物理学院2011级研究生光电子学与光子学原理及应用考题
光电子考试简答题答案 (2)
作业1 三、简答题：1、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。
[答]：必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。
充分条件：起振——阈值条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗。
稳定振荡条件——增益饱和效应（形成稳定激光） 。
组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。
作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。
泵浦源（激励源） ：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。
谐振腔：(1) 使激光具有极好的方向性( 沿轴线) (2) 增强光放大作用( 延长了工作物质 ) (3) 使激光具有极好的单色性( 选频 )2、简述光子的基本特性。
[答]：光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有能量、动 量和质量。
它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：（1）E=hv= ω（2）m=22c hv c E =，光子具有运动质量，但静止质量为零； （3）k P =； （4）、光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向；（5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子。
作业2判断题中的第5小题：在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个λ/4波片，波片的轴向如何设置最好？若旋转λ/4波片，它所提供的直流偏置有何变化？答：在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个?/4波片，波片的轴向取向为快慢轴与晶体的主轴x 成45°角时最好，从而使 E x′ 和 E y′ 两个分量之间产生π/2 的固定相位差。
若旋转λ/4波片，它所提供的直流偏置，得到直流偏值随偏振改变而改变。
三 简答题1、何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。
答：对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。
光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。
光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素主要有:大气分子的吸收,大气分子散射 ,大气气溶胶的衰减。
光电子技术基础与应用习题答案
第三章 习题(1)
1. 填空
① 最早的电光源是
，最早的激光器是 年由 国的 制作的 。
② 光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示 虚部表示 与频率的关系。
与频率的关系，
③ 激光器的基本结构包括 、 是 、 ，必要条件包括
、 。激光产生的充分条件
、
。
④ 今有一个球面激光腔r1=1.5m，r2=-1m，L=80cm，它属于 2. 试简单说明以下光电子学术语的科学含义：
8. 从麦克斯韦通式(2-28)出发，推导波动方程(2-44)。
1. 填空题：
第二章 习题答案(1)
第二章 习题答案(2)
第二章 习题答案(3)
6. 输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和 ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层 才能使镜面反射系数大于99.5％？
第三章复习思考题(8)
4. 简述题 （5）以一个三能级原子系统为例, 说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。
4. 简述题
第三章复习思考题(9)
4. 简述题 （7）分析激光产生的条件。
第三章复习思考题(10)
4. 简述题 （7）分析激光产生的条件。
第三章复习思考题(11)
4. 简述题
第三章复习思考题(12)
讲授内容
第三、四、五讲
1 第一章 绪 论（一讲） 2 第二章 光学基础知识与光场传播规律（二讲）
3 第三章 激光原理与技术（三、四、五讲）
4 第四章 光波导技术基础（六、七讲） 5 第五章 光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲）
6 第六章 光电探测技术（十一、十二讲）
2011年浙江省中国计量大学物理光学考研真题
2011年浙江省中国计量大学物理光学考研真题一、（每小5分,共6小,共30分，）请解释：1.线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光2.等倾干涉和等厚干涉及其特点3.法布里-珀罗干涉仪4.正晶体、快轴5.马吕斯定律6.闪耀光栅二、（15分）长度0.1mm的一段状光源用作杨氏实验的光源，使横向相干宽度大于1mm，双孔必与丝状光源相距离多少？该光源的相干长度和相干时间分别为多少？（假设丝状光源波长为λ =550nm，普光宽度∆λ =0.6nm。
）三、（20分）一个用于检验平板厚度均匀性的装置如图所示，光澜D用于限制平板上的受光面积，通过望远镜可以观察平板不同部位生的干涉条纹（平板可相对光澜平移）。
请问：（1）平板从B处移到A处，可看到有20个暗纹从中心冒出，A、B两处的平板厚度差是多少？并决定哪端厚或薄？（2）所用光源的光谱宽度0.06nm，平均波长为600nm，问能检验多厚的平板？（假设平板的折射率n=1.5）四、（15分）一单色平面光波的表示式为：式中：分别是直角坐标系(x，y，z)中x,y,z轴方向的单位矢量。
求：（1）计算该光波波矢与x轴夹角，并画图示意出该光波的传播方向和偏振方向（标出相应的角度值）；（2）该电磁波的率、波长、振幅和相速度；（3）相应的的表达式。
五、（20分）一块宽300mm，每毫米有200个刻槽的闪耀光栅，闪耀角为，求（1）光束垂直于槽面入射时，对于波长469.8nm的光的分辨本领；（2）光栅的自由光谱区；（3）试与空气间隔为1cm，精细度为29的F-P标准具的分辨本领和自由光谱区进行比较。
六、（15分）一出射波长为600nm的激光平面波，投射到一双缝上，通过双缝后，在距离双缝100cm的屏幕上，观察到屏幕上光强分布如图所示，求：双缝的缝宽和缝间距。
七、（15分）选用折射率为2.38的硫化锌和折射率为1.38的氟化镁作镀膜材料，制作用于氦氖激光（λ =632.8nm）的偏振分光镜。
光电子学与光子学的原理及应用S.O.Kasachapter6课后答案.pdf
corresponding voltages and currents at the maximum power point. What is your conclusions?
Solution
Iph2
Rs2 A
I
Id1
Iph1
V1
Iph2
Rs1
RL V
I Id 2
Iph2
V2
Two different solar cells in series
I (mA)
0 0.2
V′
0.4
V
0.6
–10
–20
I′
–30
Figure 6Q3-1 I (mA)
0.2 0
I′ 3 mA
–10
I-V for a solar cell under an illumination of 1000 Wm-2.
P M
The load line for R = 20 ž (I-V for the load)
V¢ ≈ 0.44 V. The load should be R = 18.7 W, close to the 20 W load. At 600 W m-2 illumination, the
load has to be about 30 W as in Figure 6.8 (b). Thus, the maximum efficiency requires the load R to be
Solutions Manual for Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices S.O. Kasap
6.1
23 April 2001
物理学院2011级研究生光电子学与光子学原理及应用考题
物理学院2011级光学专业研究生《光电子学与光子学原理及应用》考题1．简答题1.1 受抑全内反射有什么特点？ (5分)1.2 解释下图中的现象。
(5分)1.3 本征半导体、n 型半导体和p 型半导体的Fermi 能级以什么特点？? (5分)1.4 下图是一个LD 的输出谱，解释三个谱变化的物理含义。
(5分)1.5 下面的雪崩光电二极管中有什么特点？吸收和倍增发生在什么区域? (5分)2．计算题2.1 假设一个光源辐射的频率谱有一个中心频率ν0和谱宽∆ν。
以波长来衡量， 这个频率谱有一个中心波长λ0和谱宽∆λ。
显然，λ0 = c/ν0。
因为∆λ << λ0、∆ν << ν0，利用λ = c/ν，证明：谱宽∆λ和相干长度l c 满足：c2000λννλνλ∆=∆=∆，λλ∆=∆=20t c l c对于He-Ne 激光器，λ0 = 632.8nm ，∆ν ≈1.5GHz ，计算∆λ。
(15分)2.2 一个介质平板波导中间薄层是一个厚度为0.2μm 的GaAs ，它夹在两个AlGaAs 层之间。
GaAs 和AlGaAs 的折射率分别为3.66和3.40。
假设折射率随波长变化不是很大。
截止波长是多少？(大于截止波长时波导中只能传播单模)。
如果波长为870nm 的辐射(对应于带隙辐射)在GaAs 层传播，消逝波向AlGaAs 层的贯穿深度是多少？这个辐射的模场直径是多少？(15分)2.3 内量子效率ηint 给出在正向偏置下电子空穴复合中辐射复合并引起光子发射的比例。
非辐射跃迁中，电子和空穴通过复合中心复合并发射声子。
由定义，nrr r int 111)(τττη+=+=非辐射复合速率辐射复合速率总复合速率辐射复合速率 τr 是少数载流子在辐射复合前的平均寿命，τnr 是少数载流子通过复合中心复合前的平均寿命。
总电流I 是由总复合速率决定的，而每秒发射的光子数(Φph )是由辐射复合速率决定的。
光电子学与光子学的原理及应用s.o.kasa chapter4课后答案
(le3vpe1)lsarnedsuthlteinrgemfraoimninvgareioleucstrdoinffse(r2enp5t)vwaliutheisnoqfumanl atunmd mmsetchhaat nciacnalarsusilgesn.edNtoot
e all
sixth excited transitions to
spins parallel has a lower energy than that with opposite electron spins as indicated in Figure 4Q1. These
two He states can excite Ne atoms to either the 2p54s1 or 2p55s1. There is then a population inversion between these levels and the 2p53p1 and between 2p55s1 and 2p54p1 which leads to the above lasing
electron these
energy levels are allowed as photon emission requires quantum number selection rules to be obeyed.
a Table 4Q1, shows some typical commercial He-Ne laser characteristics (within 30-50%) for various wavelengths. Calculate the overall efficiencies of these lasers.
华中科技大学光电子器件导论2011级A卷参考答案
装
线
订
华中科技大学光学与电子信息学院
2013—2014 学年第二学期《光电子器件导论》试卷 (A 卷)
题号
一
二
Байду номын сангаас
三
四
五
六
总分
得分
解题过程中可能用到的物理常数：真空中光的速度 c=2.9979×108ms‒1；普朗克常数 h=6.6261×10‒34 Js； 电子电荷 e=1.60218×10‒19C；自由空间中电子的质量 me=9.10939×10‒28g
一、(15 分) 一由折射率为 n = 3.5 的半导体材料制备的腔长为 200 μm 的 Fabry–Perot 的光腔，两 端各有一反射率为 0.95 的镜面。计算自由空间波长最接近 1550 nm 时腔内的模式数、光洁度(或锐 度，finesse)和 Q 因子。 解：已知， L = 200×10-6 m, n = 3.5, R = 0.95
答：半导体中有三种与光有关 的电子跃迁过程，即受激吸 收、自发发射和受激发射。半 导体中三种光现象的关系为： 受激吸收与受激发射是互逆 的，而受激发射与自发发射的
hυ (a) Absorption
E2
E2
hυ
E1
E1
(b) Spontaneous emission
hυ In
E2 hυ
Out
hυ
E1
(c) Stimulated emission
（5分）
二、(18 分) 1966 年高锟(Charles Kuen Kao)发表了一篇题为“Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies”的论文，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理，描述了长程及高信 息量光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性。2009 年因“在纤维中传送光以达成光学通讯的开 拓成就(for groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibers for optical communication)”获诺贝尔物理学奖，其获奖演说为“Sand from centuries past; Send future voices fast”。请你详细叙述石英光纤的制备原理及工艺步骤。光纤中的主要损耗有哪些？
考研物理光学真题答案解析
考研物理光学真题答案解析光学是物理学中的一个重要分支，它研究光的传播规律和光与物质的相互作用。
对于考研物理专业来说，光学是必考内容之一。
在考研过程中，真题解析是很重要的一环，通过真题解析我们可以更好地理解考点，掌握解题技巧。
本文将对一道光学真题进行解析，希望能给考生们提供一些帮助。
问题：一束光从真空中入射到折射率为n的介质中，若入射角为θ，折射角为φ，则光在介质中传播速度的大小为多少？解析：根据斯涅尔定律，光线在两个介质界面上的折射定律可以用下式表示：n1*sinθ1 = n2*sinθ2其中，n1为入射介质的折射率，n2为折射介质的折射率，θ1为入射角，θ2为折射角。
在本题中，光从真空中（折射率为1）入射到折射率为n的介质中，所以可以将题目中的折射率n2替换为n。
由此得到：sinθ1 = n*sinθ2解出sinθ2可得：sinθ2 = sinθ1/n再根据光速v和光速在介质中的传播速度v'的关系：v = c/n其中，c为光在真空中的速度，n为入射介质的折射率。
将光速v用v'和n代替可得：v = c/(sinθ2*n)由此可得到光在介质中传播速度的大小为：v' = c/sinθ2综上所述，光在介质中传播速度的大小为c/sinθ2。
这道题主要考察了斯涅尔定律和光速在介质中的传播速度的关系。
通过理解斯涅尔定律的原理和应用，我们可以准确地求解此类问题。
需要注意的是，折射率是光在介质中传播速度与真空中传播速度的比值，所以光在不同介质中的传播速度是不同的。
在解答此类题目时，我们需要注意以下几点：1.明确所给条件，确定已知量。
在本题中，已知光从真空中入射到折射率为n的介质中，入射角为θ。
2.运用斯涅尔定律求解折射角。
根据斯涅尔定律，可以写出光线在两个介质界面上的折射定律，然后解方程求解折射角。
3.根据光速在介质中的传播速度和入射角的关系，求解光速在介质中的传播速度的大小。
根据光速和折射角的关系，可以求解出光速在介质中的传播速度的大小。
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物理学院2011级光学专业研究生
《光电子学与光子学原理及应用》考题
1．简答题
1.1 受抑全内反射有什么特点？ (5分)
1.2 解释下图中的现象。
(5分)
1.3 本征半导体、n 型半导体和p 型半导体的Fermi 能级以什么特点？? (5分)
1.4 下图是一个LD 的输出谱，解释三个谱变化的物理含义。
(5分)
1.5 下面的雪崩光电二极管中有什么特点？吸收和倍增发生在什么区域? (5分)
2．计算题
2.1 假设一个光源辐射的频率谱有一个中心频率ν0和谱宽∆ν。
以波长来衡量， 这个频率谱有一个中心波长λ0和谱宽∆λ。
显然，λ0 = c/ν0。
因为∆λ << λ0、∆ν << ν0，利用λ = c/ν，证明：谱宽∆λ和相干长度l c 满足：
c
2000λννλνλ∆=∆=∆，λλ∆=∆=20t c l c
对于He-Ne 激光器，λ0 = 632.8nm ，∆ν ≈1.5GHz ，计算∆λ。
(15分)
2.2 一个介质平板波导中间薄层是一个厚度为0.2μm 的GaAs ，它夹在两个AlGaAs 层之间。
GaAs 和AlGaAs 的折射率分别为
3.66和3.40。
假设折射率随波长变化不是很大。
截止波长是多少？(大于截止波长时波导中只能传播单模)。
如果波长为870nm 的辐射(对应于带隙辐射)在GaAs 层传播，消逝波向AlGaAs 层的贯穿深度是多少？这个辐射的模场直径是多少？(15分)
2.3 内量子效率ηint 给出在正向偏置下电子空穴复合中辐射复合并引起光子发射的比例。
非辐射跃迁中，电子和空穴通过复合中心复合并发射声子。
由定义，
nr
r r int 111)(τττη+=+=非辐射复合速率辐射复合速率总复合速率辐射复合速率 τr 是少数载流子在辐射复合前的平均寿命，τnr 是少数载流子通过复合中心复合前的平均寿命。
总电流I 是由总复合速率决定的，而每秒发射的光子数(Φph )是由辐射复合速率决定的。
所以，内量子效率ηint 又可以写为：
e
I h P e I //op(int)ph int νη=Φ==每秒损失的总载流子每秒发射的光子 其中，P op(int)是内部产生的光功率(还没有出腔外)。
对一个在850nm 发射的特定的AlGaAs LED ，τr =50ns ，τnr =100ns 。
在100mA 的电流下，内部产生的光功率是多少？(15分)
2.4 一个InGaAsP-InP 激光二极管的光学腔长为200μm ，峰值辐射在1550nm 处，InGaAsP 的折射率为4。
假设光学增益带宽不依赖于泵浦电流并取为2nm 。
问：
（1）对应于峰值辐射的模数是多少？
（2）腔模之间的间隔是多少？
（3）在这个腔中有多少模式？
（4）这个光学腔两端（InGaAsP 的晶面）的反射系数和反射率是多少？(15分) 2.5 一个商用的InGaAs pin 光电二极管的响应度曲线如下图。
它的暗电流为5nA 。
(1) 在1.55μm 波长下，导致二倍暗电流的光电流的光功率是多少？在1.55μm 处，光电探测器的量子效率是多少？
(2) 在1.3μm 波长下，如果入射光功率相同，光电流是多少？在1.3μm 处，光电探测器的量子效率是多少？ (15分)。