1、北工大光电子课程复习讲义北工大光电子课程复习讲义概念题:一、激光器三要素、受激吸收、受激辐射、自发辐射二、电光效应、电光调制、折射率椭球、普克尔效应、克尔效应、半波电压、横向电光效应、纵向电光效应、声光效应、声光调制、布拉格衍射、声光光/磁光调制三、各项同性晶体、各项异性晶体、对称操作、坐标变换四、激光器的调Q技术、 PRM 和PTM两种调Q技术的区别、可饱和吸收体被动调Q技术五、锁模技术、可饱和吸收、用可饱和吸收体被动锁模脉冲的形成过程、被动锁模、脉冲宽度、频谱宽度、峰值功率六、横模、单横模、单纵模、稳频技术、频率稳定性的定义、兰姆下陷、塞曼效应、兰姆下陷稳频原理七、损耗、色散、单模光纤、多
2、模光纤、单模输出条件、3dB带宽、材料色散、延迟时间、脉冲展宽八、光纤激光器、增益光纤、双包层光纤、保偏光纤九、非线性光学效应、倍频、和频、差频、相位匹配条件、角度相位匹配、走离效应、耦合波方程、正单轴晶体、负单轴晶体、一类相位匹配、二类相位匹配简答题:一、电光调制原理 二、声光调制原理三、调Q基本原理 四、锁模基本原理五、稳频原理 六、选单模方法七、光纤传输基本原理 八、倍频基本原理九、光纤激光器基本原理绪论的作业:1 光电子学的定义是什么?有几方面内容?光学与电子学相结合形成的技术学科。研究光频电磁波场与物质相互作用过程中的能量相互转换。包括:激光与红外物理学,非线性光学;波导光学;半导体
3、光电子学;傅里叶光学等。2 举例写出几种光电子学应用实例。激光矫正近视手术、飞秒激光器、光子晶体3 描述一下激光器的组成、特性、分类。特性:单色性、相干性、方向性、高亮度4.人眼安全波段是多少?小于400nm,大于1400nm。5.激光的时间相干和空间相干特性决定激光器的什么光学特性?单色性;高亮度。第二章作业:1、调制有几种?a) 根据调制器和激光器的相对关系:内调制、外调制。b) 根据调制波的振荡形式:模拟式调制、脉冲调制c) 根据激光被调制的性质:调幅、调频、调相、强度调制、脉冲调制d)根据调制的光信号:声光、磁光、电光调制。2、什么叫电光调制?调制晶体在外加电场作用下,其折射率发生变化
4、,当光波通过介质时,传输特性受到影响而改变。3、晶体的折射率通常用什么方程描述?请写出KDP晶体加电压和不加电压时的晶体折射率方程。折射率椭球方程(1)无外加电场:(2)有外加电场:得:4、请推导KDP晶体沿Z轴加电压时不含交叉项的折射率方程,并写出三个主轴的折射率表达式。若E|Z,则 (1)设坐标变化为: 代入(1),得另角度为45度,则令,得5、试设计一种电光调制实验装置,如何检验入射光的偏振态(线偏振光、椭圆偏振光、自然光)。如果一个纵向电光调制器没有起偏器,入射的自然光能否得到光强调制?为什么?6、某电光晶体,工作波长1.06 微米,n0=1.76, r63 12.310-12m/V,
5、求非线性晶体上的半波电压。7、请证明KDP纵向( r63 )电光调制装置中加入四分之一波片后的透过率近似为:8、什么是声光调制效应?声波是一种弹性波(纵向应力波),在介质中传播时介质产生弹性形变,激起介质中的质点沿着声波传播方向振动,使介质呈现的疏密相间的交替变化,即使得介质的折射率也随着发生相应的周期变化。这种疏密相间的变化,即形象的描述了一种光学元件光栅。该光栅常数等于声波波长。再当光波通过介质时,光产生衍射。其衍射光的强度、方向、频率将随着加在介质上的声波场的变化而变化。9、一钼酸铅声光调制器,对He-Ne激光进行调制,已知声功率为1W,声光互作用长度为1.8mm,换能器宽度H=0.8m
6、m,M2=36.3*10-15 S3.Kg-1, 试求钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。Ps超声驱动功率、M2是品质因数、L长度、H为换能器宽度、为光波波长。10、一束线偏振光通过长25cm,直径1cm的实心玻璃棒,外绕250匝导线,通电流5A,韦尔代常数V=0.5分/G.cm,计算光的旋转角。第三章作业:1、晶体分为几大晶系,分别是什么?七大晶系:立方、三方、四方、六方、正交、单斜、三斜2、晶体的对称性如何定义?对称操作有哪几种?对称要素:对称中心、对称面、旋转轴、旋转倒反轴(复合3、什么叫张量?二阶张量和三阶张量的区别是什么?描述作用物理量与感生物理量关系的系数矩阵。二阶张量有9个分量,三
7、阶有27个。4、在本章中,坐标变换的意义是什么?坐标变换可以简化系数矩阵,消除交叉项。5、已知对称操作的变换矩阵是Ac,四次旋转轴操作的变换矩阵是AL4, 求四次旋转倒反轴操作的变换矩阵。6、推导KDP电光晶体的电光系数矩阵的简化矩阵。(KDP为四方晶系,4_2m点群) Homework 1:1. Please illustrate the physical processes involved in the formation of relaxation oscillation in solid-state lasers。请阐述固体激光器形成驰豫振荡的物理过程。产生持豫振荡的主要机理:1)
8、当激光工作物质被泵浦,激光上能级的反转粒子数密度超过域值条件时,腔内光子数密度增加,发射激光。2) 随着激光的输出,激光上能级的反转粒子数大量消耗,导致粒子反转数下降,当低于域值时,激光振荡停止。3) 由于光泵的继续抽运,上能级粒子数反转数重新积累,当再次超过域值时,又产生第二个脉冲,4) 如此不断重复,直至泵浦结束。2. In Q-switching, we have two approaches to achieve energy storage: by the gain medium and by photons in the cavity. Please describe their
9、principles and differences.调Q技术有增益介质储能和光子储能,请简述它们的原理和区别。a.激活介质储能当光泵的能量被激光介质吸收后,使激活离子贮存在激活介质的高能态上(该能级有一定的寿命)。不产生激光辐射,从而使反转粒子数达到最大值。实现这一过程,满足的条件:Gd。Dn达到最大值,增益达到最大,而d很大,阈值高,满足Gmaxd,Q值低,激光不振荡。b.光子储能:激活介质谐振腔组合储能先使反转粒子数达到最大值 ,但满足Gmaxd。然后使GmaxPRM PRM振荡与输出同时进行,PTM先振荡,腔内储存光能后再输出。脉冲宽度:PTMe相位匹配时的相位匹配角。例题:定量的估算
10、一下环境温度变化对相位差的影响程度。实验表明KDP的折射率温度系数 该温度系数虽小,但对位相差确有很大影响。设晶体长3cm,入射光波长600nm, 温度变化1C时,引起的相位差是多少?解:当变化1度时,电光效应:调制晶体在外加电场作用下,其折射率发生变化,当光波通过介质时,传输特性受到影响而改变。电光调制能实现对光波的相位、频率、偏振态、强度等的控制,并已有光调制器件、光偏转器、光滤波器。电光调制:利用晶体的电光效应,沿晶体某一方向施加外电场,使晶体内部折射率发生变化,从而使经过晶体的光传播特性发生变化。电光效应分类:(1)线性电光效应(pockels效应)(2)二次电光效应(kerr效应)一
11、次电光效应分为纵向、横向电光效应。纵向电光效应:光波矢方向与外加电场方向一致。(考)横向电光效应:光波矢方向与外加电场方向垂直。纵向电光效应:,当,称为半波电压。横向电光效应:光偏振状态变化:(1) 晶体不加电压,通过晶体后的合成光仍是线偏振光,且与入射光的偏振方向一致。该晶体相当于“全波片”。(2) 晶体加电压 ,合成光变为一个圆偏振光,相当于“1/4波片”。(3) 晶体加电压,是合成光为线偏振光,而偏振方向相对于入射光旋转了2q角,相当于“半波片”。电光强度调制:输出光强度,假设电压为交变电压,模式色散:不同模式之间的传输常数不同,占主要成分。材料色散:材料的折射率对波长不是常数,光传输的
12、速度不同波导色散:光脉冲具有一定的谱线宽度,传输模的传输系数随光频改变。磁光效应:当某些物质外加磁场时,这种物体对外显现出磁性;当光波通过这种磁化物体时,其传播特性发生变化,这种现象称为磁光效应。法拉第旋转效应:当一束线偏振光在外加磁场的作用下的介质中传播时,其偏振方向发生旋转。塞曼效应:一个发光原子系统置于磁场中,其原子谱线在磁场的作用下发生分裂,此现象为塞曼效应。兰姆下陷:由于增益介质的增益饱和,在激光器输出功率P和频率的关系曲线上,在中心频率处输出功率出现凹陷,这种现象称为兰姆下陷。兰姆凹陷稳频原理:实质:以谱线中心频率v0作为参考标准,当激光震荡频率偏离v0时,即输出一误差信号,通过电
13、子伺服系统鉴别出偏离频率的大小和方向,输出一直流电压调节压电陶瓷的伸缩来控制腔长,从而把激光震荡频率自动地锁定在兰姆凹陷中心处。模色散:不同模式之间的传输常数不同,占主要成分。材料色散:材料的折射率对波长不是常数,光传输的速度不同波导色散:光脉冲具有一定的谱线宽度,传输模的传输系数随光频改变。稳频定义: (书上为倒数形式)倍频效率:1. 主动锁模(ns):采用的是周期性调制谐振腔参量的方法。如电光调Q,声光调Q,.2. 被动锁模(ps):是采用可饱和吸收体改变激光脉冲过程的方法。3. 主+被动锁模(ps):在谐振腔内插入周期性调制元件和可饱和吸收体。4. 同步泵浦锁模(fs):采用一台已经锁模的激光器泵浦另一台激光器。5. 自锁模(fs):是依靠激光器自身的激活介质的非线性效应。光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,属于第三代激光器。(高峰值功率、窄脉宽、高重复频率、散热好、易集成)光纤传输条件:全反射条件、相干加强条件。激光器条件:粒子数反转、光学谐振腔建立稳定震荡。(增益介质、谐振腔、泵浦)
copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1