6、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)分子返回基態(tài)時，發(fā)射光子，即發(fā)光。陰極發(fā)射方式主要有三種：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)射是弧光放電的主要形式之一。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主要方式，即利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？

7、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：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：氣壓在乇的氣體光源。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，帶有明顯的特征顏色，顯色性不好。常見低氣壓燈：低壓汞燈、低壓鈉燈、氫燈、氪燈、氫弧燈、原子光譜燈等。2、高氣壓氣體放電燈的光譜特點(diǎn)？自吸收效應(yīng)增強(qiáng)？

8、常見高氣壓燈？脈沖氙燈的特點(diǎn)？高氣壓氣體放電光源：氣壓大于一個大氣，其光譜特征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)光效率隨壓力增加而提高。自吸收增強(qiáng)：在光源中，孤層處于基態(tài)的同類原子較多，這些低能態(tài)同類原子能夠通過吸收高能態(tài)原子發(fā)射出來的光產(chǎn)生吸收光譜。光譜中譜線自吸收的程度，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，自吸收現(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、高壓鈉燈和脈沖氙燈等。脈沖氙燈脈沖放電可獲得短脈沖、高通量和高亮度。其工作原理為利用電容先將能量存起來，然后，通過觸

9、發(fā)，使氙燈瞬間放電，電容上的儲能瞬間釋放給氙燈，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50。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DE，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(jì)算公式為：4、受激吸收與發(fā)射、自發(fā)發(fā)射？原子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，必須吸收光子，這稱為受激吸收，而處于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。處于高能態(tài)的原子，在一個與發(fā)射光子能量相同的光子的作用下，輻射出與作用光子相同狀態(tài)的光

10、子而回到低能態(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g1=g2=1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)？二能級體系不可能實(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。M1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)到平衡時，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）

11、必要條件：至少為三能級體系，能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 。（2）充分條件：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。它是由于諧振腔的選頻作用引起的。出現(xiàn)高階橫模通常是因?yàn)榧す馄鞯脑鲆嫣?，所以可以通過降低增益或增加損耗實(shí)現(xiàn)單橫模運(yùn)轉(zhuǎn)。常用在激光器中設(shè)置小孔，增加高階橫模的損耗，而使高階橫模得到抑制。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抑制不需要的縱模。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

12、某一單一縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，而抑制其它縱模。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？能級結(jié)構(gòu)：三能級結(jié)構(gòu)泵浦方式：光泵浦，由于吸收峰在藍(lán)、綠區(qū)，用脈沖氙燈泵浦，光譜匹配較好。工作特性：低重復(fù)率使用時不需要冷卻，自然散熱。較高重復(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，O光。輸出波長：69434、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=Y3Al5O12+1.0-1.2%Nd2O3(

13、原子百分比)能級結(jié)構(gòu)：Nd3+的四能級泵浦方式：吸收光譜在近紅外波段，通常用氪燈泵浦，并用橢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，所以可以高重復(fù)率調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)，并使用預(yù)燃電路，使氪燈處于點(diǎn)燃裝態(tài)，免去高壓觸發(fā)?？梢匝娱L燈的壽命。輸出波長：1.064um5、釹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+Nd2O3 （1-5%重量比）能級結(jié)構(gòu)： Nd3+的四能級泵浦:氪燈輸出波長:最強(qiáng)輻射1.0627微米6、氦-氖激光器的能級結(jié)構(gòu)，泵浦方式工作特性，偏振特性，輸出波長？工作物質(zhì)：氦氣（1乇）+氖氣（0.1乇）混合氣體激活介質(zhì):氖原

14、子能級結(jié)構(gòu):四能級系統(tǒng)發(fā)射波長:3.39mm(a),0.6328 mm(b) 1.15 mm(c).其中3.39mm的增益最高，通常用玻璃窗抑制3.39mm發(fā)射或加軸向非均勻磁場。泵浦：氣體輝光放電激勵，氦原子共振能量轉(zhuǎn)移。第五講1、氦-氖激光器的工作物質(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)：氦氣（1乇）+氖氣（0.1乇）混合氣體增益介質(zhì):氖原子泵浦方式：氣體輝光放電激勵，氦原子共振能量轉(zhuǎn)移。發(fā)射波長:3.39mm(a),0.6328 mm(b)1.15 mm(c).其中3.39mm的增益最高，通常用玻璃窗抑制3.39mm發(fā)射或加軸向非均勻磁場。我們在實(shí)驗(yàn)

15、室看見的紅光激光器，大多都是氦氖激光器，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。內(nèi)腔式He-Ne激光器主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)立調(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，適合中等功率，維護(hù)較容易。穩(wěn)頻：通?？刂魄坏膸缀伍L度。腔長的補(bǔ)償：利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確定。2、CO2激光器的工作物質(zhì)、增益介質(zhì)、泵浦方式

16、、能級結(jié)構(gòu)，波長，諧振腔結(jié)構(gòu)？工作物質(zhì)：CO2：N2：He=3:2:5的混合氣體，總壓強(qiáng)10乇增益介質(zhì)：CO2能級結(jié)構(gòu)：四能級波長10.61 mm泵浦方式：縱向激勵：電場方向平行于光束方向，適用于中小功率；橫向激勵：電場方向垂直于光束方向，適用于高氣壓（400乇）大功率諧振腔結(jié)構(gòu)：內(nèi)腔式：適用于小型或波導(dǎo)型。半內(nèi)腔式：適用于中等功率。外腔型：適用于大功率。無論哪種腔結(jié)構(gòu)，端鏡均鍍金反射膜。3、氬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)：惰性氣體氬氣，增益介質(zhì)：氬離子。能級結(jié)構(gòu)：四能級，4p 4s發(fā)射10條譜線，其中5145和48

17、89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氬原子電離，離子-離子,離子-電子碰撞,激發(fā)過程可能是一步,也可能是兩步或多步過程.等離子管結(jié)構(gòu)：由放電管、磁場組成。其中放電管要求具有優(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鈹陶瓷，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毫米。軸向磁場的作用，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)分子指處于激發(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、鹵素元素混合物

18、或金屬、鹵素元素混合物。激活介質(zhì)：準(zhǔn)分子，如Xe2（氙）, KrF（氟化氪）, HgBr（溴化汞）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，要求快速泵浦。輸出波長：帶寬較寬特點(diǎn)：高效率，大能量，已獲得350J/脈沖輸出。第六講1、半導(dǎo)體能帶，P、N型摻雜， 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，使得單原子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。（詳細(xì)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。

19、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)米能級降低。 N型摻雜：用高價元素?fù)诫s本征半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：N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)到平衡，

20、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?；蚪^對零度時電子占據(jù)的最高能態(tài)的能量，用符號EF表示。輻射放大條件：必須能夠?qū)崿F(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)體激光器的特點(diǎn)，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

21、，使雙異質(zhì)結(jié)激光器的效率大為提高，閾值電流大為降低，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，為何需要重?fù)诫s，產(chǎn)生受激輻射放大的必要條件、充分條件？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)射能量小于激發(fā)所需能量充分條件：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：EFPEcEvNDEcDEV明確的半導(dǎo)體激光器的特

22、點(diǎn)我沒找到。請各位大俠出手相助。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，閾值電流大為降低，可在室溫下連續(xù)工作。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)：Al2O3+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：700-1100nm連續(xù)可調(diào)。摻鈦藍(lán)寶石具有很強(qiáng)的三階非線性，利用這一特性可以實(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)

23、現(xiàn)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。由于自相位調(diào)節(jié)是一種非線性效應(yīng)，需要強(qiáng)的光功率密度，所以鈦寶石激光諧振強(qiáng)設(shè)計(jì)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，比較簡單，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(jì)考到的概率很小，具體方法參看P

24、PT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q，則損耗率dq曲線隨棱鏡的轉(zhuǎn)動方式而變化。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，因?yàn)閝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，可能脈沖能量太低，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)速還有一定的距離。再提高電機(jī)轉(zhuǎn)速也有困難，所以

25、采用光學(xué)加速方法來壓縮開關(guān)角，縮短脈沖寬度?？梢圆捎谜郫B式腔和棱鏡直角腔來壓縮脈沖。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，升壓式，降壓式電光Q開關(guān)的優(yōu)缺點(diǎn)，普克爾效應(yīng)，克爾效應(yīng)？電光調(diào)Q利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)到控制諧振腔的損耗目的。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。控制通過它的光束的偏振態(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o光和e光后，經(jīng)過電光晶體時，若電光晶體突然退壓，則光線方向偏離原來入射方向，Q值突然增加，由此達(dá)到調(diào)Q目的。退壓Q開關(guān)的缺點(diǎn)是脈沖前沿不陡。普克爾效應(yīng)即一次電光效應(yīng)，折射率

26、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)全部能量在一個振蕩周期內(nèi)倒出，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，才能有好的相干性、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90%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

27、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(jì)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是利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)

28、節(jié)的。拉曼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)高重復(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)h=50% 2、染料調(diào)Q的原理，優(yōu)缺點(diǎn)？屬于什么類型調(diào)Q技術(shù)？可飽和吸收體主要有染料，利用染料的非線性吸收特性實(shí)現(xiàn)調(diào)Q。在光強(qiáng)強(qiáng)度比較低時，染料對激光的吸收大于損耗，激光不振蕩，處于粒子數(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，所以吸收大于中心處，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

29、來約窄。 優(yōu)點(diǎn):Q開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單,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;缺點(diǎn):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屬于主動調(diào)Q，染料調(diào)Q屬于被動調(diào)Q3、調(diào)Q技術(shù)的分類，主、被動型？常見的調(diào)Q技術(shù)包括機(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)屬主動調(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，脈沖重復(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)包括主動、被動和自鎖三種。主動鎖模包括損耗調(diào)制和位相調(diào)制。染料鎖模是被動鎖模的一種。能實(shí)

30、現(xiàn)自鎖模的激光器是鈦寶石激光器。鎖模的前提：多縱模輸出鎖模脈沖寬度為，其中N為允許起振的縱模的個數(shù)，調(diào)制脈沖周期為。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，脈沖的重復(fù)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，表示為未受調(diào)制的電場表示為則經(jīng)過調(diào)制后，可以表示為上式表明，正弦調(diào)幅波可以用頻率分別為w0，w0-wm，w0+wm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)制是指激光的初始相位受到調(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

31、、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)初始相位受到一相位增量調(diào)制：則相位調(diào)制信號為該式可以用貝塞爾函數(shù)展開成多級，若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)生倍增電子，在高壓端輸出，可達(dá)到108的增益。CEM的增益可表示為：式中A為二次發(fā)射體的物質(zhì)常數(shù)，一般為0.2-0.25，V0為垂直管壁方向的二次電子的平均發(fā)射電位，約為1-2V，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3108個時，增益就趨于飽和。引起飽和的物理原因是輸出端

32、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)a=L/d60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？（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105根CEM，所以，分辨率很高，主要用于微弱圖象的亮度增強(qiáng)。MCP圖象加密、解密器原理，即MCP的圖象編碼與解碼原理：如果并CEM時，每根CEM的出入位置不一一對應(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一樣的MCP，

33、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），這就相當(dāng)于增加了電子（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)探測器的噪聲主要有三類：

34、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)，通過降低溫度可以減小熱噪聲；產(chǎn)生-復(fù)合噪聲引起的電流波動的均方根值為：散粒噪聲又稱1/f噪聲，存在于大多數(shù)半導(dǎo)體器件中，可能起源于電子的漂移速率的漲落，散粒噪聲電流的均方根值為：常見光電導(dǎo)材料：a、CdS和CdSe，低成本可見光光電導(dǎo)材料，光電導(dǎo)增益G=103-104，響應(yīng)時間較長，工作波段在紫、藍(lán)、綠短波區(qū)。b、PbS，近紅外靈敏光電導(dǎo)材料，光譜范圍在1-3.4um，2um處最靈敏，響應(yīng)時間約200us。c、InSb，近紅外靈敏光電導(dǎo)材料，響應(yīng)峰波長約5um，熱噪聲較大。d、碲鎘汞（Hg1-xCdxTe），中紅外靈敏光電導(dǎo)，峰值

35、波長10um左右，通過調(diào)節(jié)Hg和Cd的相對比例可以改變禁帶寬度，從而改變靈敏波長，通常需要制冷，熱噪聲大。4、光電池結(jié)構(gòu)、工作原理，等效模型，特性參數(shù)，工作電路？答：光電池的結(jié)構(gòu)是一個較大面積的半導(dǎo)體PN結(jié)，工作原理即是光生伏特效應(yīng),當(dāng)負(fù)載接入PN兩極后即得到功率輸出。工作原理：當(dāng)p-n結(jié)耗盡層受到光照后，會產(chǎn)生電子空穴對，在內(nèi)建電場的作用下，電子漂向n端，而空穴漂向p端，結(jié)果n端電勢降低，p端電勢升高，即p-n產(chǎn)生附加光生電勢差，記為DE。P端為光生電動勢的正極。光電池可以等效為恒電流源與反向二極管并聯(lián)，如圖2所示：圖光電池等效電路特性參數(shù)：（1）光照特性，指光電池的光生電動勢或光電流與光照

36、度的關(guān)系。光生電流與光照度成線性關(guān)系，而光生電動勢與光照度成非線性關(guān)系。（2）光電轉(zhuǎn)換效率，指光電池的最大輸出功率與輸入光功率的比值，即。工作電路： 5、單晶硅、多晶硅光電池的典型轉(zhuǎn)換效率？答：（1）單晶硅光電池：轉(zhuǎn)換效率通常在10%左右，高的可達(dá)15-20%，價格較貴。（2）多晶硅光電池：價格便宜，轉(zhuǎn)換效率4-7%，制造容易，可制成大面積的光電池。第章復(fù)習(xí)題：1、太陽能裝置的組成，太陽能電池串、并聯(lián)要求、電壓變換？答：太陽能裝置的組成通常是將很多光電池通過串、并聯(lián)組成光電池組，并與畜電池組裝在一起。實(shí)現(xiàn)24小時晝夜工作。通過串聯(lián)提高電壓，通過并聯(lián)多個相同串聯(lián)組獲得大的輸出電流。太陽能電池串、并聯(lián)要求：（1）串聯(lián)組中各片的面積要相等，并聯(lián)的各組中的所串聯(lián)的光電池片數(shù)應(yīng)相同。（2）在畜電池充電電路中應(yīng)設(shè)置防逆流二極管，阻止畜電池向光電池組放電。（3）畜電池應(yīng)有較長壽命，漏電小，價格低，維護(hù)簡單。電壓變換：通過倍壓升壓和通過直流-交