光电子技术基础复习题

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1、1、某单色光频率为3×1014Hz，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/sλ=v/f=2.26*108/3*1014=0.75*10-6m2、某星球的辐射出射度的峰值波长为400nm，试估算该星球表明的温度。答：由维恩位移律λmT=b得T=b/λm=2.898*10-3/400*10-9=7.245*103k3、简述光子简并和能级简并答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。光子态是按光子所具有的不同能量（或动量数值），光子行进的方向

2、以及偏振方向相互区分的。处于同一光子态的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。可以有多个光子处于同一种光子态上，这种现象称为简并。处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度δ。δ=1/（ehυ/kT-1）4、什么是亚稳态能级。答：若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均寿命会很长τs>>10-3s,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。5、设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？6、产生激光

3、的重要机理是答：受激辐射7、爱因斯坦关系是8、以二能级为例推导粒子数反转的条件是什么？答：能级上的粒子数分布满足条件N2/g2>N1/g1反转分布图对物质的要求：在物质能级中存在亚稳态能级对外界的考验：需要有泵浦源9、从能级理论出发，解释Nd:YAG激光器工作原理（p44-45）10、解释增益饱和效应答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应。11、两种介质A、B的折射率分

4、别为nA=1，nB=1.2，当光从B传播到A时，计算：1）发生全反射的零界角2）布鲁斯特角答：1.θc=arcsin（n2/n1）（n1>n2）=arcsin（1/1.2）=56.44°2.tanθ=n2/n1θ=arctan（n2/n1）=arctan（1/1.2）=39.8°12、人体辐射出射度的峰值波长为（）答：由维恩位移律λmT=b得λm=b/T=2.898*10-3/（37+273）=9.35*10-6m13、红宝石激光器利用（氙灯）作为泵浦源。14、光纤长距离通信中传播信息光的波长为(1

5、550nm)，在接收端光电二极管所使用的材料是(InGaAs)15、某阶跃光纤：n1=1.490,n2=1.480,则光纤的临界传播角为多少？答:α=arcsin（n2/n1）=arcsin（1.48/1.49）=83.4°16、某平板介质波导：2a=10μm,n1=1.480,n2=1.470,则该波导的截止波长为多少？答：平板v=π/2（光纤v=2.405）V=（2πa/λc）λc=2πa/V=（10*π）/（π/2）=3.44μm17、已知某平板介质波导：2a=80μm,n1=1.490,n2

6、=1.470,入射光波长为λ=1μm，在该波导中存在的模式数为答：M=V2/2=(π/2)2/2=118、解释材料色散产生的原因答：材料色散：是由于折射率随波长变化的，而光源都具有一定的波谱宽度，因而产生传播时延差，引起脉冲展宽。补充：模式色散：在阶跃光纤中，入射角不同的光波在光纤内走过的路径长短不同，在临界角上传输的光路最长，沿光纤轴线传输的光路最短，由此引起时延差而产生模式色散。波导色散：是由光纤的几何结构决定的色散，它是由某一波导模式的传播常数β随光信号角频率w变化而引起，也称为结构色散。19

7、、简述谐振腔的作用答：使光只能沿着轴线方向往返运动（方向性）筛选光频率，只能使满足干涉相干条件频率的光能在腔内往返运动（单色性）增加光强度，实现光放大（高亮度）20、半导体激光器实现光放大的物质条件是什么答：PN结附近或导带电子和价带空穴相对反转分布21、激光产生的条件具体有那些答：必要；粒子数反转分布和减少振荡模式数充分；起振和稳定振荡22、推导波导方程（课件）23、计算：1）入射光波长为1550nm，Pin=0.05W，Pout=0.002W，估算光纤中信号能传输的最远距离。2）光源为激光，λc

8、=1550nm,光源脉宽Δλ=0.5nm，假设信号传输1km，计算由于材料色散造成的脉冲信号展宽σ。3）只考虑材料色散，估算信号在光纤中传播1km的bitrate的最大值。答：1.α=10lg(pi/po)/LL=10*lg（0.05/0.002）/0.36=38.8m2.σ=Δλdn/cdλ=0.5*10-9/3*108=1.7*10-18s/m3.B<=1/（4Δτ）Δτ=L

9、Dm

10、Δλ24、已知输入信号频率最大值为1kHz，输入信号峰值为3V，脉冲编码调制采用4