四川大学光电子学与激光技术期末复习资料

激光技术复习题一、激光的基本原理激光，全称为“受激辐射光放大”，是一种具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的光。

要理解激光的产生，首先得从原子的能级结构说起。

原子中的电子处于不同的能级，当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出光子。

在普通光源中，光子的发射是自发的，各个原子的发光是随机的，没有固定的相位和方向关系。

而在激光产生的过程中，存在着受激辐射的现象。

处于高能级的原子受到外来光子的激励，会跃迁到低能级，并发射出与激励光子具有相同频率、相位、偏振方向和传播方向的光子，从而实现光的放大。

为了实现激光的持续输出，还需要有光学谐振腔。

光学谐振腔通常由两块平行的反射镜组成，使得在腔内往返传播的光能够不断得到放大，同时只有满足一定频率和方向条件的光才能形成稳定的激光输出。

二、激光的特性1、高亮度激光的亮度极高，比普通光源要强得多。

这使得激光在材料加工、医疗手术、激光武器等领域有着广泛的应用。

例如，在激光切割中，高亮度的激光能够瞬间将材料熔化甚至气化，实现高精度的切割。

2、高方向性激光具有极好的方向性，其光束的发散角非常小。

这使得激光能够传播很远的距离而不发生明显的扩散，可用于激光通信、激光测距、激光雷达等。

3、高单色性激光的单色性好，即其波长范围非常窄。

这对于光谱分析、光学测量等领域具有重要意义，能够提供更精确的测量结果。

4、高相干性激光的相干性强，意味着其光波的相位关系非常稳定。

这使得激光在干涉测量、全息摄影等方面发挥着重要作用。

三、激光的产生方式1、气体激光器常见的有氦氖激光器、二氧化碳激光器等。

气体激光器的工作物质是气体，通过放电等方式激发气体原子产生激光。

2、固体激光器如红宝石激光器、钕玻璃激光器等。

其工作物质是固体晶体，具有较高的能量存储能力和输出功率。

3、液体激光器以有机染料溶液为工作物质，具有波长可调谐的特点。

4、半导体激光器体积小、效率高、寿命长，广泛应用于光通信、光存储等领域。

四、激光的应用1、工业领域激光切割、焊接、打孔、打标等工艺已经在制造业中得到广泛应用，提高了生产效率和加工精度。

光电子技术复习要点第一篇：光电子技术复习要点第1章1.电磁波的性质：横波、偏振、色散2.光辐射：以电磁波形式或粒子形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射，波长在10nm-1mm，分为可见光（390nm-770nm）,紫外辐射（1nm-390nm）,红外辐射（0.77-1000um）3.表1-44.光视效能：同一波长下测得的光通量与辐射通量比值。

光视效率是光视效能归一化的结果。

5.光与物质相互作用的三个过程：自发辐射、受激辐射、受激吸收。

图1-7自发辐射：处在高能级的原子，没有任何外界激励，自发地跃迁到低能级，并发射光子。

受激辐射：处在高能级的原子，受到外来光子的激励，跃迁到低能级并发射光子。

受激吸收：处在低能级的原子，受到光子的照射时，吸收光子而跃迁到高能级。

6．粒子数的反转，增益系数，增益曲线，损耗系数，激光器的三部分7.典型激光器组成：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)8.习题1-2Le亮度定义:强度定义:IedIe∆Arcosθr= dΦedΩ可得辐射通量：dΦe=Le∆AscosθsdΩ在给定方向上立体角为：dΩ第1.2题图∆Accosθc 2l0dΦeLe∆Ascosθscosc则在小面源在∆A上辐射照度为：Ee==2dAl0=c第2章1.大气衰减包括四个部分，瑞利散射和米氏散射2.大气湍流效应3.电光效应，相位延迟两种方式，相位差，半波电压，两种方式比较纵向调制器优点: 具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等。

缺点: 电场方向与通光方向相互平行, 必须使用透明电极, 且半波电压达8600伏,特别在调制频率较高时，功率损耗比较大。

光电子学与激光技术考试试题第一部分：选择题（共30小题，每题1分，共30分）1. 光电子学是研究光与电子相互作用的学科，其主要研究内容包括以下哪些方面？A. 光的发射和吸收B. 光的传播和检测C. 光的调制和放大D. 光的干涉和衍射E. 光的散射和束缚2. 下列哪个物理现象是激光器工作的基础？A. 斯托克斯反馈B. 场致电子发射C. 弛豫振荡D. 光子传导E. 反受激辐射3. 下列哪种材料可以实现光的放大效应？A. 金属B. 液体D. 常温等离子体E. 电解质4. 激光器的输出特性可以通过以下哪个参数来描述？A. 散射率B. 反射率C. 出射功率D. 聚焦能力E. 相干长度5. 下列哪个激光器适用于进行组织切割和焊接等医疗手术？A. 氦-氖激光器B. 二氧化碳激光器C. 氮化镓激光器D. 半导体激光器E. 铒光纤激光器6. 在激光器中，激光能量被放大的过程涉及以下哪个物理过程？A. 激发C. 辐射D. 寿命短E. 冷却7. 光纤通信是现代通信技术的重要组成部分，光纤通信系统中常用的光纤材料是？A. 金属光纤B. 塑料光纤C. 多模光纤D. 单模光纤E. 混合光纤8. 激光技术被广泛应用于以下哪个领域？A. 化学分析B. 材料加工C. 医学诊断D. 通信传输E. 光学显示9. 激光器的输出波长是由哪个物理量决定的？A. 光子能量B. 材料厚度C. 折射率D. 能带宽度E. 能级差10. 光电二极管广泛应用于以下哪个领域？A. 集成电路制造B. 光学计量C. 医学成像D. 触摸屏显示E. 激光雷达第二部分：填空题（共10小题，每题2分，共20分）11. 激光的特点是_________。

12. 光通信系统中，光纤是一种_________。

13. 激光放大器中，补偿模块的主要作用是_________。

14. 半导体激光器的能级结构是由_________组成的。

15. 光的散射现象包括_________散射和_________散射。

光电子技术复习资料一.填空题1. 声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。

2. 激光器的三个主要组成部分是：工作物质 , 泵浦源 , 谐振腔3. 彩色阴极射线管(CRT)主要由电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃外壳五部分组成。

4. 1917年, 爱因斯坦提出了受激辐射可实现光放大的概念, 为激光的发明奠定了理论基础。

1960年7月,美国休斯公司实验室梅曼制成世界上第一台红宝石固态激光器,标志着激光器诞生。

5. 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样，量化，编码。

6.光纤通信系统的三个传输窗口包括短波长的 850 nm波段,长波长的 1300 nm及 1550 nm波段。

7按照形成条件液晶可分为溶致液晶和热致液晶，作为显示技术应用的液晶都是热致液晶8.常见的固体激光器有红宝石激光器 , 掺钕钇铝石榴石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne 激光器 , CO2激光器或Ar+激光器（写出两种） 9.氦-氖(He-Ne)激光器的工作物质是氦氖混合气体,激光由氖发射. 10.光电探测器的物理效应通常分为两大类：光电效应和光热效应。

11.光纤色散主要有模式色散, 材料色散 , 波导色散三种。

12.光电池是根据光伏效应效应制成的将光能转换成电能的一种器件13. 激光器按按工作物质分类可分为: 固体激光器, 液体激光器,和气体激光器 14.半导体的载流子是电子和空穴。

15.在彩色电视中，通常选用红、绿、蓝作为三种基色光。

D 的基本功能为电荷存储和电荷转移；CCD 按结构可分为线阵CCD 和面阵CCD 。

17.热致液晶可以分为近晶相、向列相和胆甾相三种。

18.波分复用器分为发端的合波器器和收端的分波器器。

19.开放式光学谐振腔(开腔)通常可以分为稳定腔和非稳定腔 ,共轴球面腔的稳定性条件是:20. 光波在大气中传播时，由于大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起光束的能量衰减；由于空气折射率不均匀会引起光波的振幅和相位起伏。

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。

激光期末复习题激光期末复习题激光，全称为“光的放大与激射辐射”，是一种特殊的光源。

它具有高度的单色性、方向性和相干性，广泛应用于科学研究、医疗、通信、制造业等领域。

即将到来的期末考试，我们将回顾一些关于激光的重要概念和原理。

以下是一些激光期末复习题，帮助我们巩固对激光的理解。

1. 什么是激光？它与普通光有何不同？激光是一种特殊的光源，具有高度的单色性、方向性和相干性。

与普通光相比，激光具有更高的亮度和更窄的光束。

激光的波长可以非常短，从红外到紫外都有。

2. 激光的放大过程是如何实现的？激光的放大过程基于光的受激辐射原理。

当一个光子通过一个被激发的原子时，它会引起原子的另一个电子跃迁到一个更高的能级。

这个过程会释放出另一个同样频率和相位的光子，导致光的放大。

3. 请解释激光的相干性是什么意思？激光的相干性是指光波的相位关系在时间和空间上的稳定性。

激光光束中的光波具有相同的频率和相位，这使得激光能够形成一束高度聚焦的光束。

4. 激光在医疗领域的应用有哪些？激光在医疗领域有广泛的应用，包括激光手术、激光治疗、激光诊断等。

激光手术可以用于眼科手术、皮肤手术和神经外科手术等。

激光治疗可以用于减轻疼痛、促进伤口愈合和治疗癌症等。

激光诊断可以用于检测眼部疾病、癌症和心血管疾病等。

5. 激光通信是如何工作的？激光通信利用激光光束传输信息。

发送端将信息转换为激光脉冲，然后通过光纤或自由空间传输到接收端。

接收端使用光电探测器将激光信号转换为电信号，然后解码以获取原始信息。

6. 激光切割和激光打标有何不同？激光切割是利用激光束的高能量和高聚焦性来切割材料。

它可以用于金属、塑料、木材等材料的切割。

激光打标是利用激光束的高能量和高精度来在材料表面刻上标记。

它可以用于金属、塑料、玻璃等材料的打标。

7. 激光在制造业中的应用有哪些？激光在制造业中有许多应用，如激光焊接、激光切割、激光打孔和激光雕刻等。

激光焊接可以用于汽车制造、电子制造和航空航天等行业。

第一章 绪论1. 光电子技术（optoelectronic technology ）准确地应该称为信息光电子技术，是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。

2. 本课程主要讲了四大部分分别是：激光光源、光波的传输、光波的调制与控制、光波的探测。

第二章 激光原理与半导体光源1. 世界上第一台激光器是1960年梅曼制作的红宝石激光器。

2. 原子从高能级向低能级跃迁时，相当于光的发射过程；而从低能级向高能级跃迁时，相当于光的吸收过程；两个相反的过程都满足玻尔条件：n m n m E E h E E hνν-=-=或。

3. 处于热平衡状态的原子体系，设其热平衡绝对温度为T ，则原子体系的各能级上粒子数目的分布将服从波尔兹曼分布律：exp(/)n n N E kT ∝-，其中N n 为在能级E n 上的粒子数，k 为波尔兹曼常数， k=1.3807×10-23 J·K -1。

即，随着能级增高，能级上的粒子数N n 按指数规律减少。

4. 爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。

该文提出的受激光辐射理论是激光理论的核心基础。

在这篇论文中，爱因斯坦将光与物质的作用分为三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。

5. 在二能级系统中，粒子在高能级E 2 能级上停留的平均时间称为粒子在该能级上的平均寿命，简称寿命6. 下面三个图分别描述了二能级系统中光与物质的作用的三种过程：它们可以由下面三个方程描述：对于受激辐射过程（E2→E1 ）：21212()dN B u v N dt= 对于受激吸收过程（E1→E2）：12121()dN B u v N dt= 对于自发辐射过程（E2→E1 ）：21212dN A N dt = 其中u(v)为辐射场中单色辐射能量密度：()()30348(),exp 1h u v T c c hv kT πνγν==-7. 二能级系统中，当（N 2/N 1）＞1时，高能级E 2上的粒子数N 2大于低能级E 1上的粒子数N 1，出现所谓的“粒子数反转分布”情况，它是形成激光的必要条件之一。

激光原理期末知识点总复习材料2.激光特性：单色性、方向性、相干性、高亮度3.光和物质的三种相互作用：自发辐射，受激吸收，受激辐射4.处于能级u 的原子在光的激发下以几率 向能级1跃迁，并发射1个与入射光子全同的光子，Bul 为受激辐射系数。

5.自发辐射是非相干的。

受激辐射与入射场具有相同的频率、相位和偏振态，并沿相同方向传播，因而具有良好的相干性。

6.爱因斯坦辐射系数是一些只取决于原子性质而与辐射场无关的量，且三者之间存在一定联系。

7.产生激光的必要条件：工作物质处于粒子数反转分布状态8.产生激光的充分条件：在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强Is9.谱线加宽特性通常用I 中频率处于ν～ν+d ν的部分为I(ν)d ν,则线型函数定义为线型函数满足归一化条件：10.的简化形式。

11.四能级比三能级好的原因：更容易形成粒子数反转 画出四能级系统的能级简图并写出其速率方程组()()()()　Rll l l l N N n f f n dt dN nn n n n A n W n s n dtdn S n S A n N n f f n dt dn A S n W n dtdn τυννσυννσ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==++++-=++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+-=021112203213030010103232121202111222313230303,,ρul ul B W =1)(=⎰∞∞-ννd g 121212)(-+=S A τ12E 2112.13.14.15.程的本征函数和本征值。

研究方法：①几何光学分析方法②矩阵光学分析方法③波动光学分析方法。

处于运转状态的激光器的谐振腔都是存在增益介质的有源腔。

16.腔模沿腔轴线方向的稳定场分布称为谐振腔的纵模，在垂直于腔轴的横截面内的稳定场分布称为谐振腔的横模。

17.腔长和折射率越小，纵模间隔越大。

对于给定的光腔，纵模间隔为常数，腔的纵模在频率尺上是等距排列的不同的横模用横模序数m,n 描述。

光电子技术期末知识点总结一、光电子技术基础知识1. 光的本质光是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以表现为波动，也可以表现为光子。

光的波动特性可以用来解释干涉、衍射等现象，而光的粒子特性可以用来解释光电效应等现象。

2. 光的传播光在真空中的传播速度等于光速，光在不同介质中传播时会发生折射和反射。

光的衍射、干涉等现象也表明光是一种波动。

3. 光的产生光的产生可以通过一些原子、分子等的激发和退激发过程，这些过程会导致光的辐射。

在实际应用中，常用的光源包括激光器、LED、半导体激光器等。

4. 光的检测光的检测可以通过光电二极管、光敏电阻、光电倍增管等光电探测器实现。

这些探测器可以将光信号转化为电信号，并输出到后续的电路中进行处理。

5. 光的调制光信号可以通过调制技术来进行信息传输。

在光通信中，常用的调制方式包括振幅调制、频率调制和相位调制等。

二、光电子器件1. 光纤光纤是一种用来传输光信号的导光材料，具有较低的损耗和较大的带宽。

光纤的制备工艺和材料选择对光纤的性能有着重要的影响。

2. 激光器激光器是产生激光的器件，它可以将电能转化为光能，并形成一束集中的光束。

激光器包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等类型。

3. 光电子器件光电子器件包括光电二极管、光电倍增管、光电探测器等，在光通信、光测量、光探测等领域有着重要的应用。

4. 光电调制器件光电调制器件可以实现对光信号的调制，包括调制器、光电调制器、半导体光调制器等。

5. 光电子器件的集成在光电子器件集成电路中，可以将多种光电子器件集成到同一芯片上，实现多功能和高集成度的光电子系统。

三、光电子技术应用1. 光通信光通信是一种基于光波传输的通信方式，它具有大带宽、低损耗、抗干扰等优点，在长距离通信和高速数据传输中有着重要的应用。

2. 光存储光存储是通过利用激光或其它光源记录和读取信息的技术，包括光盘、DVD、蓝光光盘等媒体。

3. 光测量光测量是利用光进行各种参数的测量，包括光谱分析、光学显微镜、激光雷达等。

光电子技术课后答案期末考试一、简答题（共10题，每题2分）1.光电效应是指什么现象？请举例说明。

光电效应是指当光照射到金属表面时，金属中的自由电子被光子激发后脱离金属表面成为自由电子的现象。

例如，太阳能电池中的光电效应将太阳光转化为电能。

2.光纤通信的工作原理是什么？光纤通信是利用光纤作为传输介质，通过光的全反射来传输信号。

光信号被转换为光脉冲后，通过发射器发送到光纤中。

光脉冲沿着光纤传输，在传输过程中会发生衰减和色散，因此需要使用光纤放大器和补偿器来补偿这些损耗。

最后，光脉冲到达接收器，转换为电信号进行解析和处理。

3.请简述激光有哪些特点，并说明其应用领域。

激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特点。

单色性指激光是单一频率的光束；方向性指激光具有非常狭窄的束发散角，能够聚焦在非常小的区域；相干性指激光光束的波长相位关系保持稳定；高亮度指激光具有很高的光功率密度。

激光的应用领域非常广泛，包括激光加工、医疗器械、通信、测量仪器等。

它在材料切割、焊接、打标、光刻等方面有重要应用；在医学领域，激光被用于手术切割、皮肤美容等；在通信领域，激光被用于高速光纤通信；在测量仪器中，激光被用于测距、测速等。

4.光栅的工作原理是什么？光栅是一种光学元件，可以通过光的干涉作用将入射光分解成多个不同波长的次级光波。

光栅的工作原理基于光的干涉，当入射光线通过光栅时，光栅上的间隙会产生光的干涉，使得光被分解成不同波长的光，从而形成光的光谱。

光栅的分辨本领取决于光栅的刻线数量和入射光的波长。

5.请简述光电二极管的结构和工作原理。

光电二极管是一种半导体器件，其结构由P型半导体和N型半导体组成。

当光线照射到P-N结上时，光子激发了半导体材料中的电子，使其跃迁到导带中，产生电子-空穴对。

这些电子-空穴对在电场的作用下会转移到两侧的电极上，产生电流。

6.光电二极管的特性曲线是什么样的？光电二极管的特性曲线呈现出光电流和反向饱和电流之间的关系。