光与现代科技讲座各章重点习题及解答(云大宗老师版).doc

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1、第一章概述1.什么是光？光波的频率和波长范围是多少？可见光的波长范围是什么？光是电磁波谱中波长范围为1nm~1mm或者频率在3*1011Hz~3*1017Hz范围的电磁辐射，是能量与信息的载体。可见光是波长为380nm~780nm的电磁辐射2.光的特性是什么？波动性粒子性3.什么是光的辐射功率，它与什么因素有关？单位时间内辐射的能量叫做辐射功率。辐射能量与频率的四次方成正比；辐射能量与距离的平方成反比，这是球面波的特点；有很强的方向性，在垂直于轴线方向上的辐射最强，而在沿轴线方向上没有辐射。4.什么是光

2、的干涉、衍射、偏振？光干涉的条件是什么？光的干涉：两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布（明、暗相间的条纹分布）的现象。衍射：波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘而进入几何阴影传播,并且产生强弱不均的光强分布的现象。偏振：光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢量的横向振动状态,相对于传播方向不具有对称性。光的偏振性说明光波是横波相干条件：①振动方向相同②振动频率相同③相位相同或相位差保持恒定5.什么是光的吸收、色散、散射？什么是选择性吸收，什么是普遍吸收？什么是瑞丽散射定律？

3、什么是拉曼散射？光的吸收:光波在物质中传播时，其一部分能量被转变为物质的内能的现象。色散:光在物质中传播速度v随波长λ而改变的现象。光的散射:物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开的现象。选择吸收:吸收与波长有关普遍吸收:吸收与波长无关瑞丽散射定律:散射光强与λ4成反比拉曼散射:在散射光中出现与入射光频率不同的散射光的现象。第二章光源与激光器1．什么是激光？其特点是什么？激光是受激辐射的光放大，是利用物质受激辐射原理和光放大过程产生出来的一种特殊光。特点:高方向性;颜色极纯-单

4、色性强;高强度，高亮度；相干性强2．什么是自发辐射？受激辐射？受激吸收？他们分别与何器件相对应？自发辐射：电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶受激辐射：光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。受激吸收:处于低能级的原子（El），受到外来光子的激励下，在满足能量恰好等于低、高两能级之差（△E）时，该原子就吸收这部分能量，跃迁到高能级自发辐射——受激辐射——半导体激光器受激吸收——光电检测器3．激光器由那三个部分组成？简述其工作原理。（1）工作物质（2）泵浦源（3）谐振腔泵浦源，用一定

5、的方法去激励原子体系，使具有一定的能级结构的工作物质出现粒子数反转，谐振腔实现产生和维持光振荡，确定激光方向，选频，选偏振。5.激光器如何分类的？（按工作物质）固体、气体、半导体、化学、染料等激光器第三章光纤与光学传感技术1.光纤由那几层构成，各层的主要作用是什么？1）纤芯，光信号的传输2）包层，限制光信号溢出3）一次涂敷层（预涂层），保护光纤增加韧性4）缓冲层，减少对光纤的压力5）二次涂敷层（套塑层），加强光纤的机械强度2.光纤是怎样分类的？按材料可分为：石英系光纤、多组份玻璃光纤、塑料光纤、氟化物光

6、纤、液芯光纤、掺杂光纤，如掺铒光纤。按照光纤横截面上折射率分布特征分为：阶跃型光纤、渐变型光纤、W型光纤按光纤内的导模数分：多模光纤、单模光纤。按套塑的情况分：松套、紧套按工作波长分：短波长光纤：0.8～0.9µm；长波长光纤：1.0～1.7µm；超长波长光纤：>2µm按用途分类：通信光纤、非通信光纤4.光纤的制造主要有哪三个过程？熔炼、拉丝和套塑9.光缆按缆芯特征、敷设方式、结构设计原则、缆芯芯数是怎样分类的？按缆芯特征分：层绞式，束管式，叠带式，骨架式按敷设方式分：管道式，直埋式，架空，水底光缆，局

7、内光缆缆芯芯数：单芯，多芯：2、4、6、8、12、…10.什么是光纤传感器？它有那两种类型？有何区别？利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性(强度、相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。传光型：1）光纤仅作为传播光的介质，仅起传光作用。2）传感器中的光纤是不连续的传感型：1）光纤不仅起传光的作用，同时利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，使其某些光学特性发生变化。2）传感器中的光纤是连续的。12.光纤图像传感器（内窥镜）由哪几部分组成？简述其工作原理。由物镜、传像束、传光束、目镜或图像显示器

8、组成。光源发出的光通过传光束照射到待观测物体上，再由物镜对待观测物体成像，经传像束把待观测物体的各个像素传送到目镜或图像显示设备上，观察者便可对该图像进行分析处理。13.图像传感器主要功能是什么？图像传感器的功能是把光学图像转换为电信号第四章激光在现代医学中的应用1、激光对生物体的作用有那几个方面?激光用于生物及医学上有什么优点?试举例予以说明。光热作用、光音响（压电）作用、光化学作用(1)一般情况下，激光治疗和测定对生物体的损害较少，与X