光电子技术-作业题

列出电磁波的性质:1.电磁波的电场E和磁场H都垂直于波的传播方向，三者互相垂直，所以电磁波是横波。2.沿给定方向传播的电磁波，E和H分别在各自平面内振动，这种特性成为偏振。3.空间各点E和H都作周期性变化，而

且相位相同。4.任意时刻，在空间任意点，E和H在量值上的关系为= 5.电磁波在真空中传播的速

度为C=1/，在介质中的传播速度为V=1/

写出所有辐射度量的名称，定义，公式，单位同时列出相对应的光度量。

写出光子的性质与相应的公式:1.光子的能量; 2.光子的质量：m=hv/ 3.光子的动量： 4.光子有两个独立的偏振态。5.光子有自旋，且自旋量子数为整数，大量光子的集合服从玻色——爱因斯坦分布。

说说理解光波模式：1.麦氏方程的解特解：单色平面波。通解：一系列单色平面波的叠加。2.自由空间中的电磁波:任意波矢的平面波均可以存在!3.受边界条件限制空间的电磁波：一系列独立的具有特定波矢的平面单色驻波。即只允许驻波光模式存在！4.光波模式：能存在于腔内的以波矢为标志的电磁波模式。不同模式以区分，同一又由于对应两个独立的偏振态，则同一波矢对应两个不同偏振方向的光波模式。

光的时间相干性和空间相干性:时间相干性：波场中同一点不同时刻光波场特性的相关性。此相干性来源于原子发光的间断性。空间相干性：波场中不同点在同一时刻光波场特性的相关性。此相干性来源于光源中不同原子发光的独立性。

激光与普通光源的关系:激光：具有很好的相干性，相干长度可达几十公里。普通光源：相干长度均为1cm至几十CM

如何理解激光辐射相干性:1受激辐射光是相干光，2受激辐射是在外界辐射的控制下产生的，受激辐射光子与激励的入射光子是同一光子态的，具有相同的频率、相位、波矢、偏振态。大量原子在同一辐射场激发下产生同一光子态或同一光波模式的光子，因而是相干的。3受激辐射对应于电子在外加电场作用下作受迫振荡时产生的辐射，受迫振荡产生的辐射的频率、相位、波矢、偏振态应与外加电场一致，即大量受激辐射光子的性质被外加的同一电场同步。因而是相干的。

什么是集居数反转，如何实现光放大？集居数反转：受激辐射的光子数大于受激吸收的光子数。实现光放大就向物质提供能量，即进行泵浦(或激励)，打破热平衡！

解释爱因斯坦三过程:如果原子因受满足频率条件的光的激励而跃迁到较高能态，这种过程就称为受激吸收。没有外

界作用，原子自发地由高能态跃迁到低能态，并辐射一个光子，这种过程叫自发辐射。若原子受到一个满足频率条件的外来光子的激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同频率的光子来，这种过程叫做受激辐射。 描述谐振腔中的自激振荡过程:弱光强I 0进入一无限长光放大器,开始时I (z)按小信号放大规律按g(I)=增长。然后,I(z)=Ioexp((g-)z).由于增益饱和效应， I (z)的增长速率会变慢，最后,I (z)不再增长并达到一稳态值I m 。由g(I)=得:g(I)=,Im=()Is/

解释什么是增益饱和，给出增益系数的表达式:集居数反转n 2(z)-n 1(z)随z 的增加而减小从而导致增益系数g 也随z 而减小的现象.g(I)=

增益系数的饱和. 其中：I s 为饱和光强， n 20-n 10是光强为零时单位体积内的初始集居数差值。g 0即g(I=0)为小信号增益系数。小信号增益的条件:g(z)=

画出增益曲线，并解释增益线宽

?：增益线宽

光学谐振腔的定义和作用.？定义：只要有一定长度的光放大器两端防止两个反射镜形成谐振腔。作用：①选择激光模式，提高光的相干性；②提供光的正反馈，实现光的受激辐射放大。

什么是开腔,开腔分哪几类,判定条件?侧面无光学边界的腔 分类：稳定腔、非稳定腔、临界腔。判定条件：几何损耗的高低

F-P 腔纵膜的条件描述特点？答：满足谐振条件的各个频率即纵模由q 决定。且是分立的。L L nL L V V Vq q '===+22-1q △ 激光器的分类：距离每一类的波长答：按工作地质分：气体激光器、固体激光器、液体激光器、半导体激光器、自由电子激光器。按输出方式分：连续输出、脉冲输出。

写出激光器的组成部分及每个部分的功能。答：①工作物质：处于谐振腔中。②泵埔源：激励能源。③光学谐振腔：产生谐振。

激光在大气中传播时引起的轻度衰减的因素有哪些？答：吸收和散射的总效果使传输光辐射强度的衰减。

解释大气衰减的朗伯定理？答：T=exp （—βL ）。β为大气衰减系数（1/km ）表明光强随传输距离增加呈指数规律衰减

气体分子吸收的特性有哪些？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。

什么叫瑞利散射及其特性？答：在可见光和近红外波段，辐射波长总是远大于分子的浅度，这一条件下的散射为瑞利散射。特征：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。

什么叫米—德拜散射？特性？答：当光的波长相当于或小于散射粒子尺寸时，即产生米—德拜散射，主要依赖于散射粒子的尺寸，密度分布以及折射率特征，与波长的关系远不如瑞利散射强烈。（可近似认为与波长无关） 解释什么是光电效应？答：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象称为光电效应。

如何理解KOP 晶体的纵向电光效应？答：电光晶体总是沿着相对光轴的某些特殊方向切割而成的，而且外电场也是

沿着某一主轴方向加在晶体上。

什么是声波？解释声波光栅的形成过程？答：声波是一种弹性波，在介质传播时，它使介质产生响应的弹性形变，从而激起介质中各质点沿声波的传播方向振动引起介质的密度呈疏密相同的交替分布，折射率也发生相应的周期性变化。

解释什么叫声光晶体，并举例说明？答：具有声光效应的晶体，如云方晶系蓝宝石，钇铝石榴石。

什么叫半波电压？答：加在晶体上的场表现为电压V时，使得晶体中两光束产生180°相位差的外加电压。

什么叫拉曼拉斯衍射，特征是什么？答：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化忽略，则声光介质可视为相对静止的平面相位栅。特征：各级衍射光对称地分布在零级衍射光两侧，且同级次衍射光的强度相等。

解释布拉格衍射，特征是什么？答：当入射光与声波面间夹角满足一条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将相互抵消，只出现衍射光。特征：效率高，可使入射光能量几乎全部转移到衍射极值上。

简述拉曼-纳斯声光调制的原理和特点?特点：只限于低频工作，只具有有限的宽带。

简述布拉格声光调制的原理和特点?特点：效率高，调制带宽较宽

简述磁光调制的原理和特点:磁光调制使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转。特点是应用法拉第旋转效应。

内调制：直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（激光二极管LD或半导体发光二极管LED），从而获得调制光信号。由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。外调制：指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，再调制信号改变调制器的物理特点，当激光通过调制器时就会使光波的某参量受到调制。CCD的输出信号有什么特点？答：信号电压是在浮置电平基础上的负电压；每个电荷包的输出占有一定的时间长度T。；在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲。据此特点，对CCD的输出信号进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平、复位高脉冲及抑制噪声。

何谓帧时、帧速？二者之间有什么关系？答：完成一帧扫描所需的时间称为帧时T f(s)，单位时间完成的帧数称为帧

速∙

F（帧／s）：

F

T

f

1

=

。

试比较带像增强器的CCD、薄型背向照明CCD和电子轰击型CCD器件的特点。答：带像增强器的CCD器件是将光图像聚焦在像增强器的光电阴极上，再经像增强器增强后耦合到电荷耦合器件（CCD）上实现微光摄像（简称ICCD）。最好的ICCD是将像增强器荧光屏上产生的可见光图像通过光纤光锥直接耦合到普通CCD芯片上。像增强器内光子－电子的多次转换过程使图像质量受到损失，光锥中光纤光栅干涉波纹、折断和耦合损失都将使ICCD输出噪声增加，对比度下降及动态范围减小，影响成像质量。灵敏度最高的ICCD摄像系统可工作在10-6lx靶面照度下。

薄型、背向照明CCD器件克服了普通前向照明CCD的缺陷。光从背面射入，远离多晶硅，由衬底向上进行光电转换，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接电极引线部分很少的多晶硅埋层。由于避开了多晶硅吸收， CCD的量子效率可提高到90％，与低噪声制造技术相结合后可得到30个电子噪声背景的CCD，相当于在没有任何增强手段下照度为10-4lx（靶面照度）的水平。尽管薄型背向照明CCD器件的灵敏度高、噪声低，但当照度低于10-6lx（靶面照度）时，只能依赖图像增强环节来提高器件增益，克服CCD噪声的制约。

电子轰击型CCD器件是将背向照明CCD当作电子轰击型CCD的“阳极”，光电子从电子轰击型CCD的“光阴极”发射直接“近贴聚焦”到CCD基体上，光电子通过CCD背面进入后，硅消耗入射光子能量产生电子空穴对，进而发生电子轰击半导体倍增，电子轰击过程产生的噪声比用微通道板倍增产生的噪声低得多，与它获得的3000倍以上增益相比是微不足到的。电子轰击型CCD器件采用电子从“光阴极”直接射入CCD基体的成像方法，简化了光子被多次转换的过程，信噪比大大提高，与ICCD相比，电子轰击型CCD具有体积小、重量轻、可靠性高、分辨率高及对比度好的优点。

固体摄像器件分类1电荷耦合器件。2互补金属氧化物半导体图像传感器。3电荷注入器件

CCD功能、原理及分类?功能：工作条件就是环境照度低于10-1lx。原理：一般由带光电阴极层的输入窗，带荧光粉层的输出窗，电子光学成像系统和高真空管壳组成。光电阴极将光学图像转换为电子图像

电子光学成像系统（电极系统）将电子图像传递到荧光屏，在传递过程中增强电子能量并完成电子图像几何尺寸的