北工大光电子课程复习讲义汇编.docx

1、北工大光电子课程复习讲义汇编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

2、、多模光纤、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

3、导体光电子学；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

4、变化，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/

5、V，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.

6、8mm，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

7、，三阶有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 thei

9、r 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

10、估算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

11、）一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2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

12、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。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：（1）位置的优越性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：（三）大学生购买消费DIY手工艺品的特点分析实质：以谱线中心频率v0

13、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。附件（二）：调查问卷设计模色散：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，光传输的速度不同与此同时，上海市工商行政管理局也对大学生创业采取了政策倾斜：凡高校毕业生从事个体经营的，自批准经营日起，年内免交登记注册费、个体户管理费、集贸市场管理费、经济合同鉴证费、经济合同示范文本工本费等，但此项优惠不适用于建筑、娱乐和广告等行业。波导色散：光脉冲具有一定的谱线宽度，传输模的

14、传输系数随光频改变。根据调查资料分析：大学生的消费购买能力还是有限的，为此DIY手工艺品的消费不能高，这才有广阔的市场。稳频定义： （书上为倒数形式）附件（二）：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. 4. 功能性手工艺品。不同的玉石具有不同的功效，比如石榴石可以促进血液循环，改善风湿和关节炎；白水晶则可以增强记忆力；茶晶能够帮助镇定情绪，缓解失眠、头昏等症状。顾客可以根据自己的需要和喜好自行搭配，每一件都独一无二、与众不同。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。5. 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。6. 7. PS:消费者分析自锁模(fs)：是依靠激光器自身的激活介质的非线性效应。（三）大学生购买消费DIY手工艺品的特点分析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。他们的成功秘诀在于“连锁”二字。凭借“连锁”，他们在女孩们所喜欢的小玩意上玩出了大名堂。小店连锁，优势明显，主要有：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）