物理学院2011级研究生光电子学与光子学原理及应用考题

作业1 三、简答题：1、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。

[答]：必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。

充分条件：起振——阈值条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗。

稳定振荡条件——增益饱和效应（形成稳定激光） 。

组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。

作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。

泵浦源（激励源） ：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。

谐振腔：(1) 使激光具有极好的方向性( 沿轴线) (2) 增强光放大作用( 延长了工作物质 ) (3) 使激光具有极好的单色性( 选频 )2、简述光子的基本特性。

[答]：光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有能量、动 量和质量。

它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：（1）E=hv= ω（2）m=22c hv c E =，光子具有运动质量，但静止质量为零； （3）k P =； （4）、光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向；（5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子。

作业2判断题中的第5小题：在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个λ/4波片，波片的轴向如何设置最好？若旋转λ/4波片，它所提供的直流偏置有何变化？答：在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个?/4波片，波片的轴向取向为快慢轴与晶体的主轴x 成45°角时最好，从而使 E x′ 和 E y′ 两个分量之间产生π/2 的固定相位差。

若旋转λ/4波片，它所提供的直流偏置，得到直流偏值随偏振改变而改变。

三 简答题1、何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。

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。

根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。

光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素主要有:大气分子的吸收,大气分子散射 ,大气气溶胶的衰减。

2011年浙江省中国计量大学物理光学考研真题一、（每小5分,共6小,共30分，）请解释：1.线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光2.等倾干涉和等厚干涉及其特点3.法布里-珀罗干涉仪4.正晶体、快轴5.马吕斯定律6.闪耀光栅二、（15分）长度0.1mm的一段状光源用作杨氏实验的光源，使横向相干宽度大于1mm，双孔必与丝状光源相距离多少？该光源的相干长度和相干时间分别为多少？（假设丝状光源波长为λ =550nm，普光宽度∆λ =0.6nm。

）三、（20分）一个用于检验平板厚度均匀性的装置如图所示，光澜D用于限制平板上的受光面积，通过望远镜可以观察平板不同部位生的干涉条纹（平板可相对光澜平移）。

请问：（1）平板从B处移到A处，可看到有20个暗纹从中心冒出，A、B两处的平板厚度差是多少？并决定哪端厚或薄？（2）所用光源的光谱宽度0.06nm，平均波长为600nm，问能检验多厚的平板？（假设平板的折射率n=1.5）四、（15分）一单色平面光波的表示式为：式中：分别是直角坐标系(x，y，z)中x,y,z轴方向的单位矢量。

求：（1）计算该光波波矢与x轴夹角，并画图示意出该光波的传播方向和偏振方向（标出相应的角度值）；（2）该电磁波的率、波长、振幅和相速度；（3）相应的的表达式。

五、（20分）一块宽300mm，每毫米有200个刻槽的闪耀光栅，闪耀角为，求（1）光束垂直于槽面入射时，对于波长469.8nm的光的分辨本领；（2）光栅的自由光谱区；（3）试与空气间隔为1cm，精细度为29的F-P标准具的分辨本领和自由光谱区进行比较。

六、（15分）一出射波长为600nm的激光平面波，投射到一双缝上，通过双缝后，在距离双缝100cm的屏幕上，观察到屏幕上光强分布如图所示，求：双缝的缝宽和缝间距。

七、（15分）选用折射率为2.38的硫化锌和折射率为1.38的氟化镁作镀膜材料，制作用于氦氖激光（λ =632.8nm）的偏振分光镜。

物理学院2011级光学专业研究生《光电子学与光子学原理及应用》考题1．简答题1.1 受抑全内反射有什么特点？ (5分)1.2 解释下图中的现象。

(5分)1.3 本征半导体、n 型半导体和p 型半导体的Fermi 能级以什么特点？? (5分)1.4 下图是一个LD 的输出谱，解释三个谱变化的物理含义。

(5分)1.5 下面的雪崩光电二极管中有什么特点？吸收和倍增发生在什么区域? (5分)2．计算题2.1 假设一个光源辐射的频率谱有一个中心频率ν0和谱宽∆ν。

以波长来衡量， 这个频率谱有一个中心波长λ0和谱宽∆λ。

显然，λ0 = c/ν0。

因为∆λ << λ0、∆ν << ν0，利用λ = c/ν，证明：谱宽∆λ和相干长度l c 满足：c2000λννλνλ∆=∆=∆，λλ∆=∆=20t c l c对于He-Ne 激光器，λ0 = 632.8nm ，∆ν ≈1.5GHz ，计算∆λ。

(15分)2.2 一个介质平板波导中间薄层是一个厚度为0.2μm 的GaAs ，它夹在两个AlGaAs 层之间。

GaAs 和AlGaAs 的折射率分别为3.66和3.40。

假设折射率随波长变化不是很大。

截止波长是多少？(大于截止波长时波导中只能传播单模)。

如果波长为870nm 的辐射(对应于带隙辐射)在GaAs 层传播，消逝波向AlGaAs 层的贯穿深度是多少？这个辐射的模场直径是多少？(15分)2.3 内量子效率ηint 给出在正向偏置下电子空穴复合中辐射复合并引起光子发射的比例。

非辐射跃迁中，电子和空穴通过复合中心复合并发射声子。

由定义，nrr r int 111)(τττη+=+=非辐射复合速率辐射复合速率总复合速率辐射复合速率 τr 是少数载流子在辐射复合前的平均寿命，τnr 是少数载流子通过复合中心复合前的平均寿命。

总电流I 是由总复合速率决定的，而每秒发射的光子数(Φph )是由辐射复合速率决定的。

考研物理光学真题答案解析光学是物理学中的一个重要分支，它研究光的传播规律和光与物质的相互作用。

对于考研物理专业来说，光学是必考内容之一。

在考研过程中，真题解析是很重要的一环，通过真题解析我们可以更好地理解考点，掌握解题技巧。

本文将对一道光学真题进行解析，希望能给考生们提供一些帮助。

问题：一束光从真空中入射到折射率为n的介质中，若入射角为θ，折射角为φ，则光在介质中传播速度的大小为多少？解析：根据斯涅尔定律，光线在两个介质界面上的折射定律可以用下式表示：n1*sinθ1 = n2*sinθ2其中，n1为入射介质的折射率，n2为折射介质的折射率，θ1为入射角，θ2为折射角。

在本题中，光从真空中（折射率为1）入射到折射率为n的介质中，所以可以将题目中的折射率n2替换为n。

由此得到：sinθ1 = n*sinθ2解出sinθ2可得：sinθ2 = sinθ1/n再根据光速v和光速在介质中的传播速度v'的关系：v = c/n其中，c为光在真空中的速度，n为入射介质的折射率。

将光速v用v'和n代替可得：v = c/(sinθ2*n)由此可得到光在介质中传播速度的大小为：v' = c/sinθ2综上所述，光在介质中传播速度的大小为c/sinθ2。

这道题主要考察了斯涅尔定律和光速在介质中的传播速度的关系。

通过理解斯涅尔定律的原理和应用，我们可以准确地求解此类问题。

需要注意的是，折射率是光在介质中传播速度与真空中传播速度的比值，所以光在不同介质中的传播速度是不同的。

在解答此类题目时，我们需要注意以下几点：1.明确所给条件，确定已知量。

在本题中，已知光从真空中入射到折射率为n的介质中，入射角为θ。

2.运用斯涅尔定律求解折射角。

根据斯涅尔定律，可以写出光线在两个介质界面上的折射定律，然后解方程求解折射角。

3.根据光速在介质中的传播速度和入射角的关系，求解光速在介质中的传播速度的大小。

根据光速和折射角的关系，可以求解出光速在介质中的传播速度的大小。

光电子习题及答案光电子习题及答案光电子学是研究光与电子相互作用的学科，它广泛应用于光电器件、光通信、光储存等领域。

在学习光电子学的过程中，习题是检验自己理解和掌握程度的重要方式。

下面，我们来讨论一些光电子学的习题及其答案。

1. 什么是光电效应？它与光子和电子之间的相互作用有什么关系？光电效应是指当光照射到金属或半导体表面时，会引起电子的发射现象。

光电效应的基本过程是光子与金属或半导体中的电子相互作用，使得电子获得足够的能量从而逃逸出材料表面。

光电效应的关键在于光子的能量必须大于或等于材料中电子的逸出功，才能引起电子的发射。

2. 什么是光电子倍增管？它的工作原理是什么？光电子倍增管是一种利用光电效应和二次发射效应来放大光信号的器件。

它由光阴极、倍增极、收集极和阳极组成。

当光照射到光阴极上时，光子与光阴极表面的电子发生光电效应，产生光电子。

这些光电子经过倍增极的二次发射作用，使得光电子的数量增加。

最后，这些光电子被收集极吸收，产生电流信号，经过放大后输出到阳极。

3. 什么是光电二极管？它与普通二极管有什么不同？光电二极管是一种利用光电效应来转换光信号为电信号的器件。

它由光阴极、势阻极和阳极组成。

当光照射到光阴极上时，光子与光阴极表面的电子发生光电效应，产生光电子。

这些光电子经过势阻极的势垒层，产生电流信号，经过放大后输出到阳极。

与普通二极管相比，光电二极管对光信号更加敏感，能够将微弱的光信号转换为电信号。

4. 什么是光通信？它的优势和应用领域有哪些？光通信是利用光信号传输信息的通信方式。

它通过光纤或自由空间传输光信号，具有大带宽、低损耗、抗干扰等优势。

光通信广泛应用于电话、互联网、电视等领域。

在长距离通信中，光通信可以实现高速、大容量的数据传输，满足现代社会对通信带宽的需求。

此外，光通信还被用于军事通信、卫星通信等领域。

5. 什么是光储存？它的原理和应用有哪些？光储存是利用光信号存储和读取信息的技术。

光电子学与光子学的原理及应用第二章-课后答案1. 选择题1.1 题目一答案：C解析：光电效应是指物质受到光的照射后，吸收光能，将光能转化为电能的一种现象。

光电效应首先是由爱因斯坦在1905年提出的，他在描述光电效应时，引入了光子概念，假设光是由一组个别粒子组成的（即光量子），这些粒子就是后来被称为光子的电磁辐射量子。

1.2 题目二答案：A解析：光电倍增管是指通过光电效应，在光电面上光电发射物质外壳的钨丝和灯管之间加一个高达2000-3000伏的电压使其产生光电流，再对光电流进行电子倍增，最后输出检测的一种光电探测器。

光电倍增管的结构与普通的电子管相似，但是在各个电极和玻璃壳之间加入了紧密和高度真空的保护，同时在阳极和阳极网之间还添加了一个用直流电压加电的光电体。

当阳极对外加正电压使阳极电流开始增大时，就成为光电倍增管。

1.3 题目三答案：D解析：光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的器件。

光电二极管的基本原理是利用半导体材料的PN结在光照射下产生光电效应，使得PN结两端产生电荷，从而产生电压信号。

光电二极管的结构和普通二极管类似，主要由P型和N型的半导体材料组成，当光照射到光电二极管上时，光子能量被半导体材料所吸收，产生的热力激发电子，从而引起半导体PN结的载流子的复合和流动，产生感光电流。

光电二极管应用广泛，如光通信、光电测量、光谱分析等领域。

1.4 题目四答案：B解析：光导纤维是一种能够传输光信号的特殊纤维材料。

光导纤维的核心部分是由高折射率的材料构成，而外部由低折射率的材料构成。

当光线传输到光导纤维中时，会发生全反射现象，使得光线能够沿着光导纤维进行传输，最终到达目标地点。

光导纤维具有传输距离远、损耗小、带宽大、抗电磁干扰等优点，在通信、医疗、传感等领域得到广泛应用。

2. 填空题2.1 题目一答案：钠解析：钠具有低电离电势，激发电子的能量比较低，是光电电子极容易脱离的材料之一。

2.2 题目二答案：光电效应解析：光电效应是指物质受到光的照射后，吸收光能，将光能转化为电能的一种现象。

光电子学考试试题及答案光电子学是研究光与电子的相互作用以及与光电器件相关的学科。

在光电子学考试中，考生需要了解光电子学的基本概念、原理以及应用，并能够运用所学知识解答各种相关问题。

以下是一系列光电子学考试试题及答案，供考生参考。

一、选择题1. 下列哪项不是光电子学研究的内容？A. 光的发射与吸收B. 光与电子的相互作用C. 光电器件的设计与制造D. 光电子设备的安装与维护答案：D2. 紫外光的波长范围是：A. 400-700 nmB. 700-1000 nmC. 1000-3000 nmD. 小于400 nm答案：D3. 光电二极管是通过什么效应工作的？A. 光电效应B. 热电效应C. 磁电效应D. 压电效应答案：A4. 光电堆是一种将光能转化为电能的器件，它的基本结构是：A. 二极管B. 场效应晶体管C. 光电子材料D. 光敏电阻答案：A5. 光纤是利用光的什么性质进行传输的？A. 折射B. 弯曲C. 散射D. 漫反射答案：A二、填空题1. 光电流的单位是_________。

答案：安培（A）2. 反射光谱仪是利用光的______________特性来进行分析的。

答案：反射3. 折射率是光在某种介质中的传播速度与光在真空中的传播速度的_________。

答案：比值4. 光电二极管的工作原理是利用光电效应将光能转化为______________。

答案：电能5. 激光是指具有_________、__________、__________的光。

答案：单色性、相干性、凝聚性三、简答题1. 请解释光电效应的基本原理。

光电效应是指当光照射到金属或半导体材料表面时，所产生的光生电流的现象。

光电效应的基本原理是光子能量转化为电子能量。

当光子的能量大于材料的逸出功时，光子与材料表面的电子碰撞，并使电子克服束缚力逸出材料表面，形成光生电子。

这些光生电子受到电场的作用，形成电流。

2. 请简述光纤的基本结构和工作原理。

光电子学和光子学原理与实践S.o.kasap译文前沿这本教科书代表在光电材料，适合在电气工程物理本科水平(一半或一学期器件课程)和材料科学，工程部门。

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《光子学与光电子学》习题及题解原荣 邱琪 编著第1章 概述和理论基础1-10 计算每个脉冲包含的光载波数考虑工作在1 550 nm 波长的10 Gb/s RZ 数字系统，计算每个脉冲有多少个光载波振荡？ 解：已知λ = 1.550 μm ，所以光频是Hz 101.93514×==λc f ，光波的周期是1T f ==5.168×10−15 s 。

已知数字速率是10 Gb/s RZ 码，所以脉冲宽度是T = 1/(10×109) = 10−10 s ，所以在该脉冲宽度内的光周期数是19349015.168/101510ele =×==−−T T N1-11 计算LD 光的相干长度和相干时间单纵模LD 的发射波长是1550 nm ，频谱宽度是0.02 nm ，计算它发射光的相干时间和相干长度。

解：由题可知，λ = 1550×10−9 m ，Δλ = 0.02 × 10−9 m ，从式（3.1.18）可知()()Hz 102.5100155/1031020.0/929892×=××××=Δ=Δ−−λλc v于是，相干时间是 019104)102.5/(1/1−×=×=Δ≈Δv t s 或者 0.4 ns相干长度是12.010*******c =×××=Δ=−t c l m 或者 12 cm与LED 相比（见例1.3.4），LD 的相干长度是LED 的6.3×103倍。

第2章 光波在光纤波导中的传输2-14 平面电介质波导中的模数平面电介质波导宽为100 μm ，，490.11=n 084.12=n ，使用式（2.2.6）估算波长为1.55 μm 的自由空间光入射进该波导时，它能够支持的模数。

并把你的估算与下面的取整公式进行比较1π2Int +⎟⎠⎞⎜⎝⎛=V M 解：全反射的相位变化不能够大于π，所以φ /π 小于1。