光电子学常见问答全解

1. 光电子学? 光电子学是在电子学的基础上吸收了光技术而形成的一门新兴学科， 光电子学是电子技术在光频波段的延续与发展。

是研究光频电磁波场与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的学科，一般理解为“利用光的电子学”。是研究红外光、可见光、紫外光、X-射线直至γ射线波段范围内的光波、电子的科学，是研究运用光子、电子的特性，通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的一门科学。

2. 请说明光电子学具备的特征。光电子学是是研究光频电磁波场与物质中的电子相互作用及其能量相互转换

的学科，一般理解为“利用光的电子学”。 是通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的一门科学。

3. 光电子学所研究电磁波的波长和频率范围? 光电子学是研究红外光、可见光、紫外光、X-射线直至γ射线波段范围内的光波、电子的科学，是研究运用光子、电子的特性。

4. “3T”的含义? 信息的容量今后要达到十的十二次方的位。1信息传输的速率达到每秒太位，即Tb/s。2 信息存储的密度，达到一个Tb, 即Tb/cm2。3 信号的频率要达到十的十二次方赫兹, 即THz。

5. 信息存储、传输的媒介为什么要由电子向光子过渡？ 在信息科技领域，电子学作出了巨大的贡献，但由于其信息属性的局限性而使其进一步发展无论在速度、容量还是在空间相容性上都受到限制，而光子的信息属性却表现出巨大的无可争辨的优越性。光子器件可达10-9~10-12~10-15s;光波频率在1014~1015Hz范围，光子器件通信容量增大1000倍；光子间互不干涉，具有并行处理信息的能力，大幅度提高信息的处理速度；提高光存储的记录密度。

1.光的波粒二向性，光的本性是什么？光可以被看做是波动性和粒子性矛盾的统一体。它是一系列的波，是频率为ν的电磁波；同时又是光子的集合，定频率的光对应一定能量的光子。光的本质是电磁波。

2.电磁光波辐射源 ？光波的辐射主要是原子最外层电子或弱束缚电子的加速运动产生的，因而原子的电偶极矩便是这种光辐射的主要波源。

3.电偶极子? 电偶极子由一对等值异号的电荷组成

4.光的散射? 在入射光频率ω≠电子固有频率ωo的情况下，当过程开始时，电子吸收少量光波能量，引起受

迫振动并放射次波。即使忽略辐射阻尼(即不考虑振子的辐射)，电子位移恒为有限值。因此，在达到稳定状态后，吸收的能量与放射的能量必然达到平衡，即维持稳幅振荡，这种过程称为光的散射。

5.光的吸收? 在ω=ωo的谐振频率处，可以认为初始态的电子吸收一个光子跃迁到高能态，而受激电子又可以放出一个同频率的光子回到初始的低能态。这种过程叫光的吸收与再放射过程。

1.红外光波、可见光波、紫外光、X-射线、?射线的波长范围？相应的频率范围？

2.辐射通量密度: 是描写面源辐射特性的量，是源的单位面积向半球空间发射的辐射功率。 ?P / ?A ，A是辐射源面积。单位是瓦／米2,P是辐射通量

辐射强度：描写点源辐射的功率在空间不同方向上的分布。? P/ ??

辐射亮度: 描述扩展源辐射功率在空间和源表面上的分布情况而引入的量。?2P/ ?A ??cosθ 辐射照度: 描写点源辐射的功率在空间不同方向上的分布。? P/ ?A 3.激光光源与普通光源的主要差别? 4.光的空间、时间相干性? 它们的物理意义? 5.光的相干性能好、差程度分别用什么量衡量?

1..波长λ辐射的视见函数是怎样定义的? 在引起相同的视觉响应条件下，若在λ附近所需要的光谱辐射功率为dPλ，而对λ=555nm所需要的光谱辐射功率为dP555，则定义 Vλ=dP555/dPλ 为波长λ的视见函数(相对光谱视见函数)。

2.在整个电磁波谱范围内，视见函数不等于零的区域是哪个区域? 人眼对波长为555nm的光的视见函数为1，其它波长的视见函数值都小于1，不可见区的视见函数值都等于零，可见区不等于零。

3.斯忒落一玻耳兹曼定律：黑体辐射出射度Meb（T）与热力学温度T的4次方成正比，即Meb（T）＝?T4 ?＝5.670×1O-8W／（m2·K4）。

维恩位移定律：在任何温度下，黑体单色辐射出射度的峰值波长λm与热力学温度T成反比，即λmT＝b，b＝2．898?10-3m·K。

4.普朗克假设。(1)黑体是由带电谐振子组成。这些谐振子辐射电磁波，并和周围的电磁场交换能量。(2)这些谐振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些分立值是最小能量ε的整数倍，而且假设频率为ν的谐振子的最小能量为ε=hν称为能量子，h称为普朗克常数

n?i??1、?1(5.试导出吸收系数α和电导率σ与消光系数χ之间的关系。 ?)?i?2(?)

，n2－χ2＝ε1(ω) 2nχ＝ε2(ω)

?*(?)???i?：α＝2ωχ／c

?－?χ4??v?同理 ? ， 0 ，ε＝ε０（n22n）， 0

n*?(?*/?)12

1本征吸收：半导体吸收了一个能量大于禁带宽度Eg的光子，电子由价带跃迁到导带，这种吸收为本征吸收。激子吸收：从原子吸收谱人们已熟知除电离连续谱区外，还存在着由于原子被激发所产生的分立的吸收谱线。在半导体中，这种受激电子与空穴构成新的系统可以看成一种“准粒子”并称它为激子。杂质吸收：杂质的存在使半导体的吸收光谱发生改变，这种吸收为杂质吸收。

2杂质辐射复合有哪三种方式？

1）电子从导带到施主能级或从受主能级到价带的跃迁，其中辐射跃迁很弱，主要是无辐射跃迁。2）电子从导带到受主能级或从施主能级到价带跃迁。所对应的发光光谱如图所示。

3）施主受主对的辐射跃迁。 3杂质吸收的三种形式？

1）从杂质中心基态到激发态的激发，可以引起线状吸收谱。 2）电子从施主能级到导带或从价带到受主能级的吸收跃迁。 3）从价带到施主能级或从被电子占据的受主能级到导带的吸收跃迁 4夫兰茨－凯尔迪什效应

5自发辐射和受激辐射的根本差别? 产生的辐射性质—相干性有极为重要的差别 6激光器的基本组成有那几部分?它们的基本作用是什么？

能源提供能量，放大器产生跃迁产生激光，反馈电路（光学谐振腔）使受激辐射连续进行，控制输出方向，给光子提供能量。

1非均匀加宽和均匀加宽的区别是什么? 均匀加宽对每个原子来说都是一样的，非均匀加宽的谱线是具有各种中心频率的自然谱线叠加的宽度。

2什么是原子集居数的反转分布? 在热平衡条件下，物质中原子数按能态的分布规律为波尔兹曼分布律N2/g2 =N1/g1exp(-h ν/KT) 。光通过介质时，受激吸收超过受激发射，光束被衰减，介质对光束表现为吸收介质，介质具有负的增益。为使介质具有增益，即为使吸收介质变为增益介质，按N2/g2=N1/g1exp(-hν/KT) 必须满足关系N1/g1 < N2/g2，必须打破热平衡状态。 由式N2/g2 =N1/g1exp(-h ν/KT)可见，只要把T变成-T，即可满足N1/g1 < N2/g2式，使受激发射过程占优势N1/g1 < N2/g2，称为原子集居数的反转分布。

3何谓增益？增益饱和的物理含义？ 增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。当某一频率为νA的光束通过激活介质时，光通量的放大是以消耗反转粒子数为代价的。随着光通量I(νA)的放大，反转粒子数ΔN 将减少，又使增益系数G(ν，ν0)变小，这一现象称为增益饱和效应。

4工作物质能实现能态集居数分布反转的条件是什么? 其内部条件是，工作物质要具有丰富的泵浦吸收带。 其外部条件则是要求泵浦光足够强(即泵浦速率大于激光上能级向下自发跃迁的速率)。

5什么是激光器的阈值条件？阈值泵浦能量？阈值泵浦功率？ 当谐振腔内工作物质的某对能级处于集居数分布反转状态，则频率处在工作物质的谱线宽度内的微弱光会因受激放大而获得增益，使光信号不断增强。使激光器维持在阈值条件下所需的最小泵浦功率，就是阈值泵浦功率Pth，相应的最小泵浦能量，叫作阈值泵浦能Eth。

6为什么三能级系统实现能态集居数分布反转要比四能级系统困难? 三能级系统所需的阈值能量比四能级的大得多。

1非均匀加宽增益和均匀加宽增益饱和的基本特征是什么?

对均匀加宽的介质，其增益饱和效应是整个增益曲线的均匀下降。一个特定频率的光信号使整个线型内所有频率的增益下降。当频率为νA，光通量为I(νA)的准单色光入射到非均匀加宽的增益介质时，使中心频率为νA的那一群反转粒子发生饱和，对中心频率远离νA的反转粒子不发生作用。饱和后的那群反转粒子对总的非均匀加宽增益曲线νA处的增益贡献减小，所以在νA处出现一个增益凹陷，这称为增益曲线的烧孔效应。

2激光的基本特性有那些？ 单色性好 相干性好 方向性好 亮度高 3光学谐振腔有那两种重要作用，请说明这两种作用？

激光振荡器，是从光噪声——自发发射光起振的，由两个反射镜所组成的谐振腔起着正反馈的作用。不需要外来光信号的引入。另一个重要作用是控制振荡光束的特性。激光特性与光腔结构密切相关。

1光在晶体中的传播规律与光在各向同性介质中的传播规律有什么差别?什么叫双折射现象?有什么特点? 晶体的结构具有各向异性，其光学特性也具有各向异性。 一束光入射到方解石晶体上，其出射光通常分成两束，两束光在晶体中的传播方向不同，称晶体的双折射现象。 一束光遵从折射定律，叫寻常光（O光），另一束光不遵从折射定律，叫非常光（e光）。

寻常光和非常光都是线偏振光，二光的偏振方向相互垂直。 2什么是电光效应、声光效应、磁光效应?各有什么特点?

在某些晶体上外加电场后，将改变光在该晶体中传播时所表现的各向异性特性。这种由外加电场引起晶体光学性质发生变化的效应，叫电光效应。

把超声波作用下的介质视为等效的相位光栅，光栅的条纹间隔等于超声波长，当光通过该介质时，就被衍射。衍射光的强度、频率、方向等特性都随着超声场变化。因超声场作用，引起介质光学性质发生变化的效应，叫声光效应

磁光效应指磁场作用于某些介质后，使其光学性质发生变化的效应。

3与无线电调制相比较，光调制有什么特点?简述KDP晶体纵向运用电光强度调制器的工作原理。

把欲传输的信息加载到激光辐射上的过程，叫激光调制。尽管由于激光频率远高于无线电波频率，导致调制