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光电子技术第5章

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第5章相控阵雷达要点

第5章相控阵雷达要点


6.脉冲压缩的实现：
发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 接收机中应有一个压缩网络，
脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常
用的四种
7.调制方式：
线性调频脉冲压缩 非线性调频 相位编码脉冲压缩 时间频率编码脉冲压缩
8.能够进行脉冲压缩的波形：
调制类型
带宽
伪随机二进制序列
比特率
线性调频扫描 非线性调频扫描
N 1
E() E e jk k 0
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
Fa
sin
Nd
sin
N
sin
d
sin

Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
F Fa Fe
Fe(θ)称为阵元因子。
关于阵列天线的栅瓣
阵列因子图： 主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。
不出现栅瓣的条件：
πd λ
ht e T
t T 2
11.失配加权
线性调频信号的包络是一个矩形，其经过频谱滤波器输出信号 的包络为sinc函数。见p124图4.13。最大副瓣为－13分贝。在实际 应用中，要求副瓣电平低于－30dB至－45dB。
《光电子技术基础》第二版朱京平Cha

《光电子技术基础》第二版朱京平Cha


书籍概述
本书综合介绍了光电子技术的基础知识和应用。旨在帮助读者全面了解光电 子技术的原理、发展历科大学生、研究生以及电子工程专业学生。
工程师
从事光电子技术相关工作的工程师和研究人员。
爱好者
对光电子技术感兴趣的科技爱好者和自学者。
主要章节
1
第一章：光电子技术的基本概念
提供与该书内容相关的额外 学习资料、网站链接和参考 书目。
实践活动建议
为读者提供一些实际操作的 建议，帮助他们将理论知识 应用到实际中。
知识测试
最后，读者可以通过一些知 识测试来检验对所学内容的 理解和掌握程度。
《光电子技术基础》第二 版朱京平Cha
这本书是一本全面介绍光电子技术基础的书籍。它详细阐述了光电子技术的 基本概念、光辐射与光电效应、光电子器件、光电探测与信号放大、光电模 块、光电检测系统、光电子应用以及光纤通信与光纤传感等主要章节。
作者的背景和资历
朱京平
拥有多年光电子技术的研究和教学经验，是该领域的专家。
介绍光电子技术的基本原理和核心概念。
2
第二章：光辐射与光电效应
探讨光辐射和光电效应对光电子技术的重要性。
3
第三章：光电子器件
讲解常见的光电子器件和它们的特性及应用。
4
第四章：光电探测与信号放大
介绍光电探测和信号放大的原理与方法。
5
第五章：光电模块
讲述光电模块的构成和应用案例。
学习资源和实践活动
推荐学习资源
光电子教学大纲

光电子教学大纲

《光电子技术》教学大纲课程编码：课程英文名称: Optoelectronics Technology学时数：60学时学分：3.5学分适用专业：电子科学技术专业教学大纲说明一、课程的性质、教学目的与任务课程性质：光电子技术是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的，是一门新兴的综合性交叉学科，已经成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分，以光电子学为基础的光电信息技术是当前最为活跃的高新技术之一。

光电子技术课程是电子科学与技术专业学生的必修专业课程，它的开设为培养合格的专业技术人才提供了必备的理论和实践基础，本门课程不仅是本专业学生在校学习的重要环节，而且对学生毕业后的工作和进一步学习新理论、新技术都将发生深远的影响。

教学目的：该课程介绍光电子技术的理论和应用基础，内容可以分为四大主要部分：(1) 激光原理基础及典型激光器；(2) 光的耦合与调制技术；(3) 光电探测器及其应用；(4) 光电子集成器件及光电子器件在光通信中的应用。

主要介绍了光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展。

该课程在阐明基本原理的同时，突出应用技术，使学生能够把握光电子技术的总体框架，有兴趣、有信心投入实践和创新活动。

教学任务：通过本课程的学习，使学生熟悉光电子技术的基础知识以及实际应用，为今后从事光电子技术方面的研究和开发工作打下一定的基础。

并通过实验教学环节使学生加深光电子技术课程的理论知识的掌握，通过一定的实验，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，获得相应技术、实验方法和技能锻炼。

二、课程教学的基本要求本课程以课堂讲授为主，课下自学为辅。

对自学的内容布置讨论及思考题，提高学生独立思考及解决问题的能力。

适当增加flash动画、视频材料，同时安排一些课外科技学术报告，使学生了解到本学科的最新前沿进展。

通过本课程的学习，应使学生掌握光电子技术的基本原理、基本概念，了解光电子技术的应用实例，了解光电子领域的新成果和新进展，对光电子技术有比较全面、系统的认识和理解。

第5章_电致发光(ELD)

第5章_电致发光(ELD)


主动式与被动式特性相反，成本较昂贵、 制造较复杂，它在面板上增加了一层电子 底板，每个像素通过在电子底板上相应的 薄膜晶体管和电容器来进行独立的寻址。 即每个像素可连续与独立驱动，并可记忆 驱动信号，不需在高脉冲电流下操作，效 率较高，寿命也可延长，适用于大尺寸、 高分辨率之高信息容量的全彩化OLED显示 产品。
图5.2 ACTFEL结构示意图 1金属电极；2绝缘层；3发光层；4绝缘层；5透明电极；玻璃衬底
ACTFEL优点是寿命长（大于2万小时）， 亮度高，工作温度宽（-55℃~+125℃）， 缺点是只有掺Mn的发光效率高，且为橙黄 色，对全色显示要求三基色研制高效的发 光材料是当今研究的课题。EL器件目前已 被应用在背光源照明上，在汽车、飞机及 其他设备仪器仪表、手机、手表、电子 钟、LCD模块、笔记本电脑显示器等方面 获得应用。也作为交通安全标志，公司标 志，出口通道等发光指示牌上的发光显示 器件。
交流电致发光显示是目前高场电致发光显示的主 流。ACEL结构如图5.1所示。 它是将电致发光粉ZnS:CuCl或（ZnCd）S:CuBr 混合在环氧树脂和氰乙基醣的混合物的有机介质 中，两端夹有电极，其中一个为透明电极。另一 个是真空蒸镀铝或银电极，构成一个EL。 实质上，ACEL是大量几微米到几十微米的发光粉 状晶体悬浮在绝缘介质中的发光现象，也称德斯 垂效应。ACEL所加的电压通常为数百伏。ACEL 是晶体内的发光线发光，不是体发光。线发光强 度可达3.4×105cd/m2，总体发光亮度约40cd/m2 功率转换效率为1/%，寿命约1000小时。
5.3、OLED
图5.3 柯达L633数码相机显示屏
有机发光显示器（OLED）又称有机EL，是以有 机薄膜作为发光体的自发光显示器件。 它是固体自发光器件，可适应恶劣工作环境；它 响应时间短、发光效率高、视角宽、对比度高； 它可在5V~10V的低电压下工作，功耗低，工艺简 单；制造成本低、有机发光材料众多、覆盖发光 光谱从红外到紫外，适合全彩色显示；价廉、易 于大规模生产；OLED的生产更近似于精细化工 产品，可在塑料、树脂等不同的材质上生产，产 品的机械性能好，不仅可以制造出笔记本电脑、 台式机适用的显示器，还有可能创造出墙壁大小 的屏幕、可以弯曲折叠的屏幕。人们预言，随着 规模量产的到来，OLED可以比LCD成本低 20%。
第5章相控阵雷达

第5章相控阵雷达

速度慢、体积大、、功率大
移相的量化误差。
波束形成网络
波束形成分发射波束形成、接收波束形成， 一般指接收波束形成。
射频波束形成 中频波束形成 数字波束形成 多波束形成
§5.5有源相控阵雷达
每个阵元有一个收发组件
§5.6相控阵雷达的有缺点及发展趋势
特点：p182有8个特点 发展：战术相控阵和战略相控阵
小结
1.相控阵雷达的基本概念 2.与相控阵雷达相关的技术 3.相控阵雷达的特点 4.阵因子和阵元因子 5.远场和近场 6.栅瓣和克服栅瓣的方法 7.相控阵雷达扫描与角分辨率 8.相控阵雷达的组成 9.相位扫描系统
第七章 其他若干现代雷达体制简介
1.连续波雷达
零差拍连续波雷达,p227 超外差连续波雷达,p228 • 调频连续波雷达 • 调相连续波雷达
2.脉冲压缩
产生一个这样的脉冲，它的TB积远大于1，一般在20－100 之间。作用距离以T为标准，距离分辨率以B为标准，两者兼顾。
3.雷达距离分辨率：
r

c 2B
4.压缩比D

D T TB 1/ B
5.脉冲压缩的优点：
时宽带宽互相基本独立，可选择较宽的脉冲宽度，有较大的作用距 离。
有较高的距离分辨率。 有较好的抗干扰能力。 脉冲压缩的缺点： 由于加大了“T”，最小作用距离增加了。 信号处理复杂。 存在距离旁瓣 存在一定的测距模糊和测速模糊。
θ
dsin(θ )
波阵面
dd 0 12
d N-1
图5.1阵列天线示意图
天线阵元之间的间距为d，目标方位(不一定是波束指向)与天线 阵面法矢量夹角为θ。相邻阵元回波相位差为ψ，波程差为ｄｓｉｎ (θ)，由波程差引起的相位差为：
第五章 固溶体半导体材料

第五章 固溶体半导体材料

第五章 固溶体半导体 材料
李斌斌

5.1 固溶体的概念
5.2 SiGe固溶体 5.3 应用 Nhomakorabea

5.1 固溶体

凡在固体条件下，一种组分（溶剂）内“溶解” 了其它组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态 固体称为固溶体。
固溶体半导体材料是某些元素半导体或者化合物 半导体相互溶解而形成的一种具有半导体性质的 固态溶液材料，又称为混晶半导体或者合金半导 体。

SiGe合金是目前较为成熟的一种高温热电材料， 适用于制造由放射线同位素供热的温差发电器， 并已得到实际应用。
1977年旅行者号太空探测器首次采用SiGe合金作 为温差发电材料； 在此后美国NASA的空间计划中，SiGe差不多完 全取代PbTe材料。


其它内容

见教材
赝晶生长－－共度生长

临界厚度－－－应力没有释放
产生位错和形成表面起伏是释放SiGe失配应 力的两种方式。


当Ge组分较低时（ｘ＜０.２），通过产生位错 来释放失配引起的应力； 当Ge组分介于０.２～０.６之间时将会导致形成 台阶，诱导生成均匀的３Ｄ岛； 当Ge组分大于０.６时，遵循SK模式三维生长， 利于形成表面起伏来释放失配引起的应力。 可以用来生长高组分表面起伏的多量子阱



电学性质－－禁带宽度
Eg ( x) a bx cx
2 2
1.115 0.43x 0.0206 x (0 x 0.85)
Eg ( x) 2.01 1.27 x(0.85 x 1)
带隙和温度的关系
E
Si g
1.206 2.7310 T
4
第五章(全)--光电子技术

第五章(全)--光电子技术


工作原理：常作成长条形，如图所示。当光点沿长条方向扫过时， 外加电场驱使光生载流子沿光点扫描方向迁移，并保证光点扫描速 度等于载流子迁移速度，光场在元件上产生的载流子被外加电场扫 在一起，最后堆积到元件末端的两电极之间，从而改变该区域的光 电导，在外回路得到光信号电流。在光电扫描与载流子迁移过程中， 信号经累积(积分)输出，而噪声由于其不相关特性，不会像信号— 样累积，从而大大提高了器件的灵敏度，比通常的8-14um波段的红 外探测器背景限提高了几倍。
I
•光电导的驰豫特性限制了器件对 较高调制频率的光功率的响应。
63 37 0 1 0 1
பைடு நூலகம்t/τ
图5.7、光电导的驰豫特性
ξ5.3 实用光电导探测器
5.3.1 单晶光电导探测器
(一)本征型: (1)碲镉汞 (HgCdTe)（2）锑化铟(InSb)（3）碲锡铅(PbSnTe) (二)杂质型： (1)锗掺汞 (Ge:Hg)(2)锗掺镓 (Ge:Ga)(3)硅掺砷（Si:As）
i
2 N
2 iN f i2 Ng r
i
2 NJ
1kHz
1MHz
图5.2、光电导探测器的噪声分布
二、光电导探测器的性能参数 A. 响应率
IS 电流响应率： RI P
前面的推导我们已经得到 可以得到响应率为：
VS 电压响应率： RV P
e IP GP hv
e RI G hv e RV GRd hv
P( x)
hv P( x) wLhv
：在x处单位时间吸收的光子数
n( x )
:在x方向上单位长度体积内的被吸收的光子数 密度,由于α 包含了量子效率在里面，因此也 等于单位时间、单位体积产生的光电子数。
光电子技术概论

光电子技术概论


§1、问题的提出及概述
•什么是“光电子学”； •什么是“光电子技术”； •什么是“光电子技术基础”；
光电子技术
光通信
无线光通信
量子通信
宽带、高速、长距离（干线，点对点）
城域网
无线接入网
光传感
光纤传感
医疗诊断
生物信息
环境监测
安全监测
其它：光盘、存储、条形码、加工、武器……
波分复用光通信系统
Wavelength Division Multiplexing (WDM)Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)
➢ 将电子学使用的电磁波频率提高到光频，产生电子 学所不可能产生的许多新功能。
➢
以前由电子方法实现的任务现在用光学方法来
完成 ——光电子学，研究光子与束缚电子的
相互作用，是光子学的第一个阶段。
➢ 激光器的发明(1960年)是20世纪的重大成就之一是 继原子能、半导体、计算机后的又一重大发明
➢ 计算机延伸了人的大脑 而激光延伸了人的五官 是探索大自然奥秘的超级“探针”
光电子技术
ELECTRONIC TECNOLOGY
本书主要内容
绪论 第1章 光电系统中的常用光源 第2章 光辐射的调制 第3章 光辐射探测器 第4章 光电成像器件 第5章 光存储器 第6章 平板显示器件
绪论
➢ §1、问题的提出及概述 ➢ §2、光电子学与光电子技术简介 ➢ §3、 光电子信息产业的重要性 ➢ §4 、光电子技术的应用 ➢ §5 、本课程的主要内容 ➢ §6 、本课程学习方法、要求
信号
λ1
发射机
光放大器
λ1
功放
预放
λn 复用器
光通信：光波频率~ 1016Hz, 允许高频调制，
光电子技术基础与应用习题答案

光电子技术基础与应用习题答案

6 第六章 光电探测技术（十一、十二讲）
7 第七章 光电显示技术（十三、十四、十五讲） 8 第八章 光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲） 9 第九章 光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲） 10 第十章 表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲） 11 第十一章 连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲）
8. 从麦克斯韦通式(2-28)出发，推导波动方程(2-44)。
1. 填空题：
第二章 习题答案(1)
第二章 习题答案(2)
第二章 习题答案(3)
6. 输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和 ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层 才能使镜面反射系数大于99.5％？
6. 输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和 ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层 才能使镜面反射系数大于99.5％？
7. 有m个相距为d的平行反射平面。一束光以倾角投射至反射面。设每一反射平面 仅反射一小部分光，大部分光仅透射过去；又设各层的反射波幅值相等。证明 当sin=/2d时，合成的反射波强度达到最大值，这一角度称为Bragg角。
第三章复习思考题(13)
4. 简述题 （8）简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线线型函数的类型。
第三章复习思考题(14)
4. 简述题 （8）简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线线型函数的类型。
4. 简述题
第三章复习思考题(15)
第三章复习思考题(16)
4. 简述题 （10）激光器按激光工作介质来划分可分为几类？各举出一个 典型激光器，并给出其典型波长、转换效率、典型优点。
光电子技术复习提纲（含标准答案）要点

光电子技术复习提纲（含标准答案）要点

光电⼦技术复习提纲（含标准答案）要点第1章绪论1.半导体光电器件是利⽤什么效应制作的器件？答：利⽤半导体光电效应制成的器件。

2.半导体光电器件是哪两种粒⼦相互作⽤的器件？答：是⼀种利⽤光⼦与电⼦相互作⽤所具有的特性来实现某种功能的半导体器件。

3.半导体发光器件主要包括哪两种？答：（1）发光⼆极管；（2）半导体激光器。

4.光电器件主要有利⽤哪些效应制作的器件？答：光电器件主要有利⽤半导体光敏特性⼯作的光电导器件，利⽤半导体光伏打效应⼯作的光电池和半导体发光器件等。

5.什么是半导体发光器件？答：利⽤半导体PN结正向通过电时载流⼦注⼊复合发光的器件称为半导体发光器件。

6.光电探测器件是如何转换信号的器件？答：通过电⼦过程探测光信号的器件，即将射到它表⾯上的光信号转换为电信号。

7.光电检测器⼯作在反向偏置状态。

8.光电池是利⽤什么效应制作的？答：光伏打效应。

9. 光纤通信的两个重要窗⼝是哪些？答：1.55um和1.3um。

第2章1. 光信号的频率在哪个频段？需要⽤什么器件检测？答：光信号的频率在1014 Hz以上，常⽤的电⼦器件⽆法对这⼀频率段产⽣良好的响应，必须使⽤光电⼦器件。

2. 常⽤的光电检测器：PIN、APD3. 光电检测器的⼯作过程？答：光电检测器件的⼯作过程：（1）光吸收——（2）电⼦-空⽳对产⽣——（3）载流⼦扩散和漂移——（4）检测4. 光信号（光束）⼊射到半导体材料后，如何产⽣电⼦空⽳对？答：光信号（光束）⼊射到半导体材料后，⾸先发⽣的过程就是半导体材料对光⼦的吸收，吸收光⼦以后才能产⽣价带电⼦的跃迁，从⽽产⽣电⼦空⽳对。

5. 半导体材料中的吸收过程可以分为哪两⼤类？答：本征吸收和⾮本征吸收6. 本征吸收⼜包括哪些？答：（1）直接吸收；（2）间接吸收7. ⾮本征吸收包括哪些？答：（1）激⼦吸收；（2）带内吸收；（3）杂质吸收8．本征吸收的必要条件？9.直接吸收中参与的粒⼦是什么？遵守哪两种守恒？答：只有电⼦和光⼦的参与，没有第3种粒⼦的参与。

光电子技术及应用(第2版)章节习题及自测题参考答案

光电子技术及应用(第2版)章节习题及自测题参考答案

光电子技术及应用（第2版）章节习题及自测题参考答案第一章习题参考答案一、单选题1.ABCD2.ABC3.ABC4.D5.B6.C7.B8.B9. A 10.A二、填空题11.500，30012.无线电波，.红外光，可见光和紫外光，X 射线，γ射线13.0.77---1000μm ，近红外，中红外和远红外14.泵浦源，谐振腔和激活介质15.频率，相位，振幅及传播方向16.受激辐射，实现粒子数反转，谐振腔；方向性好，相干性好，亮度高 17.935μm18.919.125103.1--⋅⋅⨯s m kg20.三、计算题21.解：（1）根据距离平方反比定律2/R I E e e =，太阳的辐射强度为sr W R E I e e /10028.3252⨯==。

得到太阳的总功率为W I e e 26108.34⨯==Φπ（2）太阳的辐射亮度为()sr cm W A I L e ./10989.127⨯== 太阳的辐射出射度为27/1025.6m W L M e e ⨯==π 太阳的温度为K M T e 57614==σ22.解：222z r r ='=，22cos cos z r z+'='=θθ，r d r dS '∆'=ϕ 由：2cos cos r BdS S d d dE θθ'='Φ'=2202222022)(2cos 2z R RB z r r d r z B r d r r B E R R+=+'''=''=⎰⎰ππθπ 23.解：设相干时间为τ，则相干长度为光束与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ 根据相干时间和谱线宽度的关系c L c v ==∆τ1 又因为00γλλv ∆=∆，λc v =0，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式：单色性=101200010328.6108.632-⨯===∆=∆nm nm L v v c λλλ 24.证明：若t=0时刻，单位体积中E 2能级的粒子数为n 20，则单位体积中在t→t+dt 时间内因自发辐射而减少的E2能级的粒子数为：2122122120A t dn A n dt A n e dt --==故这部分粒子的寿命为t ，因此E2能级粒子的平均寿命为212120020211A t tA n e dtn A τ∞-==⎰ 25.解：设两腔镜1M 和2M 的曲率半径分别为1R 和2R ，121m,2m R R =-=工作物质长0.5m l =，折射率 1.52η=根据稳定条件判据：（1） 其中（2） 由（1）解出2m 1m L '>>由（2）得所以得到： 2.17m 1.17m L >>第二章习题参考答案011 1 21L L ''⎛⎫⎛⎫<-+< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭() l L L l η'=-+10.5(1)0.171.52L L L ''=+⨯-=+一、选择题1.ABCD2.D3.ABCD4.AC5.ABCD6.A7.A8.A9.A 10. B二、 是非题911.√ 12.× 13.× 14.× 15.√ 16.√三、 填空题17.大气气体分子及气溶胶的吸收和散射；空气折射率不均匀；晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电压后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小形变，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率变化的现象。

第5章相控阵雷达概要讲解学习


比特率
线性调频扫描 非线性调频扫描
噪声
|f2-f1| |f2-f1|
B
分辨率 1/比特率
1/|f2-f1| 1/|f2-f1|
1/B
9.脉冲压缩原理:
设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为：
y ( t) s ( t)* h ( t) s ( ) s * ( t t0 ) d
N1
E() E ejk k0
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
FaN ssiniN nddssii n n
Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
13.相位编码脉冲压缩
线性调频信号是连续变化的编码信号。相位编码是离散型编码 信号。
常用的按两个相位变化，在0o和－180o两者之间编码，相位只 取这两个值。主要有巴克码、M序列码、L序列码和互补编码等。巴 克码见p142。
另外，还有四相码，取0o, 90o, 180o, 270o四个相位点。 相位编码脉冲压缩仍有副瓣抑制的问题。
海明函数为：
w (t) 0 .0 8 0 .9c22 o ( ts ) T
加权以后的失配滤波器的冲激响应为：
t T 2
h(t)s(t0t)w(t)
海明加权以后，失配将导致主瓣信噪比增益下降，主瓣宽度增加 等。
12.压缩滤波器
匹配滤波器可用数字方法实现，结果就是一个横向滤波器。 线性调频信号还可以在频域进行压缩。

《光电子技术》章节练习题及答案

《光电⼦技术》章节练习题及答案第⼀章⼀、填空题1、⾊温是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射⽐率相同的⿊体的温度。

其并⾮热辐射光源本⾝的温度。

2、⾃发跃迁是指处于⾼能级的⼀个原⼦⾃发地向低能级跃迁，并发出⼀个光⼦的过程。

受激跃迁是指处于⾼能级态的⼀个原⼦在⼀定的辐射场作⽤下跃迁⾄低能级态，并辐射出⼀个与⼊射光⼦全同的光⼦的过程。

3、受激辐射下光谱线展宽的类型分为均匀展宽和⾮均匀展宽，其中均匀展宽主要⾃然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，⾮均匀展宽主要有多普勒展宽与残余应⼒展宽。

4、常见的固体激光器有红宝⽯激光器、钕激光器或钛宝⽯激光器（写出两种），常见的⽓体激光器有 He-Ne激光器、CO激光器或Ar+激光器（写2出两种）。

5、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；其静⽌质量为 0 。

6、激光与普通光源相⽐具有如下明显的特点：⽅向性好、单⾊性好、相⼲性好，强度⼤。

7、设⼀个功率100W的灯泡向各个⽅向辐射的能量是均匀的，则其辐射强度为100/4π W/sr。

8、设⼀个功率100W的灯泡向各个⽅向辐射的能量是均匀的，则其在1m远处形成的辐射照度为100/4π W/m2。

9、设⼀个功率100W的灯泡向各个⽅向辐射的能量是均匀的，则其在2m远处形成的辐射照度为100/16π W/m2。

⼆、解答题1、简述光⼦的基本特性（10分）[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）ωνη==h E ；（2）22c h c E m ν==，光⼦具有运动质量，但静⽌质量为零；（3） k P ?η?=；（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。

2、简述激光产⽣的条件、激光器的组成及各组成部分的作⽤。

光电子技术基础知到章节答案智慧树2023年东北石油大学

光电子技术基础知到章节测试答案智慧树2023年最新东北石油大学绪论单元测试1.世界上第一台激光器是 ( )。

参考答案:红宝石激光器2.光电子学是光子学与电子学相合而形成的一门学科。

（）参考答案:对3.光电子学的研究对象是光波段的电子学。

（）参考答案:对4.世界上第一台激光器是氦氖激光器。

（）参考答案:错5.信息技术的支柱产业包括光电子技术和计算机技术。

（）参考答案:错第一章测试1.欲使光在两种介质的界面上发生全反射，下面说法正确的是（）。

参考答案:光从介质射向空气，入射角大于临界角2.可见光的波长范围为（）。

参考答案:400-760nm3.光密介质中的场为均匀平面波。

（）参考答案:错4.一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布儒斯特角则在界面的反射光为完全偏振光。

（）参考答案:对5.光密介质中合成场的电场和磁场分量的相位差为（）。

参考答案:π/2第二章测试1.1966年，（）等提出了实现低损耗光纤的可能。

参考答案:高锟2.要使光纤导光必须使（）。

参考答案:纤芯折射率大于包层折射率3.光纤的数值孔径与（）有关。

参考答案:相对折射差4.在非对称平板波导中，基模可以在任何频率下存在，但在对称的平板波导中则必须在入射光频率高于一定值时才能实现基模传输。

（）参考答案:错5.在平面介质波导中，当所有满足θ>θ12>θ13时，入射角均可形成导波。

参考答案:对第三章测试1.当一束光射入某些晶体时，出射光会分为两束偏振方向不同的光，向两个方向折射，该性质体现了晶体的（）。

参考答案:各向异性2.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了（）。

参考答案:45°3.发生拉曼-纳斯声光衍射必须满足的条件是（）。

参考答案:超声波频率低，光束传播方向垂直于声波的传播方向，声光作用长度短4.晶体的光轴是指晶体中固定的方向，光沿该方向传播时有双折射现象产生。

（）参考答案:错5.晶体的电光系数越大，对应的半波电压也越大。

光电子技术第5章 光存储器


0.6 λ d= NA
可见，提高聚焦物镜的数值孔 径NA，使用短波长激光，是非 常重要的。
CD光盘：使用波长780nm激光，NA为0.45，
0.60 0.78 m d 1.04 m 0.45
一张Ф120mm的CD盘存储容量约为0.6GB。 DVD光盘：使用635～650nm红光，NA为0.6时，
5.1 光存储器概述
一、光存储器的发展
光存储器是继磁存储器之后迅速发展起来的。
由于信息量与日俱增和信息的多媒体化， 数字化后占用巨大的存储空间，传统的磁 存储设备难以满足这一要求。 光盘存储技术是采用磁盘以来最重要的新 型数据存储技术，它综合了磁存储容量大 和磁盘的快速随机检索的优点，并具有一 系列独特的优良性能。
④ 存储容量：可存储在光盘中数据的总量，通常 以二进制数的位数、字节数等数据 单位表示。
⑤ 数据传输速率：单位时间内从光盘读取的二进 制数的位数或字节数。
⑥ 存取时间：把信息写入光盘或从光盘上 读出信息所需的时间。 ⑦ 信噪比：信号电平与噪声电平之比，以dB表示。 ⑧ 误码率：从光盘上读出信息时，出现差错的位 数与读出的总位数之比。 ⑨ 存储每位信息的价格：即价格/位。
通过溅射，把铝镀在盘片的带有信息的一面以形成 反射层。
5.甩胶印刷工序 在铝反射层上面旋涂紫外线固化胶。随后在固 化胶上面印刷光盘的名称、商标等信息。
二、DVD
DVD盘(包括DVD-ROM，DVD-R，DVD-RW)直径120mm， 由两片厚度为0.6mm的盘片胶合而成。一片带刻录信 息的为单面光盘，两片皆带刻录信息的为双面光盘， 每一面又可以有双层刻录。
在光盘上存储信息，主要有角速度恒定和线速度 恒定方式，两者都是从最内侧信道开始记录。

第5章-光纤通信技术


5.1 光纤基本知识
5.1.4 光纤的制造
制造光纤的方法很多，目前主要有：改进化 学汽相沉积法(MCVD)、等离子体化学汽相沉 积法(PCVD)、管外汽相沉积法(OVD)和轴向汽 相沉积法(VAD)。但不论用哪一种方法，都要 先在高温下做成预制棒，然后在高温炉中加温 软化，拉成长丝，再进行涂覆、套塑，成为光 纤芯线。
引言
光纤通信系统是目 前世界通信系统的主要 模式，比以前的电缆通 信系统无论从性能还是 成本上都有极大优势。 正是光纤用于现代通信 系统，才使得我们能够 成功构建今天高速、多 元化的信息社会
本章内容
5.1 光纤基本知识
5.2 光在光纤波导中的传播
5.3 光纤的损耗与色散
5.4 光通信器件
5.1 光纤基本知识
阶跃折射率光纤（SIF）
n1 , 0 r a n n2 , r a
渐变折射率光纤（GIF）
n1 1 2r / a n(r ) n2 ,r a
(n1 n2 ) / n1
5.1 光纤基本知识
5.2 光在光纤波导中的传播
5.2.1光纤原理的几何光学描述
如果有太多不同角度的光线在光纤中传播，由于 不同光线走的路径不一样，而纤芯折射率又处处相同 ，这会导致不同角度入射的光线传播到终点的时间不 一致，这就造成了输入光脉冲的展宽，这就是多模光 纤的模间色散。如果光脉冲被展宽，相邻光脉冲之间 就会产生交叠，在交叠区会发生干涉。一旦交叠区较 大，干涉效应会使得相邻的两个脉冲不可分辨，这样 信号就会发生失真。
5.1 光纤基本知识
5.1.4 光纤的制造
改进化学汽相沉积法(MCVD)
5.1 光纤基本知识
5.1.4 光纤的制造
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画出了 I I 0 V 曲线的一部分以及光强调制的情形。为 使工作点选在曲线中点处，插入λ/4 波片，使之产生 90 度的 相位差。
激光器输出为偏振光
采用电光调制器的光通信线路
3 横向电光强度调制 电压加在X方向，入射光沿Z方向，X方向偏振；X、Y、Z与 晶体边平行。
3 no kl 3 l x y k o (no 63 E3 ) ne l k o (no ne )l 0 no 63V 2 2d 2 d V V k o (no ne )l 3 k o no 63 l V
第一项表示天然双折射造成的相位差； 第二项由电光效应引起，为电光延迟。 由第一项确定工作点位置后，根据第二项正比于l/d，恰当选 择长宽比，以实现有效的电光调制。 自然双折射容易受温度影响，必须对晶体进行温控。
采用光轴方向垂直的两 块晶体串接可消除自然 双折射． 横向电光调制可降低半波电压，通过晶体长度选择可以 控制相位延迟大小和工作点；采用两块晶体可消除自然双折 射，但结构较复杂。

2 5 no ne

2 2 2 2 E 2 n n 41 2 o e 2
（1）施加外场后，新折射率椭球的主轴是由旧主轴绕 y旋转
角后形成的，与外加电场成正比，但是一个小值。 （ 2）施加外场后，折射率椭球由旋转椭球变为一般椭球，单 轴晶体变为双轴晶体，双轴晶体的光轴方向之一仍为原 z 轴， 另一光轴位于以 轴为对称轴且和 z 对称的方向上。 z
（4）脉冲调制与脉冲编码调制
脉冲调制： 用一种间歇的周 期性脉冲序列作 为载波，使载波 的某一参量按调 制信号规律变化 的调制方法。 调幅度 调宽度 调频率 调位置
脉冲编码调制（采样、量化、编码）
用码子的不同组合表示欲传递的信息。
5.3 电光调制
5.3.1 电光效应
电光效应：当介质的两端所加外电场较强时，原子内的电 子分布状态将发生变化，以致介质的极化强度以及折射率 也各向异性地发生变化的现象。 电光效应弛豫时间很短，仅有10-11ｓ量级

2
y' 方向的二线偏振光之间的位相差
2

2 n0 63V
2 2 j1 所以， E x E0e ，E y E0e j1 e j 2 2 再经1/4波片后，引入 / 2 相位差，则
j ( 1 2 ) 2 2 j ( 1 2 ) E x E0 e ，E y E0 e e j ( / 2 ) 2 2
利用超声波作用下介质折射率周期性变化的声光效应可以 制作声光调制器；
利用法拉第效应可以制作磁光调制器与光隔离器。
3. 调制方式
激光的瞬时光场
E(t ) E0 sin( 0 t )
调制信号是余弦信号 a(t ) Am cos mt （1）幅度调制
E ( t ) E0 (1 M a cos m t ) sin( 0t )
第五章 光调制技术----光信息系统的信号加载与控制 5.1 调制的基本概念
光调制 通过改变光波的振幅、强度、相位、频率或偏振等参数， 使传播的光波携带信息的过程。 功能 在光通信系统中实现从电信号到光信号的转换。
光调制器
利用光和物质相互作用所产生的效应来控制光波的强度或 相位的器件。 载波：激光（高频） 调制信号：起控制作用的低频信息
外场的施加或撤消导致的折射变化或恢复瞬间即可完成 可用作高速调制器、高速开关等 为突出物理思路、简化推导，讨论基于以下条件 （1）外加电场相对光场为低频
（2）外加电场沿着某一介电主轴作用于晶体，此时D与E的 方向一致，因而D只随E的大小变化。
泡克尔斯(Pockels)效应与克尔(Kerr)效应
当外加电场沿某一介电主轴作用于晶体时，电位移矢量为
1 1 2 63 E 3，n z ne 2 n y n0
2 由于 63 E3 1 / n0 ，运用近似式得到：
3 no n x no 63 E3 2
n y
3 no no 63 E3 2
结论：
(1) 施加外场 E3 后， KDP 由单 轴晶体变为双轴晶体。 x 方向 偏振光的折射率小， y 方向偏 振光的折射率大。 (2)沿 x 方向偏振的光传播相 速度加大，而沿 y 方向偏振 的光传播速度减小，因此 x 轴称为快轴， y 轴为慢轴。
3 2 n E E E kE 2 n0 2n 0

Δn 与外加电场的一次方成正比，称为泡克尔斯效应；
Δn与外加电场平方成正比，称为克尔效应。
5.3.2 KDP晶体的线性电光效应 KDP晶体是人工生长的KH2PO4单晶的简称。
1.外加电场平行于光轴 新主轴 x y z 相对旧主轴 xyz 旋转了 450 角度，则 1 1 得 到 ：2 2 63 E 3， n x n0
根据这一原理，可完成光信号强度随电信号的变化而不断 改变的调制过程，即实现强度调制。 设入射光场为
Ein Ae jt
3 e
外加电场作用下光波产生的相位变化为：
n 33 LV / d n 33
3 e
L Vm sin m t d
5.3.3 电光调制 1. 电光相位延迟 以外加电场平行于光轴（Z轴）的KDP晶体为例，光波沿z 方向传播距离l后，两偏振光之间的相位差为
3 3 x y ko no 63 E3l ko no 63V
V E3l
E x 、E y 的变化曲线及相应的光场矢量变化情形
D 0 E E 2 E 3
为不加电场时的介电常数，称线性介电常数。
0
dD 0 2E 3E 2 dE
2 n 2 n0 2E 3E 2
第一项大大于后面各项，作泰勒级数展开
n n0

n0
E
3 2 E 2n 0
如果外加信号电压为正弦电压， V Vm sint ，则透过率为：
Vm 1 I / I [1 sin( sint )] 2 V
一般情况下： Vm / V 1
V 3 2n0 63
I 1 Vm sint I 0 2 2 V
输出光强近似为正弦形，实现无失真调制。
部分晶体的 V 和 63
2 纵向电光强度调制
图(4-21) 电光调制装置示意图
（1）电光强度调制装置由两块交叉偏振片及其间放置的一块单 轴电光晶体组成。偏振片的通振动方向分别与x、y轴平行。 （2）设某时刻加在电光晶体上的电压为V，入射到晶体的在x 方向上的线偏振激光电矢量振幅为E0 进入晶体时沿快轴 x' 和慢轴 y' 的电矢量振幅都变为 E0 通过晶体后，沿 x ' 和
4 电光相位调制
加电场后，振动方向与晶体的感应主轴相平行的光通 过长度为 l 的晶体，其位相增加为
3 n0 2 n0 63 Ez l 2
出射光为：
E0 E0e jt e jk0 nx l
3 n E0e jt e jk0 n0 l e xp( jk0 0 63V ) 2
当相位延迟Γ＝０时，光场为 x 方向偏振的线偏振光，当 Γ＝π/2时，光场为圆偏振光，当Γ＝π时，光场又变成 沿y方向偏振的线偏振光。 与Γ＝π对应的偏振光相对入射光旋转了 90°，其相应的 电压称为半波电压
V

3 k o no 63
晶体的电光系数越大，相应半波电压越低 .
通过测量半波电压可以计算出相应的电光系数。
2 外加电场垂直于光轴
E1 E3 0
E2 E 0
新主轴坐标系中三个主折射率近似为 5 2 no ne 2 2 2 2 n x no E 2 n n 41 2 e o 2 2 2 2 no ne




ny no
n z no
2 2 2 no ne
E p ( t ) E 0 cos( 0 t p cos m t )
频率调制和相位调制都是调相位角．
p k Am
E(t ) E0 cos( c t m cosm t c )
m为调制系数
产生无数多个边频，当m很小时，边频数量减少。
（3）强度调制 2 E0 I (t ) (1 M I cos m t ) sin2 ( 0 t ) 2 为得到较好的抗干扰效果，常采用二次调制方式，即先 用低频信号对高频副载波进行频率调制，再用已调频的高频 信号对光波进行强度调制（称为FM/IM调制）。在传输过程 中，即使受到干扰使强度发生抖动，但在解调时，信息包含 在调频副载波中，不会受到破坏。
E0 A cos( t sinm t )
3 n0 式中， k0 63V 为相位调制度, 2
k0n0l
Байду номын сангаас
5 波导电光调制器
波导调制器是将具有电光特性的材料做成光波导，调制电 场加在通光波导区，可以在很低的外加电压下获得所需的 调制场强。 可以通过波导特性，如模式转换、模式耦合、定向耦合等 特性来实现光的直接强度调制与开关等 。
Ma Am / E0
Ma Ma E ( t ) E0 sin( 0t ) E0 sin( 0 m )t E0 sin( 0 m )t 2 2
产生2个边频
（2）频率调制和相位调制
激光频率调制和相位调制的表达式分别为： M f / m E f ( t ) E 0 cos{( 0 M f cos m )t }
通过振动方向与 y 轴平行的偏振片检偏后产生的光振幅分 别为 E x' y ， E y' y ，则有：
j ( 1 2 ) 1 1 j ( 1 2 ) E xy E0 e ，E yy E0 e e j ( / 2 ) 2 2 沿y方向分量的总和： j ( 1 2 ) 1 E y E0e e j ( / 2 ) 1 2