光电子技术复习资料

1、红外线的应用：广泛应用于军事、科学研究、工农业生产、医学
和日常生活等各领域。
紫外线的应用：紫外线有显著的化学效应和荧光效应，可用于医
疗杀菌和照相制板等行业。
2、简并度：处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度。
3、玻尔假说：
（1）定态假设：原子中存在具有确定能量的定态，在这些定态中电
子绕核运动不辐射也不吸收电磁能量。
（2）跃迁假设：只有当原子从具有较高能量En的定态跃迁到较低能
量Em的定态时，才能发射一个能量为hv的光子。反之，原子在较
低能量Em的定态，吸收一个能量为hv、频率为v的光子，跃迁到较
高能量En的定态。
4、光与物质原子共振相互作用有三种过程：
（1）自发辐射：
（a）定义：处于高能级E2的原子是不稳定的，即使在没有任何外界
作用的情况下，也有可能自发地跃迁到低能级E1，并且发射一个频
率为v、能量为hv= E2- E1的光子。
（b）发光特点：自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程，各个
原子在自发跃迁过程中是彼此无关的，不同原子产生的自发辐射在频
率、相位、偏振方向及传播方向上都有一定的任意性。因此，自发辐
射光是非相干的荧光，自发辐射光场的能量分布在一个很宽的频率范
围内，平均分配于腔内所有光波模中。
（2）受激辐射：
（a）定义：处于高能级E2的原子，在频率为v、能量为hv=E2-E1
的外来光子的激励下，受激跃迁到低能级E1，并发射一个能量为hv、
且与外来激励光子处于同一光子状态的光子，这两个光子又可以去诱
发其他发光原子，产生更多状态相同的光子。
（b）发光特点：受激辐射是在外界辐射场激励下的发光过程，受激
辐射所发出的光子在频率、相位、偏振方向及传播方向上与激励的光
一致。因此，受激辐射光子与激励光子属于同一光子态，受激辐射光
场是相干的。
5、受激辐射与自发辐射的区别？
6、普线加宽：
由于各种因素的影响，自发辐射所释放的光谱线并非单色，而是
占据一定频率宽度，分布在中心频率v0附近一个有限的频率范围内，
自发辐射的这种现象称为光普线加宽。
7、均匀加宽主要包括 自然加宽、碰撞加宽和振动加宽等，均匀加宽
光谱线形状是洛伦兹型的。
非均匀加宽包括 多普勒加宽与残余应力加宽。
8、产生的条件：
（1）必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。
（2）充分条件：起振和稳定振荡。
9、粒子数反转分布：
一般情况下受激吸收总是远大于受激发射，绝大部分粒子数处于
基态；而如果激发态的粒子数远远多于基态粒子数，就会使激光工作
物质中受激发占支配地位，这种状态就是所谓的工作物质“粒子数反
转分布”状态。又称布局数反转分布。
10、 泵浦源：
（a）定义：要达到粒子数反转分布，需要有一个机构将低能级粒子
抽运到高能级，这个机构就成为泵浦源，泵浦源将粒子从低能级抽运
到高能级的过程成为泵浦。
（b）应用：正是通过泵浦源的工作，才使得某些具有特殊能级结构
的介质发生粒子数反转分布，形成了激活介质，因而，泵浦源是形成
激光器的物质基础之一。
11、 为什么二能级不能实现粒子数反转？
当外界激励能量作用于而能级体系物质时，首先建立起自发辐
射，在体系中有了初始光辐射。之后，一方面物质吸收光，使N1减
小和N2增加，另一方面由于物质中同时存在着辐射过程，使N2减
小和N1增大。两种过程同时存在最终达到N1=N2状态，光吸收和
受激发射相等，二能级系统不再吸收光，达到所谓的自受激透射状态，
这种状态下N2不再继续增加，即便采用强光照射，共振吸收和受激
发射以相同的概率发生，也不能实现粒子数反转。（N1、N2分别为
E1、E2能级的粒子数）
12、 为什么四能级系统的效率比三能级高？
由于E4到E3、E2到E1的无辐射跃迁概率都很大，而E3到E2、
E3到E1的自发跃迁概率都很小，这样，外界激发使E1上的粒子不
断被抽运到E4，有很快转到亚稳态E3，而E2留不住粒子，因而E2、
E3很容易形成粒子数反转，产生hv=E3-E2受激辐射。四能级系统使
粒子数反转很容易实现，激光阀值很低，所以四能级系统的效率比三
能级高。
13、光学谐振腔有稳定腔和非稳定腔之分，非稳定腔是不是不稳定的
腔？原因是什么？
不是。光学谐振腔有稳定腔和非稳定腔之分，腔的稳定性是指腔
损耗傍轴光线的多少，傍轴光线在稳定腔内往返多次而不至于横向逸
出腔外，损耗较低；而在非稳定腔往返有限次后必然从侧面逸出腔外，
因而这类腔具有较高的几何损耗。
14、 高阶横模花样（P40）
15、 半导体能带分为价带、导带及禁带。
16、 光波导分为平板波导（薄膜波导）、矩形波导（条形波导或带状
波导）、圆柱波导。
17、 光纤结构：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层以及涂敷层
和护套。（由内到外）
18、 影响光纤损耗的因素：吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗。
19、 光纤的色散：材料色散、模式色散、波导色散。
20、 旋光现象：
当线偏振光沿光轴方向通过某些天然介质时，它的偏振面会发生
旋转，这一现象称为天然旋光现象。
21、 磁光效应：
有些晶体不具有旋光性质，但在磁场作用下却可表现出旋光特
性，这种人为的旋光现象称为磁光效应。
22、 光电探测的物理效应可以分为三大类：电光效应、光热效应和
波导相互作用效应，并以光电效应应用最为广泛。
23、 内光电效应型探测器主要包括光电导型和光伏型两种。
24、 作图题：

P N

P N
零偏（不加电压）

正偏
反偏
25、 计算题：

P N
P N
（1） n1=1.5 n2=1.48 λ=1.53um 求纤芯选择？
解：单模传输条件：0V=2πa/λ2221nn
a=

(2) λ=1500nm d=800nm n1=n2 求数值孔径最大入射角？
解：NA=2221nn
λsinφmax=NA
Φ
max
=

（3）λ=1300nm n1=1.52 n2=1.42 求NA、φ
max

解：NA=2221nn=

λsinφ
max
=NA

φmax=
（4） R1=-3L讨论R2的取值并判断能够成为稳定腔？
解：根据稳定腔的公式：
0S1=1-L/R1 S2=1-L/R2

S1=4/3
S1S2=4/3(1-L/R2)
即：0<4/3(1-L/R2)<1
R2=