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![最新北京航空航天大学《电子电路i》第一章 [1.3 bjt]zqvppt课件](https://img.taocdn.com/s1/m/0f8915df0740be1e640e9a60.png)
北理工《电工与电子技术(1)》FAQ（二）第二章电路的分析方法一、电路产生暂态过程的必要条件是什么？1、电路中含有储能元件2、电路要发生换路3、换路前后储能元件中的储能发生变化二、用基尔霍夫定律和换路定律，可以确定暂态过程的初始值，步骤是怎样的？1、作出t=0-时的等效电路，并在此等效电路中求出iL(0-)和， uC(0-) 。
在作t=0-等效电路时，在直流激励下若换路前电路已处于稳态，则可将电容看作开路，而将电感看作短路2、作出t=0+时的等效电路。
在画t=0+的等效电路时，根据换路定律，若uC(0-)=0、iL(0-)=0 ，则将电容视为短路，而将电感视为开路;若uC(0-) ≠ 0 、 iL(0-) ≠ 0 ，则将电容用电压数值和极性都与uC(0-)相同的恒压源代之，而电感用电流数值和方向都与iL(0-)相同的恒流源代之3、在t=0+的等效电路中，求出待求电压和电流的初始值三、电路如下图所示，t=0时将S闭合。
试求开关闭合瞬间电路中各电压、电流的初始值。
已知开关闭合前电容和电感均无储能。
解：由已知条件知电感和电容均无初始储能，即uC(0-)=0、 iL(0-)=0作t=0+的等效电路，根据换路定律，有uC(0+)= uC(0-)=0、 iL(0+)= iL(0-)=0因此，在t=0+这一瞬间电容相当于短路，电感相当于开路，故t=0+时的等效电路如下图所示t=0+时的等效电路在t=0+的等效电路中，可求出各电压、电流的初始值为iL(0+)= 0iC(0+)= i1(0-)=US/R1因为iL(0+)= 0，所以u2(0+)= 0。
又因为， uC(0+)= 0 ，故， uL(0+)= u1(0+)= Us开关闭合后，电路中各电压和电流的暂态过程将分别由以上初始值开始。
四、RC电路的零状态响应是什么？RC电路零状态响应是指电容元件的初始储能为零，电路中的电压、电流是由外加激励引起的，称这种电路为零状态电路，其电压、电流的响应为零状态响应。
光电子学教学大纲科目名称：光电子学课程类别：专业课主讲教师：XXX学分：3 学分学时：54 学时（27 周）前置课程：电磁场与微波技术一、课程目标本课程旨在使学生全面了解光电子学的基本原理和应用，培养学生在光电子学领域的分析和解决问题的能力。
二、教学内容1. 光电效应1.1 光电效应的基本概念1.2 光电效应的量子理论1.3 光电效应的应用2. 光电子器件2.1 光电二极管的原理与特性2.2 光电导、光电二极管和光电三极管的应用2.3 光电子放大器的原理和应用3. 光波导理论3.1 光波导的基本原理3.2 单模和多模光纤的特性与应用3.3 光纤接口技术4. 光通信系统4.1 光通信的基本原理4.2 光纤通信系统的构成和组成4.3 光通信系统中的调制和解调技术4.4 光纤通信系统的网络结构5. 光存储技术5.1 光存储的基本原理5.2 光盘和光碟的结构和工作原理5.3 高密度光存储介质技术6. 光触媒材料与应用6.1 光触媒材料的基本原理6.2 光触媒的合成与表征6.3 光触媒在环境净化和能源领域的应用三、教学方法1. 理论讲授：通过课堂教学，对光电子学的基本概念、原理和应用进行系统性讲解。
2. 实验教学：通过光电子学实验，培养学生的实验设计和数据分析能力。
3. 讨论与案例分析：通过小组讨论和案例分析，引导学生思考和解决实际问题。
4. 学术报告：鼓励学生进行光电子学相关领域的学术研究，并组织学术报告会，提升学生学术交流能力。
四、考核方式1. 平时表现：包括出勤情况、课堂讨论和实验表现。
2. 期中考试：对学生对光电子学基本概念和原理的理解进行测试。
3. 课堂作业：通过书面作业，检验学生对光电子学的掌握程度。
4. 期末考试：对学生在理论和实验方面的综合能力进行综合评估。
五、参考教材1. 《光电子学基础》（第四版），作者：XXX，出版社：XXX2. 《光电子学导论》（第三版），作者：XXX，出版社：XXX六、教学进度安排Week 1-2: 光电效应- 光电效应的基本概念和实验观察- 光电效应的量子理论解释Week 3-4: 光电子器件- 光电二极管的原理与特性- 光电导、光电二极管和光电三极管的应用Week 5-6: 光波导理论- 光波导的基本原理和传输特性- 单模和多模光纤的特点和应用Week 7-8: 光通信系统- 光通信的基本原理与系统组成- 光纤通信中的调制和解调技术Week 9-10: 光存储技术- 光存储的基本原理和工作原理- 光盘和光碟的结构与应用Week 11-12: 光触媒材料与应用- 光触媒材料的基本原理和制备方法- 光触媒在环境净化和能源领域的应用Week 13-14: 复习与总结以上为《光电子学教学大纲》的主要内容，希望能够帮助学生全面了解光电子学的基本理论和应用，培养学生的分析和解决问题的能力，为学生在光电子学领域的学习和研究奠定基础。
光电子学基础一、课程说明课程编号：080907Z10课程名称（中/英文）：光电子学基础／Fundamentals of Optoelectronics课程类别：专业选修课学时/学分：32／2先修课程：大学物理，半导体物理适用专业：微电子制造工程教材、教学参考书：1. Bahaa E.A Saleh.《Fundamentals of Photonics》, Wiley-Interscience Publication，2005年2. 朱京平主编，《光电子学基础》，科学出版社，2004年二、课程设置的目的意义微电子制造技术与装备专业本科生的专业选修课。
本课程的目的在于使学生掌握光电子学的基本概念和基础知识，了解光电子技术的全貌及在各个领域的应用等。
为今后从事微电子光电子制造、精密微光机械、光信息处理、光传感等方面的研究开发工作提供必要的基础知识，培养出适应本世纪科技发展方向、掌握较为系统的光电子基础理论和实践能力的高级工程技术人才。
三、课程的基本要求本课程将给予学生在光电子学领域的最基础的专业教育与训练，要求学生掌握半导体物理的概念、激光振荡和放大的理论、激光技术、波导和光纤的基本特性，以及典型光电器件和光电系统的作用特性。
通过物理概念和工程应用实例的介绍，以及课后的实践，培养学生综合分析、解决问题和动手的能力，为将来从事光机电技术领域的科研、开发和应用工作奠定知识基础。
四、教学内容、重点难点及教学设计第1章课程介绍(2学时)讲授光电子的发展与趋势介绍本课程的授课内容，给出讲课大纲；第2章光学基础(4学时)学习本课程应具备的最基本光学基础知识融会贯通。
重点复习掌握体现光的粒子性与波动性的各种物理现象及相关概念与理论分析，掌握光学基础知识，包括光的基本属性。
第3章高斯光束和光学谐振腔(4学时)(1)重点与难点：高斯光束：高斯光束的基本性质；高斯光束q参数的变换规律(ABCD法则)；高斯光束的聚焦与准直；高斯光束的自再现变换与稳定球面腔；高斯光束模式的匹配。
北工大电子课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电子电路的基本原理和基础知识，如欧姆定律、电路图的识别与绘制等。
2. 培养学生运用电子元件设计简单电路的能力，了解各种电子元件的功能及使用方法。
3. 使学生掌握基本电子测量仪器的使用，能够进行电路参数的测量和调试。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识，独立设计并搭建简单的电子电路。
2. 提高学生分析电子电路故障的能力，能够针对问题进行排查和解决。
3. 培养学生团队协作能力，能够与他人共同完成复杂的电子电路设计与搭建。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学生探索科学技术的热情。
2. 培养学生严谨的学习态度，养成良好的实验操作习惯。
3. 增强学生的环保意识，引导学生关注电子垃圾处理和资源回收利用。
课程性质：本课程为实践性课程，注重培养学生的动手能力和实际操作技能。
学生特点：学生具备一定的电子基础知识，具有较强的学习能力和动手欲望。
教学要求：1. 理论与实践相结合，注重知识点的实际应用。
2. 教师引导学生主动参与，鼓励学生提问、讨论，提高学生的思考能力。
3. 关注学生的个体差异，因材施教，使学生在课程中都能获得成就感。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 电子电路基础知识：- 欧姆定律及其应用- 电路图的识别与绘制- 电阻、电容、电感等电子元件的特性与选用- 基本放大电路原理2. 电子电路设计与实践：- 简单放大电路设计- 集成电路应用- 数字电路基础- 传感器应用- 课程项目：设计并搭建一个简易的温度控制器3. 电子测量与调试：- 常用电子测量仪器的使用方法- 电路参数的测量与调试- 故障排查与分析- 调试技巧与经验分享教学安排与进度：1. 第一周：电子电路基础知识学习，包括欧姆定律、电路图绘制等。
2. 第二周：电子元件特性与选用，简单放大电路设计。
3. 第三周：集成电路应用，数字电路基础。
4. 第四周：传感器应用，课程项目设计与实践。
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。
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，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（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636241514143210γγγ=∆=∆=∆=∆=∆=∆B E B E B B B B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，n 0=1.76， r 63 ＝12.3×10-12m/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=0.8mm ，M2=36.3*10^-15 S^3.Kg^-1, 试求钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。
P s 超声驱动功率、M 2是品质因数、L 长度、H 为换能器宽度、λ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。
θ=VBL =VuNILL =VuNI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）⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=100010001c A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=100010104L AHomework 1：1.Please illustrate the physical processes involved in the formation of relaxation oscillation insolid-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)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 andby photons in the cavity. Please describe their 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：G<d。
Dn达到最大值，增益达到最大，而d很大，阈值高，满足Gmax<d,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Gmax<d。
然后使Gmax<d～产生激光－又以光子的形式贮存在腔内。
3. Please show that the maximum number of photons in the cavity of a Q-switched laser can beexpressed aswhich can be approximated as:第二问：？Homework 2：1.Please describe the Q-switching process using double- and single-polarizer devices.请简述单双偏振器调Q过程。
（双）第一阶段：Vλ/2荧光经P2变成线偏光。
偏振光通过KDP晶体，偏振方向旋转90度。
因为P1//P2，从晶体出来的光不能通过P1，被P1反射掉。
不能形成腔内振荡。
相当于腔内光子的损耗很大，Q 值很低，处于“关门”状态。
偏振光通过KDP晶体时分解为沿X和Y方向振动的振幅相等的两束光，两束光的振动方向垂直，频率相同，沿相同方向传播时，其合成的轨迹由两光的相位差来决定，当时，两束光合成为一线偏光，它的振动方向相对入射光的原振动方向旋转90度。
第二阶段：V=0脉冲形成阶段，Q开关完全打开在第一阶段工作物质的反转粒子数达到最大值nmax时，突然退去晶体上的电压，这时晶体又恢复了原来的状态，光在腔内形成振荡,输出巨脉冲。
（单）第一阶段：V=V l/4从YAG来的光通过P变成x(y)方向振动的线偏光，通过KDP后变成圆偏光（偏振面旋转45度），这束圆偏光通过全反射后第二次通过KDP，又变成线偏光，偏振方向和入射光的偏振方向成90度，不能通过P，无腔内振荡。
相当于腔内光子的损耗很大，Q值很低，处于“关门”状态。
第二阶段：V=0Q开关完全打开，处于“开门”状态。
光在腔内形成振荡,输出巨脉冲。
2.Please describe the principles for Q-switching using a single tetragonal prism of electro-opticalmodulation crystal with double 45o vertex angles.请简述单块双45°电光调Q原理。
Vx=0，LN处于开启状态。
V= Vλ/2，双45°LN等效于在两个偏振起间加一块调制晶体，LN处于调Q关闭状态。
第一阶段：V= Vλ/2，e 光和e光均偏离原传播方向，高损耗，低Q，不能形成振荡。
第二阶段：V=0，Q增加到Qmax，反转粒子数减小到阈值，输出巨脉冲。
3.Please compare the two Q-switching techniques using PRM and PTM.请简述PTM和PRM调Q区别。
①概念：PRM：由输出反射镜输出激光脉冲的调Q方式。
PTM：由腔内特定光学元件输出激光脉冲的调Q方式。
②输出方式：PRM的光输出方式为经过透反镜输出，PTM的光由腔内的特定光学器件输出。
③效率：PTM>PRM PRM振荡与输出同时进行，PTM先振荡，腔内储存光能后再输出。
④脉冲宽度：PTM<PRM⑤储能方式：PRM工作物质(激活介质)储能，PTM谐振腔内光子储能。
Homework 3:1. The oscillation linewidth（震荡线宽）of a mode-locked laser is ∆λ=40 nm at FWHM. The cavity length（腔长）of this laser is 1.87 m. The laser outputs laser pulses at a center wavelength of （中心波长）λ0=800 nm with an average power（平均功率）of 1 W.(1) Please calculate the period of the output pulse train（脉冲序列周期）, the pulse width（脉冲宽度）and the peak power of a single pulse（单脉冲峰值功率）.(2) Using active mode-locking by acouto-optical modulation and assuming the modulation of the electric field applied o, please find the value of w m.(Hint: for Gaussian pulses the product between the pulse width and frequency bandwidth is a constant of 0.441)2. The output pulse intensity of a mode-locked laser can be expressed as:Where E0 denotes the amplitude of the electric field of each locked longitudinal mode, assuming that all longitudinal modes have equal amplitudes, N is the number of locked modes, Df and Dw are the frequency- and phase-difference between each two adjacent modes, respectively. The variation of the pulse intensity with time is depicted in the figure with t p denote the pulse width, L denote the cavity length, and c denote the velocity of light in vacuum.Please show that the pulse width can be evaluated by: t p=2L/Nc3.Please describe the formation process of the ultrashort pulses in passive mode-locking using saturable absorbers（可饱和吸收体、被动锁模）.线性放大阶段：初始的激光脉冲具有荧光带宽的光谱含量，脉冲总量很大。
