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【期末試題】華中科技研究生光電子學導論2013年題目及答案小結(jié)
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一、固體激光器的發(fā)展趨勢及其理由 答：固體激光器的發(fā)展趨勢是材料和器件的多樣化，包括尋求新波長和工作波長可調(diào)諧的新工作物質(zhì)，提高激光器的轉(zhuǎn)換效率，增大輸出功率，改善光束質(zhì)量，壓縮脈沖寬度，提高可靠性和延長工作壽命等。 理由： 1、運行方式多樣， 2、固體工作物質(zhì)多、激光譜線廣、可實現(xiàn)倍頻， 3、導光系統(tǒng)簡單，可用光纖傳輸。 二、基本的激光技術(shù)有哪些？ 答：1、激光的泵浦技術(shù) 2、激光的調(diào)Q技術(shù) 3、超短脈沖技術(shù) 4、非線性倍頻技術(shù) 三、最好的工業(yè)激光器用什么參數(shù)來表征？ 答：（1）波長：即激光管工作波長，可作光電開關(guān)用的激光管波長有635nm、650nm、670nm、激光二極管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 （2）閾值電流：即激光管開始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA以下。 （3）工作電流：即激光管達到額定輸出功率時的驅(qū)動電流，此值對于設計調(diào)試激光驅(qū)動電路較重要。 （4）光束質(zhì)量： 四、愛因斯坦在研究黑體輻射時，提出了愛因斯坦唯像理論，你對“唯像”二字是如何理解的？ 答： 唯象理論是實驗現(xiàn)象更概括的總結(jié)和提煉，但是無法用已有的科學理論體系作出解釋。唯象理論被稱作前科學，因為它們也能被實踐所證實。而理論架構(gòu)是比唯象理論更基礎的，它可以用數(shù)學和已有的科學體系進行解釋。”�！拔ㄏ蟆钡囊馑�，就是你只是從這些現(xiàn)象來著眼，把這些現(xiàn)象歸納出一些規(guī)律，那么“唯象”理論跟這些現(xiàn)象之間的關(guān)系，又是歸納的，又是推演的。 五、自然光是偏振光嗎？為什么？如何由自然光得到線偏振光？試述馬呂斯定律，給出光強表達式？ 答： 自然光不是偏振光， 因為， 振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，具有偏振性的光則稱為偏振光。光波是橫波，即光波矢量的振動方向垂直于光的傳播方向。通常，光源發(fā)出的光波，其光波矢量的振動在垂直于光的傳播方向上作無規(guī)則取向，但統(tǒng)計平均來說，在空間所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是機會均等的，它們的總和與光的傳播方向是對稱的，即光矢量具有軸對稱性、均勻分布、各方向振動的振幅相同，這種光就稱為自然光。獲得方法：方法一通過反射、多次折射、雙折射和選擇性吸收的方法可以獲得平面偏振光。可采用具有選擇吸收的偏振片產(chǎn)生平面偏振光。方法二偏振片是用人工方法制成的薄膜，是用特殊方法使選擇性吸收很強的微粒晶體在透明膠層中作有規(guī)則排列而制成的，它允許透過某一電矢量振動方向的光（此方向稱為偏振化方向），而吸收與其垂直振動的光，即具有二向色性. 因此自然光通過偏振片后，透射光基本上成為平面偏振光。由于偏振片易于制作，所以它是普遍使用的偏振器。 馬呂斯指出：強度為Io的線偏振光，透過檢偏片后，透射光的強度（不考慮吸收）為I=Io(cosa)^2。光強表達式：I=I1+I2+2cos（Ψ2-Ψ1） 六、各舉出一種無源和有源光電子器件，分述其基本原理和實現(xiàn)方法。 答：光分路器按原理可以分為光纖型和平面波導型兩種，光纖熔融拉錐型產(chǎn)品是將兩根或多根光纖進行側(cè)面熔接而成；光波導型是微光學元件型產(chǎn)品，采用光刻技術(shù)，在介質(zhì)或半導體基板上形成光波導，實現(xiàn)分支分配功能。這兩種型式的分光原理類似，它們通過改變光纖間的消逝場相互耦合（耦合度，耦合長度）以及改變光纖纖半徑來實現(xiàn)不同大小分支量，反之也可以將多路光信號合為一路信號叫做合成器。熔錐型光纖耦合器因制作方法簡單、價格便宜、容易與外部光纖連接成為一整體，而且可以耐孚機械振動和溫度變化等優(yōu)點，目前成為市場的主流制造技術(shù)。 全光波長變換器 光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡的密集波分復用（DWDM）是當前光纖通信技術(shù)發(fā)展的方向之一，由于光通信波長資源的有限，全光波長變換器（AOWC）在全光網(wǎng)絡中將成為不可缺少的關(guān)鍵性器件之一。A{?WC技術(shù)可以解決光纖通信網(wǎng)絡中波長競爭、路由選擇、降低網(wǎng)絡阻塞、提高網(wǎng)絡的靈活性和利用率、擴大網(wǎng)絡容量、改善網(wǎng)絡的運行、管理和控制水平。AOWC具有變換速率快（10Gbitjs以上)、對比特率和光信號形式透明、變換范圍大、偏振不敏感、有利于避免光電轉(zhuǎn)換的“電子瓶頸”效應，可以實現(xiàn)不同光網(wǎng)絡之間的波長配匹和優(yōu)化，增強網(wǎng)絡的可靠性和生存性等特性。目前已提出了多種AOWC方案，如光波導型、半導體光放大器(SOA）型、激光器（LD）型和其它類型等，其分類見表3所示，每種方案各有不同的優(yōu)缺點。AWOC有波長變換范圍、變換效率、變換速率、消光比、信噪比、偏振敏感性等多項技術(shù)指標。從目前的變換速率來看，SOA-XPM-AOWC和SOAXGM-AOWC可達40Gbit/s，這兩種AOWC是近期的研究熱點;XAM-AOWC的變換速率在20-40Gbit/s之間；光纖型NOLM-AOWC具有Tbit/s量級的變換潛力，正受到人們的關(guān)注；而FWM-AOWC的速率在100Gbit/s以上，并且是唯一能對輸人信號進行透明變換的AOWC，具有廣闊的發(fā)展前景。 七、什么是傳波導？什么是波導的傳播模式？模式的階數(shù)與什么有關(guān)？ 八、什么是半波電壓？橫向電光效應有什么特點？試舉一應用實例。 答：光波在光晶體中傳播時，當光波的兩個垂直分量Ex’，Ey‘的光程差為半個波長時（對應的相位差為180度）所需要加的電壓，稱為半波電壓。或者是為了達到π位相差所需的外加電壓， 橫向電光效應---電場方向與光的傳播方向垂直 應用實例：電光開關(guān)---克爾效應 九、 答：正交偏振——如果兩個偏振光的光矢量互相垂直，就稱它們是正交偏振的。 十、請簡述激光產(chǎn)生的物理過程。 答：粒子束反轉(zhuǎn)：為了形成足夠的激光輻射，得到激光，就必須用一定的方法去激發(fā)原子群體，使亞穩(wěn)態(tài)上的原子數(shù)目超過基態(tài)上的。該過程稱為粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。通常實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)要依靠兩個以上的能級：低能級的粒子束通過比高能級還要高一些的泵浦能級抽運到高能級。 光反饋：將工作物質(zhì)置于光學諧振腔；少數(shù)載流子的自發(fā)輻射產(chǎn)生光子，偏離軸向的光子產(chǎn)生后穿出有源區(qū)，得不到放大，沿腔軸向傳播的光子，并引起其他“電子-空穴”對的受激輻射，產(chǎn)生更多的性能相同的光子；通過來回反射，特定波長的光最終得到放大，并被輸出 波長選擇：光在諧振腔內(nèi)傳播，包括：增益介質(zhì)的光放大；損耗：工作物質(zhì)的吸收，介質(zhì)不均勻引起的散射，端面反射鏡的透射及散射，幅度條件：增益能克服損耗，相位條件：光經(jīng)反射回到初始位置時與原來相位一致 十一、簡述經(jīng)典理論和量子理論對光的相干性是如何描述的，兩者的結(jié)論是否一致？ 答：波動光學:光強、相位、周期（頻率）、功率、波矢、波前等概念描述 衍射與干涉現(xiàn)象揭示光波的相干性，相干條件：振動方向相同；頻率相同；相位差恒定， 波列的長度L（即是相干長度）由光源的單色性決定， 量子光學：是根據(jù)能量，動量，質(zhì)量描述的 由結(jié)果知道，結(jié)論是一致的[ Last edited by 梧桐柒夕 on 2014-12-9 at 00:12 ] |
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2014-12-08 22:07:46, 369 K
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