光电子技术总结(38页).doc

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1、-为了方便同学们复习，我们将网上课件的每一章后面的复习提要总结出来汇总，估计填空题和简答题90%会从这里出题。这门考试考察范围非常之广，因此可以说下面的都是重点。当然，认为大题考的可能性比较大的有发光强度的参数的计算，异质p-n结的平衡态，电光延迟量的计算和半波电压的推导，电光调制中行波调制器的带宽，倍频匹配角的推导等等。另有一份期中考试卷子供大家参考。本份总结5，6，7章由李一伦同学编写，16，17，18，19由蔡海霞同学编写，20，21，22由王力同学编写，23，24及作业题由刘远致同学编写，其余由钟宇君同学编写。有疑问请大家指出。光电子技术总结第一章1、辐射度量定义、单位、辐射度量学的基

2、本量？辐射度量学描述整个电磁波谱范围的电磁辐射，以辐射能量或辐射功率为基本量。辐射能量的单位为焦耳，辐射功率的单位为瓦特。2、单色辐射度量定义及其与复色辐射度量的关系？任一光谱辐射度量Xe(l)与其对应的复色辐射度量Xe之间通过积分关系连接：3、光视效能与光视效率的意义？人眼对不同波长的单位辐射通量的响应，称为光视效能，用K(l)表示，其最大值为Km=683（流明/瓦）(lm/W)。归一化光视效能称为光视效率，记为V (l)，显然，V (l)= K(l)/ Km4、光度量定义、单位、光度学的基本量？所谓光度量指描述人眼可见电磁波段范围的电磁辐射的量。光度学中的基本量选为发光光强，其单位为坎德拉

3、，简称坎，符号为Cd。5、光度量与辐射度量间的转换？光度量与辐射度量之间通过光视效能联系起来。6、一个发光强度单位的国际定义？一“坎德拉”定义为：点发光源向给定方向发出 Hz或555nm的电磁辐射，其辐射强度为1/683W/Sr。第二章1、人造光源的发光效率与理想光效？发光效率是对人造光源而言的，指光源所发出的光通量与输入的功率之比。理想光效则表示可见光谱范围的辐射功率转换为光通量的效率。2、发射本领、吸收本领与基尔霍夫定律？辐射本领：描述物体热辐射能力，物体的辐射本领用它的光谱辐射出射度表示：吸收本领：描述物体吸收辐射的能力，定义为物体吸收的在l到l+dl范围的辐射通量与入射的同一光谱范围的

4、辐射通量之比：基尔霍夫定律：任何物体的发射本领与其吸收本领之比是一个与物体性质无关的普适函数，这个普适函数只依赖l和T两个变量。即：3、黑体概念、黑体辐射分布特点？黑体指吸收本领a(l,T)恒为1的热辐射体。黑体辐射性质：（1）单峰结构；（2）辐射能量随温度增加，存在关系Meb(T)=sT4；（3）峰值波长随温度升高蓝移，存在关系lmT=a=2898mm K。4、热辐射体分类、色温与相关色温？热辐射体分类：分为黑体、灰体和选择辐射体色温：如果热辐射体的光色与温度为T的黑体的光色完全一样，则称该热辐射体的色温为T；相关色温：如果热辐射体的光色与温度为T的黑体的光色最接近，则称T为该黑体的相关色温

5、。5、卤钨灯结构、卤钨循环原理及卤钨灯特点？在白炽灯中改充卤素元素气体，如Br2，I2等，卤素与钨反应：灯丝附近温度高，钨蒸汽压高，抑制钨蒸发。在玻璃壳附近，温度较低，形成WX，阻止钨沉积在玻璃壳上而损耗。所以，卤钨反应抑制了钨损耗，延长了钨丝的寿命。与白炽灯比较，卤钨灯特点：（1）体积小；（2）光通量稳定。（3）光效率高，20-30流明/瓦；（4）色温高，达3300K；（5）寿命长。6、标准照明体、标准光源、A、B、C标准照明体？标准照明体指特定的光谱功率分布。标准光源指实现标准照明体的发光源。：温度为2856K的黑体所发出的光谱标准照明体B：相关色温约为4874K的直射阳光的光谱标准照明体

6、C：相关色温为6774K的平均日光的光谱7、气体放电发光的工作原理、初始电子的发射方式、弧光与辉光放电？气体放电指电流通过气体媒质时产生的放电现象。其原理为阴极产生初始电子，然后初始电子加速与气体分子碰撞，能量传给气体分子，使其激发、跃迁到高能级。然后受激发分子返回基态时，发射光子，即发光。阴极发射方式主要有三种：热电子发射、正离子轰击发射和场致发射弧光放电：热电子发射是弧光放电的主要形式之一。加热阴极以后，部分电子得到足够能量，克服金属的逸出功，逸出金属表面。辉光放电：正离子轰击是辉光放电的主要方式，即利用高动能的正离子轰击阴极，使阴极发射电子8、气体放电光源的优点及放电伏安特性？气体放电光

7、源的优点：（1）可获得高色温，不像热辐射光源色温受灯丝熔点限制。（2）辐射光谱可选择性好，只要选择适当的发光材料即可；（3）发光效率远比热辐射的高；（4）寿命长，寿命期内光通量稳定。气体放电伏安特性：9、直流、低频和高频放电灯的稳流方式？直流供电用电组稳流、低频交流供电用电感、高频交流用电容稳流第三章1、低气压气体放电灯的光谱特点？常见低气压灯？低气压气体放电灯：气压在乇的气体光源。其光谱特点是表现为工作原子或分子的发射谱线，即线状光谱，带有明显的特征颜色，显色性不好。常见低气压灯：低压汞灯、低压钠灯、氢灯、氪灯、氢弧灯、原子光谱灯等。2、高气压气体放电灯的光谱特点？自吸收效应增强？常见高气压

8、灯？脉冲氙灯的特点？高气压气体放电光源：气压大于一个大气，其光谱特征为工作气体的原子或分子谱线展宽，并迭加在较强的连续背景光谱上。显色性较好。通常发光效率随压力增加而提高。自吸收增强：在光源中，孤层处于基态的同类原子较多，这些低能态同类原子能够通过吸收高能态原子发射出来的光产生吸收光谱。光谱中谱线自吸收的程度，与原子蒸汽云厚度有关，孤层越厚，孤焰中被测元素原子浓度越大，自吸收现象越强。会使发射光谱强度减弱，形成双线结构。常见高气压灯：高压汞灯、超高压汞灯、金属卤化物灯、高压钠灯和脉冲氙灯等。脉冲氙灯脉冲放电可获得短脉冲、高通量和高亮度。其工作原理为利用电容先将能量存起来，然后，通过触发，使氙灯

9、瞬间放电，电容上的储能瞬间释放给氙灯，发出高亮度的光。3、光源的显色性与显色指数？CIE规定用普朗克辐射体或标准照明体D（高色温标准照明体）作参考照明，并将其显色指数定义为100。规定3000K色温的标准荧光灯的显色指数为50。定义标准颜色样品在参照光源和待测光源照明下的色差为DE，待测光源对该颜色样品的显色指数称为特殊显色指数，记为Ri，计算公式为：4、受激吸收与发射、自发发射？原子从低能态跃迁到高能态，必须吸收光子，这称为，而处于高能级的原子会随机发射出光子而回到低能态，这称为。处于高能态的原子，在一个与发射光子能量相同的光子的作用下，辐射出与作用光子相同状态的光子而回到低能态，这种辐射称

10、为。5、实现受激辐射放大的必要条件？对简并度为1，即g1=g2=1的原子体系，必须实现粒子布居数反转。这是实现受激辐射放大的必要条件。6、粒子数反转与能级结构？二能级体系不可能实现粒子数反转，至少要三能级体系，并有一个亚稳激发态存在。粒子数反转在亚稳激发态与比其低的能态间实现。7、光学正反馈、放大和泵浦阈值？在激光器中通过谐振腔来实现光学正反馈。M1为全反射镜，M2为高反射低透射耦合输出镜。光在腔内往反一次仅输出一部分，当输出加损耗与增益达到平衡时，激光器就输出稳定的光束。泵浦阈值：刚好能使激光器维持稳定输出的最小泵浦功率。第四章1、产生激光的充要条件？（1）必要条件：至少为三能级体系，能够实

11、现粒子数反转 。（2）充分条件：光学正反馈和大于阈值的泵浦功率。2、激光的纵、横模？如何选择纵、横模？横模指光束横截面上的能量分布。纵模指激光器振荡的一个频率或该频率电磁波在谐振腔内形成的驻波的能量分布模式。它是由于谐振腔的选频作用引起的。出现高阶横模通常是因为激光器的增益太高，所以可以通过降低增益或增加损耗实现单横模运转。常用在激光器中设置小孔，增加高阶横模的损耗，而使高阶横模得到抑制。实现选横模。多纵模是由于激光增益带宽太宽引起的，所以通过限制纵模的增益来抑制不需要的纵模。常用的方法是使用输出标准具代替通常的耦合输出镜，标准具器作窄带滤光片的作用，可以只让某一单一纵模运转，而抑制其它纵模。

12、3、红宝石激光器的能级结构、泵浦方式，工作特性，偏振特性，输出波长？能级结构：三能级结构泵浦方式：光泵浦，由于吸收峰在蓝、绿区，用脉冲氙灯泵浦，光谱匹配较好。工作特性：低重复率使用时不需要冷却，自然散热。较高重复率使用时，灯和激光棒都需要水冷。为了提高泵浦效率，通常需要椭圆聚光腔，灯和激光棒分别位于椭圆腔的焦线上。若需大功率，多灯泵浦，可用双椭圆腔。偏振特性：若激光不是沿光轴方向，则输出为线偏振，垂直光轴，O光。输出波长：69434、YAG激光器的能级结构、泵浦方式，工作特性，偏振特性，输出波长？工作物质：YAG=Y3Al5O12+1.0-1.2%Nd2O3(原子百分比)能级结构：Nd3+的四

13、能级泵浦方式：吸收光谱在近红外波段，通常用氪灯泵浦，并用椭圆聚光腔提高泵浦效率。工作特性：由于Nd:YAG的阈值低，冲放电快，所以可以高重复率调Q运转，并使用预燃电路，使氪灯处于点燃装态，免去高压触发。可以延长灯的寿命。输出波长：1.064um5、钕玻璃激光器的能级结构、泵浦方式，工作特性，偏振特性，输出波长？工作物质：各向同性玻璃+Nd2O3 （1-5%重量比）能级结构： Nd3+的四能级泵浦:氪灯输出波长:最强辐射1.0627微米6、氦-氖激光器的能级结构，泵浦方式工作特性，偏振特性，输出波长？工作物质：氦气（1乇）+氖气（0.1乇）混合气体激活介质:氖原子能级结构:四能级系统发射波长:3

14、.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发射或加轴向非均匀磁场。泵浦：气体辉光放电激励，氦原子共振能量转移。第五讲1、氦-氖激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式、发射波长及其选择，谐振腔结构，稳频，偏振性？工作物质：氦气（1乇）+氖气（0.1乇）混合气体增益介质:氖原子泵浦方式：气体辉光放电激励，氦原子共振能量转移。发射波长: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发射或加轴向非均匀磁场。我们在实验室看见的红光激光器，大多都是氦氖激

15、光器，工作波长为632.8纳米谐振腔有三种结构：内腔式、外腔式和半内腔式。内腔式He-Ne激光器主要用于小功率短腔结构。特点：使用方便，输出激光为非偏振。外腔式He-Ne激光器玻璃管两端用布儒斯特窗玻璃封装，谐振腔的两端镜外加，可以独立调节。特点：输出线偏振光，功率大，但需要经常维护。半内腔式He-Ne激光器谐振腔的一个端镜与玻璃壳焊接在一起，而另一个端镜可自由调节。特点：输出线偏振较好，适合中等功率，维护较容易。稳频：通常控制腔的几何长度。腔长的补偿：利用压电陶瓷控制腔的全反射端镜微位移。位移量由频率漂移量确定。2、CO2激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式、能级结构，波长，谐振腔结构？工作

16、物质：CO2：N2：He=3:2:5的混合气体，总压强10乇增益介质：CO2能级结构：四能级波长10.61 mm泵浦方式：纵向激励：电场方向平行于光束方向，适用于中小功率；横向激励：电场方向垂直于光束方向，适用于高气压（400乇）大功率谐振腔结构：内腔式：适用于小型或波导型。半内腔式：适用于中等功率。外腔型：适用于大功率。无论哪种腔结构，端镜均镀金反射膜。3、氩离子激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式，能级结构， 发射波长，谐振腔结构，输出偏振，放电管结构？工作物质：惰性气体氩气，增益介质：氩离子。能级结构：四能级，4p 4s发射10条谱线，其中5145和4889唉两条谱线增益最大,优先起振.

17、泵浦:低压大电流弧光放电使氩原子电离，离子-离子,离子-电子碰撞,激发过程可能是一步,也可能是两步或多步过程.等离子管结构：由放电管、磁场组成。其中放电管要求具有优良的传热性能，目前，中小功率激光器的放电管使用石墨，而大功率激光器的放电管则使用氧化铍陶瓷，但这种材料粉末有毒，加工困难，所以价格贵。放电管的直径约2-6毫米。轴向磁场的作用，磁约束Ar+在放电管轴心，不要碰放电管壁而去激发。4、准分子概念，增益介质，能级结构，与传统激光相比的特点， 泵浦方式，发射波段？所谓准分子指处于激发态的复合分子，而在基态寿命很短。工作物质：惰性气体或惰性气体、卤素元素混合物或金属、卤素元素混合物。激活介质：

18、准分子，如Xe2（氙）, KrF（氟化氪）, HgBr（溴化汞）能级结构：四能级系统泵浦：（1）高能电子束，（2）电子束控制放电，（3）快放电由于激光上能级寿命短，要求快速泵浦。输出波长：带宽较宽特点：高效率，大能量，已获得350J/脉冲输出。第六讲1、半导体能带，P、N型掺杂， P、N型半导体，P-N结，费米能级，辐射放大条件，必要条件， P-N结能带图绘制？固体中由于大量原子紧密结合，使得单原子的能级分裂为宽的能带，能带由相距很小的精细能级组成。电子在能带中的分布形式决定了固体材料的导电性能。（详细情况，可以参看固体物理课本，或者任意版本的半导体物理教程。实在不行了，找一找光纤通讯课本，谈

19、到LED和LD都会讲一讲的）P型掺杂：用低价元素掺杂本征半导体。P型半导体：P掺杂形成的半导体。以空穴导电，费米能级降低。 N型掺杂：用高价元素掺杂本征半导体。N型半导体：N掺杂形成的半导体，以电子导电，费米能级升高。由于N型半导体中有富裕的自由电子，而P型半导体中有富裕的自由的空穴，所以当P型和N型半导体接触时，P型半导体中的空穴就会向N型中扩散，而N型半导体中的电子向P型中扩散，结果是P型端带负电，而N型端带正电。因而会形成内建电场，内建电场的方向从N型端指向P型端，从而又阻止电子和空穴的扩散。最后，依靠电子和空穴浓度梯度的扩散和内建电场的电作用达到平衡，在接触面附近形成一个耗尽层，即p-

20、n结。指绝对零度时全满电子态与全空电子态的能量分界面。或绝对零度时电子占据的最高能态的能量，用符号EF表示。辐射放大条件：必须能够实现粒子数反转。必要条件：四能级系统，重掺杂，使发射能量小于激发所需能量2、同质、异质P-N结，能带图绘制，半导体激光器的特点，同质、单异质和双异质P-N结激光器的特点？同质结：由同种半导体材料组成的pn结；异质结：由（能带图见赖天树ppt）阈值电流正比于温度的立方，所以只能在低温（液氮）下同质结激光器的特点：连续工作，室温下只能脉冲工作，寿命较短。单异质结激光器比同质结激光器具有更高的效率，低的阈值电流。由于双异质结构的高效率约束，使双异质结激光器的效率大为提高，

21、阈值电流大为降低，可在室温下连续工作。没有找到明确的 半导体激光器的特点。3、重掺杂，为何需要重掺杂，产生受激辐射放大的必要条件、充分条件？重掺杂：由于费米能级随掺杂浓度而变化，所以使用重掺杂使P型半导体的费米能级进入价带，而使N型半导体的费米能级进入导带，这样在p-n结耗尽层中就形成等价的四能级结构必要条件：重掺杂，使发射能量小于激发所需能量充分条件：粒子数反转这两个概念，存疑。希望各位指点迷津。第七讲1、异质P-N结，能带图绘制，半导体激光器的特点，同质、单异质和双异质P-N结激光器的性能比较？能带图如下：EFPEcEvNDEcDEV明确的半导体激光器的特点我没找到。请各位大侠出手相助。同

22、质结激光器的特点：连续工作，室温下只能脉冲工作，寿命较短。单异质结激光器比同质结激光器具有更高的效率，低的阈值电流。由于双异质结构的高效率约束，使双异质结激光器的效率大为提高，阈值电流大为降低，可在室温下连续工作。2、掺钛蓝宝石激光器的工作物质、增益介质，能级结构，增益线宽，泵浦方式，非线性效应，谐振腔结构？工作物质：Al2O3+Ti2O3(5%)，激活介质：Ti3+能级结构：四能级系统泵浦方式：光激发，通常用激光激发输出波长：700-1100nm连续可调。掺钛蓝宝石具有很强的三阶非线性，利用这一特性可以实现激光的相位调节-自相位调节，锁定不同纵模间的位相，实现锁模运转。由于自相位调节是一种非

23、线性效应，需要强的光功率密度，所以钛宝石激光谐振强设计中要考虑提高宝石棒中的光功率密度，需要加一对聚焦亚腔，使激光聚焦通过钛宝石棒，获得强的光功率密度，进而强的自相位调节。3、激光器Q值定义，机械调Q的特点，常见结构，加速原理？Q指谐振腔的品质因素，它定义为腔内存储的能量与每秒中损耗的能量之比机械调Q特点：将全反射镜替换为一个转动的棱镜。转镜调Q属慢开关型，机械转动引起振动，开关时间通常在百纳秒量级。结构可以参考老师的ppt，比较简单，略去。加速原理：采用光学加速方法来压缩开关角，缩短脉冲宽度。方法有二，折叠腔式和冷静直角式。预计考到的概率很小，具体方法参看PPT第八章1、机械调Q的原理，最佳

24、转速，开关角，转镜加速原理？机械调Q激光器结构如图所示，它是将全反射镜替换为一个转动的棱镜。设直角棱镜的角平分线与激光束的交角为q，则损耗率dq曲线随棱镜的转动方式而变化。当棱镜沿x轴转动时，就可以灵敏地调节谐振腔的损耗率，因为q变化能灵敏地破坏谐振条件，开关角小，能获得窄脉冲。最佳转速：转速越快，开关时间越短，脉冲越短，然而，峰功率为脉冲能量与时间之比，转速太快，可能脉冲能量太低，峰功率也低。应调节转速，使峰功率最大，而不是只追求脉冲宽度窄。转镜由电机驱动，转速约3000转/分，开关时间约为100ns，这离最佳转速还有一定的距离。再提高电机转速也有困难，所以采用光学加速方法来压缩开关角，缩短

25、脉冲宽度。可以采用折叠式腔和棱镜直角腔来压缩脉冲。2、电光调Q的原理，电光Q开关的典型结构，工作过程，升压式，降压式电光Q开关的优缺点，普克尔效应，克尔效应？电光调Q利用电光晶体的各向异性线性电光效应，控制光的偏振态变化，达到控制谐振腔的损耗目的。电光调制器的典型结构是用电光晶体制造的一个电压控制的1/4或1/2波片。控制通过它的光束的偏振态的变化。电光Q开关的工作过程是当入射光束被分解为o光和e光后，经过电光晶体时，若电光晶体突然退压，则光线方向偏离原来入射方向，Q值突然增加，由此达到调Q目的。退压Q开关的缺点是脉冲前沿不陡。普克尔效应即一次电光效应，折射率的变化与电场成线性变化；克尔效应是

26、二次电光效应。3、端镜耦合输出调Q和腔倒空调Q技术的比较？脉冲透射式Q开关（PTM）又称腔倒空。发展腔倒空技术是为了进一步压缩Q开关脉冲和输出更高的脉冲能量。可以将将腔内全部能量在一个振荡周期内倒出，提高脉冲峰功率一个数量级。激光是在高Q状态振荡输出的，至少要振荡几个周期，才能有好的相干性、好的方向性和足够的增益。Q开关脉冲宽度为m2L/c。激光端镜耦合输出通常只有10%左右，剩余的90%左右的能量在腔内没有输出。第九章1、声光调制器的工作原理，行波性，驻波性声光Q开关的特点，声光Q开关的调Q原理，布拉格和拉曼-奈斯衍射的特点。声光调Q的优点？腔倒空声光调Q的倒出效率？声波是纵波，在介质中传播

27、时会引起介质的密度随声波周期性变化，进而折射率周期性变化，形成折射率光栅。光通过这种折射率光栅后，位相会受到调制而产生衍射，即声-光衍射。声-光衍射可分为拉曼奈斯衍射和布拉格衍射，后者的衍射效率高，所以，声光调Q通常采用布拉格衍射调Q。 声-光调制器可以设计成行波型和驻波型两种结构。行波型即超声波沿光栅单方向传播，而驻波型则可以看作沿两个相反方向传播的超声波在光栅上的叠加。驻波型的驱动功率比行波型低，但驻波超声场在声光介质中不易迅速消除，因而开关时间较长，故实际使用中多采用行波型。声光调Q是利用超声波在弹性介质中传播引起的折射率光栅对光的衍射实现谐振腔的Q值调节的。拉曼奈斯衍射是多级衍射，每一

28、级的衍射效率低；布拉格衍射仅有正或负一级衍射，衍射效率比较高。声光调Q的优点：易于实现高重复率调Q，从数10K-数MHz。腔倒空声光调Q采用共焦腔提高倒出效率。 倒出效率为：最大值为50%，当h=50%2、染料调Q的原理，优缺点？属于什么类型调Q技术？可饱和吸收体主要有染料，利用染料的非线性吸收特性实现调Q。在光强强度比较低时，染料对激光的吸收大于损耗，激光不振荡，处于粒子数反转积累阶段。当积累到增益大于损耗时，脉冲开始振荡，在振荡过程中，由于脉冲前后沿的强度较低，所以吸收大于中心处，反过来，就是脉冲中心（峰）处的增益大于前后沿，所以，振荡放大的结果是脉冲越来约窄。 优点:Q开关结构简单,没有

29、电干扰,可获得峰值功率几兆瓦,脉宽十几纳秒的巨脉冲;缺点:产生Q脉冲的时刻有一定的随机性,不能人为控制;染料易变质,需经常更换.机械，声光，电光调Q属于主动调Q，染料调Q属于被动调Q3、调Q技术的分类，主、被动型？常见的调Q技术包括机械调Q、电光调Q、声光调Q和染料调Q四种技术。其中前三种技术属主动调Q技术，而染料调Q属被动调Q。4、何谓锁模？锁模技术的分类？锁模的前提？锁模脉冲宽度、峰功率，脉冲重复率？锁模实质上就是锁各个纵模间的初始位相。使它们之间保持恒定差。锁模技术包括主动、被动和自锁三种。主动锁模包括损耗调制和位相调制。染料锁模是被动锁模的一种。能实现自锁模的激光器是钛宝石激光器。锁模

30、的前提：多纵模输出锁模脉冲宽度为，其中N为允许起振的纵模的个数，调制脉冲周期为。其峰功率为未锁模时的N倍。脉冲的间隔时间为2L/C，为脉冲在谐振腔来回一次的时间，脉冲的重复率即为脉冲的间隔时间的倒数。5、损耗调制的锁模原理？相位调制的锁模原理？损耗调制即在谐振腔内放置一损耗调制器，表示为未受调制的电场表示为则经过调制后，可以表示为上式表明，正弦调幅波可以用频率分别为w0，w0-wm，w0+wm的三个平面波的迭加合成。由于这三个平面波位相相同，所以它们相干叠加可以输出一个巨脉冲。相位调制是指激光的初始相位受到调制信号的调制而随信号变化，具体过程见下题。第十章1、位相调制锁模原理，锁模启动过程？位

31、相调制是指激光的初始相位受到调制信号的调制而随信号变化。设初始相位受到一相位增量调制：则相位调制信号为该式可以用贝塞尔函数展开成多级，若1，则最后可以简化为上式类似于调频的结果，弱调相只产生一级上下边频，强调相可产生多级高阶上下边频。锁模启动的过程即：当强激光受到调制时，先产生上下边频的起振，然后激光继续振荡，不断激发更多的高阶边频起振，最后谐振腔内所允许的所有频率都起振，它们相干叠加，形成窄的巨脉冲输出。用频率fi驱动放在共振腔内的那只主动调制器工作，同时让最靠近增益峰值频率vm的模开始激光振荡受调制器的作用，这个模的电磁场通过调制器之后将形成频率分别为vm+fi和vm-fi的边带如果驱动频

32、率fi等于两个纵模的频率间隔（数值等于c/2l，c为光速，l为共振腔腔长），那么，vm带将通过两个边带的“搭桥”与和它相邻近的两个模发生耦合，三者建立了振荡相位关系当频率vmfi的边带通过调制器时，又产生频率vm2fi的新边带，它们又把vm与和它相隔频率2fi的模耦合起来，建立激光振荡相位关系辐射在腔内来回通过调制器传播，与vm建立振荡相位关系的模越来越多，最后使在激光增益线宽范围内全部的纵模都耦合起来我们说，振荡模此时已被锁定，激光器进入锁模状态2、相位锁模调制器的调制频率为何要等于相邻纵模间的频率差？锁模器为何要放置在尽量靠近端镜，放在远离端镜的位置行否？锁模实质上就是锁各个纵模间的初始位

33、相。使它们之间保持恒定差。调制频率要等于相邻纵模间的频率差是为了保证每一次加载调制信号的时候，都刚好加载在可能起振的纵模的频率上，使得最后起振的都是谐振腔所允许的频率，然后这些纵模相干叠加才能产生极大值。锁模器要尽量靠近端镜是为了保证光束的调制频率为纵模间频率差，如果远离端镜，假设放在谐振腔中部，则相当于每次光要走到中部才能受到激励，这是受到激励的频率就不是c/2l而变成了c/l3、染料被动锁模的原理，物理上它是属于损耗调制或是相位调制？染料锁模可以定性地理解为周期性损耗调制锁模，但每次损耗调制的调制度不同，所以数学处理更复杂。通常把染料锁模分成三个阶段。（1）线性吸收阶段。此阶段主要是增益积

34、累。（2）非线性吸收阶段。高增益模开始振荡，受到染料的调制。 （3）非线性放大阶段。脉冲被压缩，频谱展宽，更多纵模被激发，又进一步压缩脉冲。4、何谓自锁模？自锁模原理，如何激发纵模的？自锁模的典型激光器是什么？自锁模指由激光增益介质自身产生的锁模。自锁模原理主要是由增益介质的非线性效应引起的。当强的激光通过时，就会引起增益介质的折射率变化:进而调制激光的相位这种由光脉冲强度引起的自己的相位变化，称为自相位调制。自相位调制会引起频谱展宽，展宽量为：所以，自相位调制使光波的频谱展宽为一个连续带，而连续带中仅有与谐振腔允许的纵模频率相同的谱线能够维持振荡，其它谱带消失。激发起的多纵模迭加，使脉冲变得

35、更窄，dI/dt更大，频谱展宽更大，激发起更多的纵模。更多的纵模迭加产生更窄的脉冲，进而更大dI/dt，这种正反馈过程继续，直至达到一个稳定锁模状态。5、激光内、外调制？连续、脉冲调制？调幅、调频、调相和强度调制？内调制：指直接调制激光振荡器的参数，使输出的激光束的某个参数随调制信号而变化。外调制：指调制激光器输出的稳定光束的某个参数，使其随调制信号而变化。外调制是目前广泛使用的调制方法。按照激光束的受调制参数分类，激光调制可分为调幅、调频、调相和强度调制。按激光载波的能量分布形式分类：连续调制和脉冲调制。其中脉冲调制又分模拟调制和数字调制。调幅、调频、调相和强度调制即使激光束的偏振电场振幅，

36、频率，相位，强度随调制信号而变化。第十一章1、脉冲调制技术，物理意义及调制信号的数学表示？脉冲调制指激光载波为脉冲串。根据采样定理，只要对连续信号的采样频率大于被采样信号带宽的2倍，就可以根据采样脉冲系列恢复连续信号。基于这一原理，没有必要传输连续信号的所有信息，所以发展了脉冲调制。使用脉冲调制可以节约传输带宽和发射功率。2、脉冲编码调制？量化、编码的物理意义？脉冲编码调制（PCM）首先通过A/D转换器将模拟信号转换为某一字长的数字信号。然后再逐位调制光载波的某个参数，实现信息光传输。显然，PCM中的每个脉冲只代表一数字化信号中的一个位，而一个位可能为0或1，所以只要用“强”或“弱”脉冲分别表

37、示1或0即可，而脉冲幅度在容许范围内的变化并不具有实际意义，这就是PCM能抗噪声干扰的原因。然而，PCM的强抗干扰能力是以牺牲传输速率为代价的。例如A/D为8位，那么就要8个脉冲才能代表一个状态。同样传输带宽的有效数据传输速率就只有模拟传输的1/8，或者反过来，要保持两者相同的有效数据传输率，PCM传输的带宽就要增至模拟带宽的8倍。为了既保持PCM的强抗干扰能力，又保持有效传输带宽不减少，所以采用数据编码和压缩技术。3、脉冲编码技术？脉冲编码调制的优点，缺点？连续调制和脉冲调制均为模拟调制，通过使光束的某一个参数随信号变化实现信号的调制与传输。如果噪声也使被调制参数发生变化，接受者就不能区分这

38、种变化是信号或是噪声，所以，模拟调制的抗干扰能力差。为此，发展脉冲编码调制技术，它是数字调制。具有强的抗噪声干扰能力。但是，它的强抗干扰能力是以牺牲传输速率为代价的。4、双折射现象、主平面、主截面？O、e光的偏振态？双折射现象：当一束光折射进某些物质中产生两束折射光束的现象。一束光称为寻常光（o光），另一束光称为非寻常光（e光）。主平面：由光线与光轴组成的平面。主截面： e光主平面与o光主平面重合的平面。o光：折射率与传播方向无关的光束，即各向同性光束。其偏振方向与主截面垂直。e光：折射率随传播方向变化，即各向异性光。其偏振方向与主截面平行。5、折射率椭球及其物理意义？如何依据折射率椭球确定光

39、的偏振态？折射率椭球在各向异性晶体中，电位移矢量与电场矢量之间通过电介张量联系起来，即：通过选择适当的坐标系XYZ，可以实现电介张量eij的对角化，即称这样的XYZ坐标轴为介电主轴。在介电主轴坐标系中，光率体为一椭球，椭球方程为：因 ，所以，光率体可写为：上式即为在主坐标系中的双折射晶体的折射率椭球方程。nx，ny， nz分别为沿X，Y，Z方向的主折射率。双折射晶体中，任一波矢量对应两个相互正交偏振的电位移分量 D1和D2，过折射率椭球中心做与 垂直的平面，此平面与椭球相交形成一椭圆，则（1）、D1与D2分别平行于相交椭圆的长、短轴方向。（2）、沿D1和D2偏振的两个分量的折射率分别等于对应的

40、椭圆主轴的半长度。6、线性电光效应及其计算？线性电光效应指晶体的折射率随外加电场一阶变化的效应。计算见下题第十二章1、线性电光效应的计算，电光调制器设计，半波电压、1/4波长电压，纵、横向电光调制？线性电光效应的计算：a首先先确定折射率椭球的表达式b然后确定该晶体的电光张量和外加电场情况c然后写出在主轴坐标系下，外加电场下的折射率椭球方程d合并同类项，再将新的折射率椭球方程写成未加电场时的折射率椭球的形式，从而导出新的折射率表达式e根据题目给定的电场方向，求出位相差，进而可得半波电压。电光调制器的设计调制应该随外电场的变化比较明显，一般沿光轴方向施加电压，纵向应用无自然双折射引起的相位延迟，而

41、横向应用有自然双折射引起的相位延迟。半波电压即与光波传播方向垂直的两个偏振态产生的相位差为时所对应的电压1/4波长电压即与光波传播方向垂直的两个偏振态产生的相位差为/2时所对应的电压纵，横向电光调制即当光波传播方向与加电压的方向一致时为纵向调制，垂直时为横向调制。2、KDP晶体电光调制器如何应用最有效？沿光轴方向施加电压，纵向应用无自然双折射引起的相位延迟，而横向应用有自然双折射引起的相位延迟。3、电光强度、相位调制器？线性工作点的设置？强度调制器是在电光晶体前后放置起偏器和检偏器，通过对电光晶体施加电压，然后改变出射光的偏振方向，从而改变从检偏器射出的光强的大小，至此达到了强度调制。而相位调

42、制器则只有起偏器，且起偏器的方向与调制器容许的偏振方向一致，透射光的相位调制正比于偏振方向的光的折射率的变化。4、电光调制器的渡越时间和带宽，高频电光调制的阻抗匹配？电光调制器的度越时间是指光通过晶体所需要的时间，调制器的最高工作频率为，其带宽的量级为GHz。高频电光调制的阻抗匹配：电光晶体可以等效为一个电容和电阻的并联，其阻抗为。当频率为高频时，其阻抗值近似为，小于信号源内阻，则大部分功率将消耗在无用的地方。因此需要并联一个电感L，其阻抗变为，取时，阻抗最大，从而调制功率能有效的加载到晶体上。第十三章1、行波调制器结构，提高带宽的原理及带宽？行波调制器采用横向调制，行波电场沿电极传播，尽量与

43、光波的传播匹配，这样就不会受到度越时间的限制，从而极大的增加了行波调制器的带宽。其带宽为，为非行波型的倍2、声光衍射原理，声光栅的形成，行波型和驻波型拉曼-奈斯声光衍射的异同？原理：超声波在介质上传输时，将造成折射率的分布随声波的强度变化。当光照射在介质上时就会发生衍射，由此形成声光栅。行波型即超声波在光栅上单方向传播，进行行波调制，衍射光的强度极大值随时间变化；而驻波型可以分解为两个相反方向的行波的叠加，衍射光强极大值不随时间变化。3、光栅衍射类型的判定，G参数和Lo参数定义，判断值？当光栅厚度较薄时，一般发生拉曼奈斯衍射，即声光衍射是多级的；而当光栅较厚时，满足布拉格衍射条件则发生布拉格衍

44、射，即声光衍射仅有正或负一级。他们主要通过参数G和来区分，其中，当 Gp时，为拉曼-奈斯衍射当 G4p时，为布拉格衍射若G处于两值之间，则属于混合型，既有拉曼衍射，又有布拉格衍射。当L/2，为拉曼奈斯衍射当L2，为布拉格衍射若L处于两值之间，则属于混合型，既有拉曼衍射，又有布拉格衍射。4、磁光效应，物理起因？磁光旋光的特点，双折射波片的旋光的异同？磁光效应起源于电子自旋与磁场作用，产生塞曼分裂，使得原来简并的能级分裂。自旋分裂后，材料的消光系数对左右旋圆偏振光的吸收峰分裂，从而引起折射率的变化。所以左右旋圆偏振光的折射率不同，此效应为圆二色性。当线偏振光通过具有圆二色性的晶体以后，左右旋圆偏振

45、光的相位不同，合成的光为一个偏振面发生旋转的线偏振光。磁光旋光的特点是偏振面旋转方向与光传播方向无关，只与磁场强度方向有关。磁场方向不变时，光往返两次通过磁光调制器，偏振面转角加倍。双折射波片的旋光？第十四章1、激光束偏转，模拟与数字偏转？激光束偏转技术主要有机械偏转，电光偏转和声光偏转。模拟偏转即：光束连续偏转，能达到偏转轨迹上的任何点，主要用于显示技术。数字偏转即：光束只能到达偏转轨迹上的某些离散点，主要用于光存储。2、机械偏转技术的原理、特点？机械偏转利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动，改变反射光或折射光的方向而实现光束偏转。它的优点是偏转角大，光谱范围宽，光损耗小，温度影响小；其缺

46、点为扫描速度慢。3、电光偏转技术的原理、特点？典型模拟和数字偏转期结构？电光偏转是基于晶体的电光效应引起的折射率梯度变化，使光线发生弯曲，其中光线的偏转角正比于折射率梯度。模拟：两块楔形KDP晶体组成，偏转角不仅与调制电压有关，而且与调制器的几何结构有关。数字：一块调制器和一块检偏器组成一位数字偏转器。不在调制器上加电压时，光线为o光，在经过检偏器时不发生弯曲；在调制器上加电压时，光线为e光，经过检偏器时发生弯曲，从而达到了通过加电压与否控制光束位置的0,1状态的效果。4、声光偏转技术的原理、特点？声光偏转器的结构，如何实现布拉格角的自动调制？分辨点数？原理：根据布拉格衍射条件：可以通过改变声

47、波波长，来改变布拉格衍射角。所以可以通过控制超声波长来控制光束的偏转。结构：自动调制：通常入射光的方向是不变的，当声波频率改变时，要保持布拉格条件就必须改变超声波的传播方向，以实现对布拉格角的跟踪。通常采用列阵换能器，总的超声波为各列阵元产生的超声波的叠加。通过控制各列阵元间的位相差，就能控制合成超声波前的传播方向，实现布拉格角随频率的跟踪。分辨点数：分辨点数即用扫描角除以光束的发散角。5、光探测方法分类？光热法，光压法的测量原理？光探测法可分为光压法，光热法和光电法。光压法利用光的量子特性，当光子打在测量器表面上时，由于它具有动量和动能，因此会对表面产生一定的压力，测量器通过测量光冲力引起的转角的变化来测量光能量。光热法是利用物体吸收光能后，温度升