2016光电子复习题

百度文库 A21 N2
于是有：
N2
N
0 2
exp(
A21t)
N
0 2
exp(
t s
)
s
1 A21
为 E2自发辐射寿命。
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(3) 受激辐射
处于高能级态的原子 在一定条件下的辐射 场作用下，跃迁到低 能级态，并同时辐射 出一个与入射光子完 全一样的光子。
受激辐射的概率：
W21
1 N2
dN21 dt st
后,单位时间内hv2从1
N12 B12 ( 21)N1
单位时间内， E2 E1 的原子数数为：
N21 [ A21( 21)B21]N1
由于系统处于热平衡状态，则应有：
N21 N12
即：N12 B12 ( 21)N1 N21 [ A21(21)B21]N1 15
所以有：
N2 ( 21) B12 N1 A21 ( 21) B21
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3.2.2 光辐射的量子理论基础（强调）
1三种跃迁
(1) 受激吸收
处于低能级态的原子在一定 条件下的辐射场作用下，吸 收一个光子， 跃迁到高能 级态。
受激吸收概率：
W12
1 N1
dN12 dt
st
W12 B12 (）
N1 为E1能级上的原子数密度, (） 为辐射场能量密度
B12 为爱因斯坦吸收系数, 只与粒子本身的性质有关。
光子技术研究光子的特性及其与物质的 相互作用以及光子在自由空间或物质中的运 动与控制；
电子技术研究电子的特性与行为及其在真 空或物质中的运动与控制，包括真空、气体 和固体电子技术。
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• 二者相结合的光电子技术主要研究光与物质中的 电子相互作用及其能量相互转换的相关技术，以 光源激光化、传输波导(光纤)化、手段电子化、现 代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化 为特征，是一门新兴的综合交叉学科。
第一章 绪 论 目录
• 一 教材选用 • 二 什么是光电子学 • 三 光电子技术简介 • 四 光电子技术发展阶段 • 五 光电子技术的特征 • 六 光电子技术基本概念 • 七 研究光电子技术的意义 • 八 光电子技术应用实例 • 九 教学基本要求
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三 光电子技术简介
光电子技术是“光子技术”与“电子技 术”相结合的产物，是继微电子技术后兴起 的一门高新技术，目前已成为信息科学的重 要支柱。
• 光电子技术将电子学使用的电磁波频率提高到光 频波段，产生了电子学所不可能实现的许多功能， 成为继微电子技术之后兴起的又一门高新技术， 并与微电子技术共同构成信息技术的两大重要支 柱。
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五 光电子技术的特征
光子技术与电子技术相结合的光电子技术主要 研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换 的相关技术，以： 光源激光化、 传输波导化、 手段电子化、 现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化 为特征，是一门新兴的综合交叉学科。
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3.1 相干光源、非相干光源和激光
光源器件分类
着重由电转换成光的能 量转换效率和颜色
着重显示图象的清晰度、 对比度、色彩饱和度等
着重光的单色性 和高速脉冲性
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3.2.2 1 三种跃迁过程
1900年,普朗克用辐射量子化假设成功地 解释了黑体辐射规律,
1913年,玻尔提出原子中电子运动状态量子 化假设,
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(2) 自发辐射
处于高能级态的原
子自发跃迁到低能级
态，并同时向外辐射
出一个光子（自发辐 射只与原子本身性质 有关，与辐射场 无关） 。
光子能量：
h 21 E2 E1
自发跃迁概率：
A21
dN21 dt
sp
1 N2
单位时间、单位体积内，E2上粒子的减少为：
dN2 dt
dN21 dt sp
？何为“四化”建设
湖南省的“一化三基”与“四化两型”
4
5
小孔衍射
1
sin1
0.61
R
1.22
D
• 暗环衍射角和入射光波长与小孔直径的关系
• 爱里斑决定了光学仪器的分辨率极限， 称为衍射极限。
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电介质的分类-铁电
• 在所有热释电晶体中，有若干种
晶体只有在一定的温度范围内才发生 自发极化，而且其自发极化方向可以 因外电场而重新取向，称此类晶体为 铁电体。
热平衡状态下， N1, N2 按波尔兹曼分布：
N2 g2
N1
exp( E2 E1 ) exp( h 21 )
kT
kT
g1
即：
( 21 )
A21 B21
B12
g1
1
exp(h 21 ) 1
B21 g 2
kT
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热平衡条件下，光辐射的能量密度的普朗克公式为：
( 21 )
8h 231n3
c3
• 所以，铁电晶体一定是热释电晶体， 它只能属于具有唯一极轴的十种点群 晶体，至于哪些晶体具有铁电性，需 要实验来确定。
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垂直入射时菲涅耳公式
r
n1 n1
n2 n2
t
2n1 n1 n2
r//
n2 n2
n1 n1
t//
2n1 n1 n2
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第3章 激光原理与技术
3.1 相干光源、非相干光源与激光 3.2 光与物质相互作用理论——激光产生与传播基础 3.3 激光产生的条件 3.4 激光器的基本结构及输出 3.5 激光的特点 3.6 激光器的种类 3.7 半导体激光器 3.8 激光脉冲技术 3.9 激光选模技术 3.10 激光稳频技术 3.11 其他激光技术
W21 B21 (21)
B21 称为爱因斯坦受激发射系数。
受激辐射与自发辐射的重要区别在于其相干性。
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2爱因斯坦关系
设一个原子系统有特定两个能级 E2 , E,1其简并度为
（同g1一, g量2 子态占据的光子数目）, 在温度T下处于热
平衡状态, 能级的原子占有数密度分别为
,则
原子N系1, 统N2从辐射场中吸收能量 跃迁到 能级的E1原子数为E2：
爱因斯坦在此基础上, 研究了关于光与物质 相互作用的问题,他明确指出,只有自发辐射和 光吸收两过程,是不足以解释普朗克黑体辐射 公式的,必需引入受激吸收过程的逆过程—— 受激辐射。
他把光频电磁场与物质的相互作用划分为 三种过程----自发辐射, 受激吸收和受激辐射, 并把它们用三个爱因斯坦系数加以定量描述。
1
exp( h 21
)
1
kT
比较两式有：
B12 g1 B21 g 2
A21 B21
8h 231n3
c3
上述两式即著名的爱因斯坦关系式。
若两能级的简并度相同，则有：
B12 B21 B
A B
8h 231n3
c3
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结论：
A B
8h 231n3
c3
A21, B12 , B21 三个爱因斯坦系数是相互关 联的。