第一章 光辐射与发光源
1. 辐射量、光度量及其单位
1）了解辐射量、光度量的定义及其单位（辐射通量、光通量、发光
强度、亮度）
2）掌握视见函数的定义和规律
辐射度量:只与辐射客体有关,适用于电磁波全波段。
基本量: 辐射通量(即辐射功率） 基本单位:瓦特(W)
光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度，只适用于可见光
波段。
基本量: 发光强度 基本单位: 坎德拉(cd)
用下标“e ”表示辐射度量，下标“v ”表示光度量。
辐射通量（辐射功率）: 单位：瓦特（W ）
含义：为单位时间内流过某面积的辐射能量
光通量: d =Id 单位：lm=cd sr 发光强度：I(基本量) 单位：cd
(光)亮度：L=dI/(dScos ) 单位：nt=cd/m2 dt
dQ e e =Φ683
λλλK K K V m ==
光视效率(视见函数)V ：是归一化的光视效能:
＝555nm 的单色光视效率V =1,
为最大值.
光通量(lm )与辐射通量(辐射功率,W)的换算：
)()/(683)(,,W W lm V lm e λλλνΦ??=Φ
例题： 点光源均匀发光(
=500nm), 发光强度I ν=100cd,则总光通量ν = ,总辐射功率为e, = 解：总光通量ν =
I νd =4I ν =400(lm ), 总辐射功率e,=ν,/683V =400/(683
=(W) 2. 光源的分类 了解光源器件的分类，相干光源与非相干光源的区别（激发机制
与特点）。
光源器件的分类：3大类
热辐射光源（卤钨灯）；气体放电光源（低压和高压,自吸收）；电致
发光源（LED ）
3. 热辐射描述与热辐射光源
（1）掌握黑体辐射特点，色温与相关色温的概念
（2）了解常用热光源，掌握卤钨灯结构、工作原理（卤钨循环）
与特点。
黑体辐射特点：
⑴单峰结构, 由温度唯一确定单色辐射出射度M e 的光谱分布. ⑵辐射
出射度M e 随温度的升高而增大：M eb (T)=T4=10-8)T4 (SI) (斯忒藩-玻
尔兹曼定律) ⑶单色辐射出射度M e 的峰值随温度的升高向短波方向移动
mT =a=2898m K(维恩位移定律)
用黑体的温度来标度普通热辐射源所发出光的光色性质，单位为K 。
色温度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。
例如: 规定两波长为2和3, 若热辐射光源的辐射比: 则热辐射光源的色温为T.
定性理解：如果热辐射体的光色与温度为T 的黑体的光色相同或相近，
则称该热辐射体的色温为T 。 一般来说，色温高代表蓝、绿
光成分多些，色温低则表示橙、红光的成分多些。
常用热辐射光源：白炽灯，卤钨灯
卤钨循环: 在玻璃壳附近，温度较低，生成挥发性卤钨化合物WX ，阻止钨沉积在玻璃壳上。
)()
(3,2,3,2,T M T M M M eb eb e e μμμμ=
当WX扩散至灯丝附近温度较高的区域时,分解释放出的W又沉积在灯丝上.
优点：抑制了钨损耗，延长了钨丝的寿命,同时防止玻璃壳变黑,保持了光通量.
卤钨灯特点（相对于白炽灯）：
（1）体积小（不到同功率白炽灯体积的1/10）；
（2）光通量稳定（寿终时光通量为开始时的95%,而白炽灯仅为60%）；
（3）光效率高(达20-30lm/W，白炽灯约为10lm/W)
（4）色温高（达3300K，而白炽灯约为2300-3000K）
（5）寿命长（达2000小时，而白炽灯750-1000小时）
4. 气体放电光源
（1）了解气体放电的伏安特性
（2）掌握气体放电灯的结构和工作过程，电子发射的两种形式
（热电子发射产生C-G段弧光放电；正离子轰击发射产生G-H段辉光放电）
（3）掌握低、高气压气体放电灯的光谱特点，自吸收效应对光谱的影响
（4）了解常见的低、高气体放电光源
气体放电的伏安特性：ABC-非自持放电，导电电子来源于外界催
离作用，电流较小，气体不发光。 CH-自持放电，当触发元件(启
动器)产生瞬时高压V z (着火电压，远高于220伏), 气体被碰撞、
电离、激发,电流增大，放电自持并伴随发光。
气体放电灯结构：放电气体(或金属蒸气)、阴极C、阳极A和玻
璃罩。
气体放电发光的工作过程：①、初始电子被加速.②、加速电子与气体分子碰撞，能量传给气体分子，使其激发、跃迁到高能级.③、受激发分子返回低能态时，发射光子。
电子发射的两种形式：①、热电子发射：使阴极温度升高，部分
电子得到足够能量，克服金属的逸出功，逸出金属表面。热电子发射
是弧光放电的主要形式之一, 产生电流较强.
②、正离子轰击发射(冷阴极发射)：利用高动能的正离子轰击阴
极，使阴极发射电子.冷阴极发射是辉光放电的主要形式，产生电流
较弱。
低、高气压气体放电灯的光谱特点：低压灯发射线状光谱，带有
明显的特征颜色，显色性不好，发光效率较低。高压灯的线状光谱
展宽，有较强的连续成分，再加上自吸收效应，可见光成分加强，显
色性变好，发光效率随压力增加而提高。
自吸收主要在紫外区，所以最终是使得紫外辐射大大减弱，可见成分加强,显色性变好，发光效率也提高.
低压气体放电光源：低压汞灯；低压钠灯；氢灯、氪灯、氢弧灯、原
子光谱灯
高压气体放电光源：高压汞灯、超高压汞灯、金属卤化物灯、高压钠
灯和脉冲氙灯
5.常用激光光源
(1)掌握热平衡下爱因斯坦关系及其意义
(2)熟练掌握连续激光器工作原理
1)产生的条件（反转、减模与选模、阈值、增益饱和）
2）激光器结构（工质、谐振腔、泵浦源）;激活物质的三、
四能级体系的反转特点.
(3)了解常见激光光源（气体、液体、固体、半导体激光器）的
原理与特点
1）气体激光器：以气体为工质；泵浦方式:气体放电。包
括原子、离子、分子、准分子气体激光器四种。
2）液体激光器——以液体为工质，泵浦方式：光泵浦。
3）固体激光器——以晶体(掺杂)为工质. 泵浦方式: 光
泵浦. 常用椭圆聚光腔提高泵浦效率。
4）半导体激光器——以半导体材料为工作物质。泵浦方式：
电流注入
爱因斯坦关系——热平衡下B12、A21和B21之间关系
结论：热平衡下，大量粒子受激吸收至高能级，而通过受激发射返回
低能级的粒子数很少。结论：热平衡下, 受激辐射概率(或粒子数)
远小于自发辐射概率(或粒子数)。
激光器产生的三个基本条件：①实现粒子数反转,使受激辐射优于受
激吸收;
②提高光子简并度,使受激辐射优于自发辐射; ③增益不小于损
耗,实现光放大.
一个激光器应包括三个部分(产生激光的措施)
①泵浦源——为激光物质提供能量，实现粒子数反转，并使增益
优于损耗.
②增益介质——是实现粒子数反转的物质。
③光学谐振腔——选模、反馈放大。
三能级体系：泵浦使原子从基态E1受激跃迁到E3能级，E3通过无
辐射转移到E2能级，E2能级的寿命较长，称为亚稳能级，且E3
向E2的转移速率较大，则在能级E2和E1之间可以实现粒子数反转。
四能级体系：E3能级为亚稳能级，光激发使E3与E2之间实现反转。
问：三能级体系与四能级体系相比，何者实现反转更容易
答：四能级更容易(下能级较空)
第二章光辐射的传播
1．光波在大气中的传播
了解大气分子与气溶胶对光的吸收和散射
大气分子的吸收：分子的吸收特性强烈依赖于光波的频率和分子
的结构。 H2O和CO2分子是可见光和近红外区最重要的吸
收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素。
大气分子的散射:可见光和近红外光远大于大气分子的线度(1A0)，大气
分子对光产生瑞利散射。瑞利散射光强与波长的四次方
成反比 。
可见光中蓝光散射最强,故晴朗的天空呈现蓝色(晴朗天空中其他微粒
少，以瑞利散射为主)。
大气气溶胶的衰减：光的波长相当于或小于气溶胶微粒尺寸，气
溶胶对光产生米氏散射。
2．光波在电光晶体中的传播
理解电光晶体的纵向、横向电光效应，掌握电光相位差和半波电
压的计算
1 纵向应用：光束的传播方向与电场方向平行。
电光相位差：V n L E n L n n z x y 63306330''22)(2γλπ
γλπ
λπ
?==-=?
半波电压：相位差为△
=（光程差为/2）时所需要加的电压，
通常以V 或V /2表示。 半波电压： 6330)
(2γλπn V =纵对应相位差)(纵ππ?V V =?
2 横向应用：光束的传播方向与电场方向垂直。 电光相位差：V d L n L E n L n n z e )()(26330063300γλπ?λγπλπ
?+?=+-=? 令第二项电光效应相位差为，得横向运用半波电压: )(2)(6330)(L
d V L d n V 纵横ππγλ== 对应相位差
)(0横ππ??V V
+?=? 3．光波在声光晶体中的传播
了解拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射的条件与特点，掌握布拉格角
的计算
1 拉曼-纳斯衍射(低声频,薄光栅,光垂直入射 )
L 满足如下条件才能发生拉曼-纳斯多级衍射。
λ
λ22120s
n L L ≈<
2、布拉格衍射(高声频,厚光栅,光斜入射)
λλ2022s
n L L =≥ 布拉格条件: s B n λλθ2sin =
4．光波在磁光介质中的传播
了解磁光效应与天然旋光效应的区别 ①磁光效应旋转方向由磁场方向决定，而天然旋光效应旋转方向由介质性质决定。
②磁场方向不变时，光往返两次通过介质, 磁光偏转角加倍,而天然旋光效应的往返总偏转角为零.
5．光波在水中的传播
了解水中的传播规律性，克服后向散射的措施
传播光束的衰减特性：单色平行光束在水中传播的功率衰减也近似服从指数规律0/00L l l e P e
P P --==ε蓝绿光的衰减最小，故常称该波段
为“水下窗口
后向散射克服措施：⑴适当地选择滤光片和检偏器，以分辨无规则偏振的后向散射和有规则偏振的目标反射. ⑵尽量分开发射光源和接收器. ⑶采用距离选通技术。
第三章 光调制与偏转技术
1．激光调制一般原理.
了解激光调制的分类.激光内调制与外调制的含义。
激光调制分类：1 按与激光器的关系分,有内调制和外调制。
2 按照激光载波受调制参数分类，可分为:调幅、调频、调相和强度调制。
3 按激光载波的能量分布形式分类：连续调制和脉冲调制。
4 按调制信号的能量分布形式分类：模拟调制和数字调制。
内调制：又称直接调制，指直接调制激光振荡器的参数，使输出的激光束的某个参数随调制信号而变化。(如将调制信号作为泵浦电流,多用于半导体激光器; 在腔内插入调制器).
外调制：指调制激光器输出的稳定光束的某个参数，使其随调制信号而变化。应用广泛。
2. 电光调制与扫描
（1）掌握纵、横向电光强度调制的原理（折射率椭球表达式、电光晶体双折射相位差公式、半波电压公式、光强或透过率表达式）及特性（曲线），实现线性调制的措施。
(2)了解电光连续扫描原理，掌握数字式电光偏转器原理
设通过起偏器P1后的偏振光振幅为Ex, 刚进入晶体（z=0）被分解
为沿x 和y 方向的两个分量，其振幅和相位都相同，分别为:
t
i t i x t i o x x c c c Ae e E e E E ωωω==='2
45cos )0( t i t i x t i o x y c c c Ae e E e E E ωωω==='2
45sin )0( 入射光强度为两个垂直分量的强度的代数和：
22
2*2)0()0(A E E E E I y x i =+=?∝'' 通过长度为L 的晶体之后，和两个分量之间产生了一相位差
，则有:
t i i t i y t
i x c c c e Ae Ae L E Ae L E ω??ωω)()()()(''?-?-===
通过检偏器P2的总电场强度是和在y 方向的投影之和，复振幅
为：
)1(245sin 45cos )()()(22-=-=-=?-?-''??i o
o i x y o y e A A Ae
P E P E E 输出光强为: ??
? ???=??? ???=--=?∝??-2sin 2sin 2)1)(1(2
])()[(2222*????i i i o y o y o I A e e A E E I 纵向电光效应的相位延迟: ππ?V V =?
得调制器的透过率：???
? ??=??? ???==ππ?V V I I T i o 2sin 2sin 22 光强调制特性曲线:
线性调制措施1: 加固定偏压V /2，即所加的电压为：t V V V m m ωπsin 2/+=
透过率变为：)]sin sin(1[2
1t T m m ω??+=
线性调制的判据 rad 1≤=?ππ?V V m m 表示成线性关系：
)]sin 221)]sin 1[21t V V t I I T m m m m i o ωπω?π
+=?+== 但这种加半波偏压方法会增加电路的复杂性，而且工作点的稳
定性也差。
线性调制措施2:
在检偏器前插入一/4波片，其快慢轴与晶体的主轴x 成45
角，即波片快慢轴平行于x ?和y ?, 从而使x E '和y E '两个分量之间产
生/2的固定相位差。
于是总相位差为：?π
??+='?2
调制的透过率公式T ??? ???+=t m m ω?πsin 24sin 2
结论:
获得线性调制的条件:1) 加偏置电压V /2或插入 1/4波片; 2)调制信号不宜过
大. rad 1≤=?π
π?V V m m
2、横向电光强度调制：入射光偏振方向与z 轴夹角450, 进
入晶体后，将分解为沿x'和z 方向振动的两个分量.
从晶体出射两光波的相位差为：??)(0横ππ?V V +?=
其中)(2)(6330)(L
d V L d n V 纵横ππγλ== 数字式电光偏转器原理：当Vz=0时，入射到S 的线偏振光的振动方
向恒定不变，最后从B 透出o 光，为“0”状态;当Vz= V
时，入射到S 的线偏振光的振动方向从y 方向绕感应快轴x 转过2=90o 而
沿x 方向，最后从B 透出e 光，为“1”状态. 地址“1”对应S 有
V ，地址“0”对应S 无V 。
3. 声光调制与扫描
（1）了解布拉格型声光调制特点
（2）掌握布拉格型声光扫描原理，能计算扫描可分辨点数N
布拉格衍射(高声频,厚光栅）λλ2
022s
n L L =≥
布拉格声光调制器的一级衍射效率是:
??
????===s B i s P M H L v I I 2221cos 2sin )2(sin θλπη
6.0)4()2(2sin 2221=≈=??
????==πηv v I I i 线 声光扫描器的布拉格角的跟踪 s s
s B f nv n 22sin 00λλλθ== 4．磁光调制
了解磁光调制基本原理。
为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定的偏置
磁场Hdc. 其强度足以使晶体饱和磁化。它不仅影响透射光的旋转
角，还影响透射光的振幅，因而影响透过率。
工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于光传播方向
的磁场，入射光通过磁光晶体YIG(钇铁石榴石:Y3Fe5O12)时，由于
法拉第旋转效应，其偏振面发生旋转，旋转角正比于轴向磁场强度H
5．激光调Q 与锁模技术
（1）掌握激光调Q 过程与实质，以及电光、声光、染料调Q 的基
本原理
（2）掌握锁模技术的基本原理与方法，比较固体激光器与气体激
光器的锁模效果。
调Q 能控制激光的振荡, 调Q 的实质, 就是调节损耗的大小。
调Q过程：在泵浦开始时，谐振腔处于高损低Q状态，使振荡阈
值提高，振荡难以形成．这时，激光上能级的反转粒子数密度便大量
积累。当积累到最大值时，突然使谐振腔的损
耗变小，Q值突增，腔内以极快的速度建立极强的振荡，短时间反转
粒子数大量消耗，转变为腔内的光能量，同时输出一个极强的脉冲
——调Q脉冲。
电光调Q利用电光晶体的线性电光效应，控制光的偏振态变化，达到
控制谐振腔的损耗目的。
声光调Q是利用超声波在弹性介质中传播引起的折射率光栅对光的的
衍射实现谐振腔的Q值调节。
染料调Q原理在低强度时，吸收损耗大于增益，激光不振荡，粒子数反转积累. “关”。当积累到增益大于损耗时，脉冲开始振荡，光强讯速增大,并输出。“开”。脉冲输出后, 腔内光场迅速减弱(Ｉ０)，染料又恢复了吸收特性，将腔关闭。上述过程不断重复。
锁模原理 1.激光器中多纵模振荡的非相干叠加 2.锁定谐振腔中各个纵模的相差（恒定），多纵模产生相干叠加，使激光器输出的瞬时光强是在时间上有规则的等间隔的短脉冲序列（属多光束干涉）
固体激光器中振荡模数(2N+1)可达103-104
气体激光器线宽~109Hz ，脉冲宽度
~10-9s ，固体激光器线宽~1012Hz ，脉冲宽度~10-12s 第四章 光辐射探测技术
1．光探测的物理效应
（1）掌握内、外光电效应的特点与规律
（2）了解光热效应
光电发射效应——外光电效应（器件：光电管、光电倍增管）
指光照下,物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象。 爱因斯坦方程：??λνE hc E h E k -=-=
E k 为光电子的动能，?E 为光电发射体的功函数。 外光电效应条件：??
λνE ,0hc
h E E k ≤≥?≥
“红限”(截止波长)：)
(24.1)(m ax eV E E hc m ??μλ== 光电导效应——内光电效应之一（器件：光电导管，光敏电阻）
光电导现象——一块半导体材料的体效应
0K时，本征半导体的载流子浓度为零；0K以上时，本征半导体的载流子浓度np=ni20
光照射外加电压的半导体，光子将在其中激发出新的载流子(电子和空穴)——光生载流子,使半导体中的载流子浓度增加了一个量n和p。半导体的电导将增加一个量G——光电导。（条件：外来光子能量大于能隙。）
光电导效应就是光照下探测器的电导率增大的效应，光照越强，光电导越大。
当渡越时间tn小于光生电子的寿命n时, M＞１,光电导效应具有电流增益作用.
光伏效应——内光电效应之二（器件：光电池，光电二极管）光伏现象——两块半导体材料之间的“结”效应
温差电效应——光热效应之一（器件：热电偶）
当两种不同的金属或半导体材料两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势。利用温差电效应,可做成热电偶——用于通过观测电流的大小（正比于△T ），测量热端的温度变化，从而探测入射光信号。
热释电效应——光热效应之二（器件：热释电探测器）
《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 2激光器或Ar +激光器 （写出两种）。 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/m 2。 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/m 2。 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
光电子技术的应用和发展前景 姓名：曾倬 学号：14021050128 专业：电子信息科学与技术 指导老师：黄晓莉
摘要：光电子技术确切称为信息光电子技术，本文论述了一些新型光电子器件及其发展方向 20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输 损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子 产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。
目录 （一）光电子与光电子产业概况 （二）光电子的地位与作用 （三）二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业 （四）国际光电子领域的发展趋势 （五）光电子的应用
（一），光电子及光电子产业概况 光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。 采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。 今天，光电子已不再局限传统意义上的用于光发射、光调制、光传输、光传感等的电子学的一
光电子技术安毓英习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ΩΦd d e e I = ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为A s ，辐射亮度为L e ，面源法线 与l 0的夹角为s ；被照面的面积为A c ，到面源A s 的距离为l 0。若c 为辐射在被照面A c 的入射角，试计算小面源在A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ l 0 S R c L e A s A c l 0 s c 第1.2题图
分子生物学的应用及发展 摘要：本文在文献检索的基础上，对分子生物学的发展简史，基本原理，研究领域等作了简单介绍，阐述了分子生物学在人们日常生活中的应用并结合药学专业着重讨论了其在药学及中药开发发面的应用，并进一步对分子生物学未来的研究技术、方向和前景做了展望。 一前言 生物以能够复制自己而区别于非生物。生命现象最基本的特征是进行“自我更新”。进行“自我更新”体现了一种最高级和最复杂的运动状态。这种运动就是生物机体从环境中摄取物质和能量，以更新本身的物质组成，而山现生长、繁殖，在这样的过程中保证了将自身的特征传给历代；同时也不断地向环境输送一些物质和释放能量。在生物机体的组成物质中，防水分外，有各种无机盐类和各种有机化合物。其中生物大分子——核酸和蛋白质在进行自我更新运动中，以其功能的重要性占第一位。为探索生命现象的本质问题，产生了分子生物学这一学科[1]。 分子生物学(molecular biology)是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，它是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域[2]。 分子生物学的最终目标是远大的，从产生基本细胞行为类型的各种分子的角度，来理解这五类行为类型：生长、分裂、分化、运动和相互作用。即分子生物学力图完整地描述细胞大分子的结构、功能和相互联系，从而理解细胞为什么要采取这种方式[3]。 分子生物学作为一门新兴的边缘学科。它的迅速发展及其在整个生命科学领域的广泛渗透和应用，促使人们对生物学等生命科学的认识从细胞水平进入分子水平。在农业、畜牧、林业、微生物学等领域发展十分迅速，如转基因动植物等。在医学领域，为医学诊断、治疗及新的疫苗、新药物研制等开辟了新的途径，使医学科学中原有的学科发生分化组合，医学分子生物学等新的学科分支不断产生，使医学科学发生了深刻的变革，不认识到这一点就很难跟上科学发展的步伐。 分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。 二分子生物学发展简史 分子生物学的发展大致可分为三个阶段[4-7]：
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： c 2000λννλνλ?=?=?，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， nr r 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。所以，内量子效率ηint 又可以写为： e I h P e I //op(int)ph int νη=Φ==每秒损失的总载流子每秒发射的光子 其中，P op(int)是内部产生的光功率(还没有出腔外)。 对一个在850nm 发射的特定的AlGaAs LED ，τr =50ns ，τnr =100ns 。在100mA 的电流下，内部产生的光功率是多少？(15分) 2.4 一个InGaAsP-InP 激光二极管的光学腔长为200μm ，峰值辐射在1550nm 处，InGaAsP 的折射率为4。假设光学增益带宽不依赖于泵浦电流并取为2nm 。问： （1）对应于峰值辐射的模数是多少？ （2）腔模之间的间隔是多少？ （3）在这个腔中有多少模式？ （4）这个光学腔两端（InGaAsP 的晶面）的反射系数和反射率是多少？(15分) 2.5 一个商用的InGaAs pin 光电二极管的响应度曲线如下图。它的暗电流为5nA 。 (1) 在1.55μm 波长下，导致二倍暗电流的光电流的光功率是多少？在1.55μm 处，光电探测器的量子效率是多少？ (2) 在1.3μm 波长下，如果入射光功率相同，光电流是多少？在1.3μm 处，光电探测器的量子效率是多少？ (15分)
选择题 1.光通量的单位就是( B )、 A、坎德拉 B、流明 C、熙提 D、勒克斯 2、辐射通量φe的单位就是( B ) A 焦耳(J) B 瓦特(W) C每球面度(W/Sr) D坎德拉(cd) 3、发光强度的单位就是( A )、 A、坎德拉 B、流明 C、熙提 D、勒克斯 4、光照度的单位就是( D )、 A、坎德拉 B、流明 C、熙提 D、勒克斯 5、激光器的构成一般由( A )组成 A、激励能源、谐振腔与工作物质 B、固体激光器、液体激光器与气体激光器 C、半导体材料、金属半导体材料与PN结材料 D、电子、载流子与光子 6、硅光二极管在适当偏置时,其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系,且 动态范围较大。适当偏置就是(D) A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7、2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖,提到光纤以SiO2为材料的主要就是由于( A ) A、传输损耗低 B、可实现任何光传输 C、不出现瑞利散射 D、空间相干性好 8、下列哪个不属于激光调制器的就是( D ) A、电光调制器 B、声光调制器 C、磁光调制器 D、压光调制器 9、电光晶体的非线性电光效应主要与( C )有关 A、内加电场 B、激光波长 C、晶体性质 D、晶体折射率变化量 10、激光调制按其调制的性质有( C ) A、连续调制 B、脉冲调制 C、相位调制 D、光伏调制 11、不属于光电探测器的就是( D ) A、光电导探测器 B、光伏探测器 C、光磁电探测器 D、热电探测元件 12、CCD 摄像器件的信息就是靠( B )存储 A、载流子 B、电荷 C、电子 D、声子 13、LCD显示器,可以分为( ABCD ) A、TN型 B、STN型 C、TFT型 D、DSTN型 14、掺杂型探测器就是由( D )之间的电子-空穴对符合产生的,激励过程就是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A、禁带 B、分子 C、粒子 D、能带 15、激光具有的优点为相干性好、亮度高及( B ) A色性好B单色性好 C 吸收性强D吸收性弱 16、红外辐射的波长为( D )、
分子生物学前沿技术 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
激光捕获显微切割Laser capture microdissection (LCM) technology是在不破坏组织结构，保存要捕获的细胞和其周围组织形态完整的前提下，直接从冰冻或石蜡包埋组织切片中获取目标细胞，通常用于从中精确地分离一个单一的细胞。 背景：机体组织包含有上百种不同的细胞，这些细胞各自与周围的细胞、基质、血管、腺体、炎症细胞或相互粘附。在正常或发育中的组织器官内，细胞内信号、相邻细胞的信号以及体液刺激作用于特定的细胞，使这些细胞表达不同的基因并且发生复杂的分子变化。在状态下，如果同一类型的细胞发生了相同的分子改变，则这种分子改变对于疾病的发生可能起着关键性的作用。然而，发生相同分子改变的细胞可能只占组织总体积的很小一部分；同时，研究的目标细胞往往被其它组织成分所环绕。为了对疾病发生过程中的组织损害进行分子水平分析，分离出纯净的目标细胞就显得非常必要。1996年，美国国立卫生院（NIH）国家肿瘤研究所的[2]开发出激光捕获显微切割技术（Laser capture microdissection ， LCM ），次年，美国Arcturus Engineering公司成功研制激光捕获显微切割系统，并实现商品化销售。应用该技术可以在显微镜直视下快速、准确获取所需的单一细胞亚群，甚至单个细胞，从而成功解决了组织中细胞异质性问题。这项技术现已成为美国“肿瘤基因组解剖计划”的一项支撑技术[1]。 原理：LCM的基本原理是通过一低能脉冲激活热塑膜———乙烯乙酸乙烯酯（ethylene vinylacetate，EVA）膜（其最大吸收峰接近
国际光学与光子学会SPIE简介 SPIE成立于1955年，致力于推动以光为基础的技术，服务了超过170个国家。SPIE 每年组织或赞助近25个大型技术论坛、展览以及培训项目，范围遍及北美、欧洲、亚洲及澳洲。 1957年，出版了第一期SPIE报刊，举办了第一届国家技术研讨会。 1960年，SPIE报刊刊登了第一组技术论文。 1963年，SPIE举办了第一届研讨班形式的会议并出版了第一批会议记录。 1973年，总部从Redondo Beach迁往加州的Palos V erdes。 1975年，协会收入达到50万美元，实现了财政自给。 1977年，成立了协会金牌奖。总部迁往华盛顿Bellingham。 1995年，举办了成立40周年庆典。合作赞助了在西安举办的国际传感器应用与电子器件展览会。 2000年，SPIE会员Zhores I. Alferov因在半导体异质结构和高速光电子学方面的贡献获得诺物理学奖。 2003年，SPIE数字图书馆启动，提供了期刊和会议纪要的七万篇文献。 现在的光学和光电子学大都围绕信息光学展开研究。在集成光信息处理方面，有光计算、光学互连、衍射光学等前沿领域；在成像方面，较热门的技术有光学计算机断层成像和三维共焦成像系统；在光学传感器方面，人们越来越关注三维传感技术；新一代的全息术和光学信息处理技术也亟待开发。同时，信息光学的材料和装置也成为了热门领域。更加偏向应用领域的还有人机接口与显示技术。当然还有很多基础理论问题，如非线性光学、超快光学现象、散射、位相共轭等。 Statement of Purpose SPIE is an international society advancing an interdisciplinary approach to the science and application of light. About the Society SPIE is the international society for optics and photonics founded in 1955 to advance light-based technologies. Serving approximately 180,000 constituents from more than 170 countries, the Society advances emerging technologies through interdisciplinary information exchange, continuing education, publications, patent precedent, and career and professional growth. SPIE annually organizes and sponsors approximately 25 major technical forums, exhibitions, and education programs in North America, Europe, Asia, and the South Pacific. In 2010, the Society provided more than $2.3 million in support of scholarships, grants, and other education programs around the world.
选择题 1.光通量的单位是（ B ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2. 辐射通量φe的单位是（ B ） A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd) 3.发光强度的单位是（ A ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.激光器的构成一般由（ A ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D. 电子、载流子和光子 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且 动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ A ） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好 8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关 A.内加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 摄像器件的信息是靠（ B ）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 显示器，可以分为（ ABCD ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 14.掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带 15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（ B ） A色性好 B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱 16.红外辐射的波长为（ D ）. A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770-1000 nm 17.可见光的波长范围为（ C ）.
光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。 光子学也可称光电子学，它是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学，主要研究光子是如何产生及其运动和转化的规律。所谓光子技术，主要是研究光子的产生、传输、控制和探测的科学技术。现在光子学和光子技术在信息、能源、材料、航空航天、生命科学和环境科学技术中的广泛应用，必将促进光子产业的迅猛发展。光电子学是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软X射线（频率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm）波段的电子学。光电子技术在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后，90年代，其技术和应用取得了飞速发展，在社会信息化中起着越来越重要的作用。光电子技术研究热点是在光通信领域，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技持续发展起着举足轻重的推动作用。国内外正掀起一股光子学和光子产业的热潮。 1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV 1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。 1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。 Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx 1.4一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm）发出激光的功率为2mW。该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm。 求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。 若激光束投射在10m远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。
第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ=-进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图
电子工程系学科设置? 通信与信息系统 信号与信息处理 电磁场与微波技术? 物理电子学 电路与系统 电子工程系教学工作? 年本科开课目录? 年研究生课程目录? 各研究所教研室介绍 信息光电子研究所? 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目? 三、课题组介绍（) 通信与微波研究所? 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目? 三、课题组介绍（) 通信技术方向 电磁场与微波技术方向? 高速信号处理与网络传输研究所 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目 网络与人机语音通信研究所? 一、情况介绍和研究方向? 二、年在研的科研项目 三、研究方向(）? 图象图形研究所 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目
三、联系方式? 电路与系统教研室 一、情况介绍和研究方向? 二、年在研的科研项目? 三、研究方向()
电子工程系学科设置 专业设置 本科生专业： ?电子信息科学类 研究生专业： 一级学科???二级学科 电子科学与技术???物理电子学 ????电路与系统 ??????微电子学与固体电子学 ??????电磁场与微波技术 信息与通信工程??通信与信息系统 ??????信号与信息处理 ????电子与通信工程（工硕） 通信与信息系统 学科方向：通信与信息系统 研究课题:、信息传输与接入 、数字信号处理与终端技术 、无线通信技术与系统 、通信网络与交换技术 、通信与信息系统的仿真与集成 依托国家重点实验室及相关学术领域： 微波与数字通信国家重点实验室、集成光电子学国家重点实验室 系内:微波与天线、信息光电子与光电子学、电路与系统、信号与信息处理 跨系、所:微电子学研究所、计算机科学与技术系、自动化系、电机工程与应用电子技术系、工程力学系、材料科学与工程系
第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ， 且 ()??? ? ??+-=-===Ω?2200 0212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ2 20012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: 强度定义:Ω Φ= d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背 景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 ΩΦd d e e I = r r e e A dI L θ?cos = l 0 S R c 第1.1题图 L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图
激光捕获显微切割Laser capture microdissection (LCM) technology是在不破坏组织结构，保存要捕获的细胞和其周围组织形态完整的前提下，直接从冰冻或石蜡包埋组织切片中获取目标细胞，通常用于从组织中精确地分离一个单一的细胞。 背景：机体组织包含有上百种不同的细胞，这些细胞各自与周围的细胞、基质、血管、腺体、炎症细胞或免疫细胞相互粘附。在正常或发育中的组织器官内，细胞内信号、相邻细胞的信号以及体液刺激作用于特定的细胞，使这些细胞表达不同的基因并且发生复杂的分子变化。在病理状态下，如果同一类型的细胞发生了相同的分子改变，则这种分子改变对于疾病的发生可能起着关键性的作用。然而，发生相同分子改变的细胞可能只占组织总体积的很小一部分；同时，研究的目标细胞往往被其它组织成分所环绕。为了对疾病发生过程中的组织损害进行分子水平分析，分离出纯净的目标细胞就显得非常必要。1996年，美国国立卫生院（NIH）国家肿瘤研究所的[2]开发出激光捕获显微切割技术（Laser capture microdissection ，LCM ），次年，美国Arcturus Engineering公司成功研制激光捕获显微切割系统，并实现商品化销售。应用该技术可以在显微镜直视下快速、准确获取所需的单一细胞亚群，甚至单个细胞，从而成功解决了组织中细胞异质性问题。这项技术现已成为美国“肿瘤基因组解剖计划”的一项支撑技术[1]。 原理：LCM的基本原理是通过一低能红外激光脉冲激活热塑膜———乙烯乙酸乙烯酯（ethylene vinylacetate，EVA）膜（其最大吸收峰
接近红外激光波长），在直视下选择性地将目标细胞或组织碎片粘到该膜上[2]。LCM 系统包括倒置显微镜、固态红外激光二极管、激光控制装置、控制显微镜载物台（固定载玻片）的操纵杆、电耦合相机及彩色显示器。用于捕获目标细胞的热塑膜直径通常为6mm，覆在透明的塑料帽上，后者恰与后继实验所用的标准 0.5ml离心管相匹配。 机械臂悬挂控制覆有热塑膜的塑料帽，放到脱水组织切片上的目标部位。显微镜直视下选择目标细胞，发射激光脉冲，瞬间升温使EVA膜局部熔化。熔化的EVA膜渗透到切片上极微小的组织间隙中，并在几毫秒内迅速凝固。组织与膜的粘合力超过了其与载玻片间的粘合力，从而可以选择性地转移目标细胞。激光脉冲通常持续0.5~5.0毫秒，并且可在整个塑料帽表面进行多次重复，从而可以迅速分离大量的目标细胞。将塑料帽盖在装有缓冲液的离心管上，将所选择的细胞转移至离心管中，从而可以分离出感兴趣的分子进行实验[3]。 EVA膜约100~200μm厚，能够吸收激光产生的绝大部分能量，在瞬间将激光束照射区域的温度提高到90°C，保持数毫秒后又迅速冷却，保证了生物大分子不受损害。采用低能量红外激光的同时也可避免损伤性光化学反应的发生。 优缺点：LCM最显著的优点在于其迅速、准确和多用途的特性。结合组织结构特点以及所需的切割精确度，通过选择激光束的直径大小，可以迅速获取大量的目标细胞。LCM与以显微操作仪为基础的显微切割技术相比[4]，具有以下优点：(1)分离细胞速度快，无需精巧的操作技能；(2)捕获细胞和剩余组织的形态学特征均保持完好，可以较
第一章 1.10 Refractive index (a) Consider light of free-space wavelength 1300 nm traveling in pure silica medium. Calculate the phase velocity and group velocity of light in this medium. Is the group velocity ever greater than the phase velocity? (b) What is the Brewster angle(the polarization angle qp) and the critical angle(qc) for total internal reflection when the light wave traveling in this silica medium is incident on a silica/air interface. What happens at the polarization angle? (c) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when the light beam traveling in the silica medium is incident on a silica/air interface? (d) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/silica interface? How do these compare with part (c) and what is your conclusion? 1.18 Reflection at glass-glass and air-glass interface A ray of light that is traveling in a glass medium of refractive index n1=1.460 becomes incident on a less dense glassmedium of refractive index n2=1.430. Suppose that the free space wavelength of the light ray is 850 nm. (a) What should the minimum incidence angle for TIR be? (b) What is the phase change in the reflected wave when the angle of incidence qi =85 ° and when qi =90° ? (c) What is the penetration depth of the evanescent wave into medium 2 when qi =85 ° and when qi =90° ? (d) What is the reflection coefficient and reflection at normal incidence (qi =0 ° )when the light beam traveling in the glass medium (n=1.460) is incident on a glass-air interface? (e) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/-glass interface (n=1.460)? How do these compare with part (d) and what is your conclusion? 1.20 TIR and polarization at water-air interface
8. 使用棱镜耦合将光耦合进入单模光纤中，若棱镜系统的数值孔径NA 是0.3，光源波长是532.8nm ，如果想要单模光纤与棱镜系统的数值孔径匹配，则其纤芯最大可以是多少？试从结果讨论其可行性。 答：单模光纤需要满足：*.. 2.41a N A c ω<=> 2.41.. a N A λ< =>a<4.28um 一般单模光纤的纤芯在10um 左右，如果纤芯太小，会增加传输损耗，不能进行长距离的传输，所以在设计光纤通信系统时需要注意纤芯以及耦合方式的设计。 15．在弱传导近似下，利用公式（5.97）计算EH 11模和HE 31模的截止条件，并利 用标量模理论解释其物理原因。 对于EH 11模，其截止公式为：1()0J U =，查表得到：U 11=3.832 对于HE 31模，其截止公式为：1()0 J U =（弱传导近似结果）其截至条件为U 11=3.832；这里注意一下由于3(0)0J =所以不能取U=0的根 利用标量模近似分析，EH 11模和HE 31模同属于LP 21模 17．如果在4 1拍长的两个自聚焦透镜对之间的准直光路中插入法拉第旋光器和两个偏振器，就可以做成光纤隔离器，如下图所示，简要说明其原理。 见P211 左侧入射的光束经过聚焦纤维透镜之后成为大致平行的光束，经过0o θ=偏振镜后，偏振方向被调制到与光轴平行，继续经过法拉第旋光器后偏振方向旋转45度，正好通过45o θ=偏振片与另一侧（右侧）聚焦纤维透镜耦合。反射光会再次经过旋光器，偏振继续旋转45度，成为垂直于光轴的方向，不能通过0o θ=的偏振器，从而隔离反射光。 18．（a ）单模光纤在z x -平面内弯曲时产生应力双折射，对于石英光纤有 2)(133.0R a n n n y x -=?-?=δ，这里a 为光纤芯半径，R 为光纤弯曲半径，若用一个光纤圈构成14 波片，0.63m λμ=，m a μ5.62=时，R 应为多大？对于这种弯折
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）2 2c 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。（10分） [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 )。 三、计算题 1、设一对激光能级为E 2和E 1（g 2=g 1），相应的频率为ν（波长为λ），各 能级上的粒子数为n 2和n 1。求 （1）当ν=3000MHz，T =300K 时，n 2/n 1=？ （2）当λ=1μm，T =300K 时，n 2/n 1=？ （2）当λ=1μm， n 2/n 1=时，温度T =？ 解：(1) 999 .03001038.110300010626.6exp exp exp 23634121212=??? ? ???????-=??? ? ??-=???? ??--=--T k h T k E E g g n n B B ν (2)