光電子-填空計(jì)算

1、第二章光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與光場傳播規(guī)律1 填空題（1）光的基本屬性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型現(xiàn)象有光的吸收、發(fā)射以及光電效應(yīng) 等。光波動(dòng)性的典型體現(xiàn)有光的干涉、衍射、偏振等。兩束光相干的條件是頻率相同、振幅方向相同、帀位差恒定，最典型的干涉裝置有楊氏一雙縫干涉、邁克耳孫干涉儀。兩束光相長干涉的條件是（m = 0 1,_2,）聖光程差。兩列同頻平面簡諧波振幅分別為E。/、EO2,位相差為，則其干涉光強(qiáng)為E” E022 2Eo!Eo2 COSA-，兩列波干涉相長的條件為厶，2二m （m二0, _1,_2,）波長的光經(jīng)過孔徑 D的小孔在焦距f處的衍射愛里斑半徑為1.22, 2、在玻璃=2.25,叮

2、 =1）上涂一種透明的介質(zhì)膜以消除紅外線（ =0.75m）的反射。（求該介質(zhì)膜應(yīng)有的介電常量及厚度。如紫外線（ =0.42m）垂直照射至涂有該介質(zhì)膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少?正入射時(shí)，當(dāng)n =門時(shí)，膜系起到全增透作用0.75= 0.153 0.75= 0.153 mh = k04n 4 1.225正入射時(shí)，反射率為血譏）2曲血（昭 7）2血譏）2曲血（昭 7）2前 2細(xì)(n-nG)2cos2血壓心型嚴(yán) n）2sin上022 二 nh血飛）2八2 （業(yè)“sin上022二 nh22応n打（1.0-1.5）2COS 20_扎 4n、3.57%（1.0 1.5）COS2 n，o （1.0

3、 1-5+1 225）2si n2炸兀n 九門0 4n 1.2250 4n5、束波長為 0.5 的光波以 45角從空氣入射到電極化率為 2+ j0.6 的介質(zhì)表面上，求 （此光波在介質(zhì)中的方向（折射角）。( n2 = 1 2 = 3 n 3(6a r c srn1.5 和 2.5。問至少涂覆多少個(gè)雙層才能使鏡面反射系6、輸出波長二632.8 nm的He-Ne激光器中的反射鏡是在玻璃上交替涂覆ZnS和1.5 和 2.5。問至少涂覆多少個(gè)雙層才能使鏡面反射系的，這兩種材料的折射率系數(shù)分別為數(shù)大于 99.5%?r人一(出)2誠設(shè)玻璃的折射率rG 設(shè)玻璃的折射率rG = 1.5由題意:no()GI 7

4、0.995,H 2P HrL1-二曾 _| - 1-二曾 _| - 59975即會(huì) 廠551 . 50.0025 (-)2P1.997531.5(|)2P.7吩10.29P：5145故至少涂覆6個(gè)雙層。第三章激光原理與技術(shù)1、填空(1)最早的電光源是炭弧光燈，最早的激光器是196年由美國家的梅曼制作的紅寶石激光器。光在各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)復(fù)極化率的實(shí)部表示色散與頻率的關(guān)系虛部表示物質(zhì) 收與頻率的關(guān)系。激光器的基本結(jié)構(gòu)包括激光工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔。激光產(chǎn)生的充分條件是閾值條件和增益飽和效應(yīng)，必要條件包括粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和減少振蕩模式數(shù)。1、填空(1)最早的電光源是炭弧光燈，最早的激光器是1

5、96年由美國家的梅曼制作的紅寶石激光器。光在各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)復(fù)極化率的實(shí)部表示色散與頻率的關(guān)系虛部表示物質(zhì) 收與頻率的關(guān)系。激光器的基本結(jié)構(gòu)包括激光工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔。激光產(chǎn)生的充分條件是閾值條件和增益飽和效應(yīng)，必要條件包括粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和減少振蕩模式數(shù)。今有一個(gè)球面諧振腔，門=15m,r2=-1m, L=80cm,它屬于穩(wěn)定腔。3、計(jì)算與推導(dǎo)(入二 0.5 卩 m 時(shí)，什么溫度下自發(fā)輻射率與受激輻射率相等？ T=300K 時(shí)，什么波長下 自發(fā)輻射率相等？自發(fā)輻射率為A21,受激輻射率為W21。Wr二B21( 21)。A218 二 hn21Bc由愛因斯坦關(guān)系式可知:由普朗克公式可

6、知：C3由題意心W21，故旳(*)十1,k In 2he _ 6.63 汩 4 3 108k In 21.38 10八3 0.5 10八 0.6931=4.16 103K當(dāng) T=300K 時(shí)hekT In 26.63 101.38 20341086.932 10 m300 0.6931(2)He-Ne激光器的反射鏡間距為02m,求最靠近6328nm躍遷譜線中心的縱模階數(shù)、縱 模頻 率間隔。如果增益曲線寬度為1.5 109 Hz,則可能引起的縱模總數(shù)是多少？氣體的折射率 n： 12nL 2 1 0.2 5q 632.8 10=632 10扎c 3 108縱模頻率間隔一q二二 =7.5 108 H

7、z2nL 2 1 0.2實(shí)際振蕩縱模總數(shù)如彳卷卜辟一 紅寶石激光器的工作物質(zhì)有特性：N2 - N= 5 107/cm3、300K處，12 1O11Hz,飛=3 10s, - =4.326 10uHz, n=1.78，求其在中心頻率處的增益 g( )系數(shù) G(.)解: GNN 8i 8羔解: GNN 8i 8羔 22齊=5 107(308 02 28 1.782 1 0： 4.326 10口)212 1011=5.035 102/cm第四章 光波導(dǎo)技術(shù)基礎(chǔ)1、某光纖傳輸?shù)牟ǘ螢?.8 0.9J m。若每一路電話帶寬為4kHz,每套彩電節(jié)目帶寬10MHz,則 該光纖理論上可傳送多少路電話或多少套彩

8、電節(jié)目？解：光纖傳輸?shù)念l率 f 故它傳輸波段為 3.333 1014 3.75 1014,4-0.417 1014,能傳播的電話數(shù)目弘二041714能傳播的電話數(shù)目弘二0417141.04 10104 漢 103能傳播的彩電數(shù)目2= 0.417 104.17 10610勺07、設(shè)有一平面介質(zhì)波導(dǎo)，各層折射率分別為ni二221,吐=2.1, n3 =1,波導(dǎo)層厚度dnm。3 _若總反射相移為2，則當(dāng)入射光波長為1.31m時(shí)，波導(dǎo)中能傳輸?shù)哪Ｊ娇倲?shù)是多少？2要想傳輸單漠,波導(dǎo)層厚度應(yīng)如何設(shè)計(jì)？若要傳輸1.555的入射激光，重復(fù)、的計(jì)算。解：歸一化頻率2.21 -2.1 2 4.8356-n2 解：

9、歸一化頻率2.21 -2.1 2 4.8356-22=2 4.6 10打 *1.31X0傳播模數(shù)m J （V -士H故傳播模式總數(shù)為5。由題意 m：1 得傳播模數(shù)m J （V -士H故傳播模式總數(shù)為5。由題意 m：1 得產(chǎn)2（八12V 1 .75 得 d =075?4.8356二-0.75二）=4.0856H13）121.665m歸一化頻率V二空g廠？二綣462.21 八2.1 240869 :1.55X01傳播模數(shù) m （ V -士 于住14.0869二-0.75二）=3.3369兀故傳播模式總數(shù)為4。由題意 m：由題意 m：1得丄（V-些）12V 1 . 7 5得d =1.970m,刊52

10、,刊52,n128、波長為1-Am的光射入單模階躍折射率光纖，其芯區(qū)與包層折射率分別為n =1.422（1）若將其至于空氣（折射率為1）中，則其數(shù)值孔徑、最大入射角及芯徑分別為多少？ 若將其置于水（折射率為1. 33）中呢？解：數(shù)值孔徑N.Anf-nj 1.52 -1.42 2 0.542NA二 nsin ax得max=arcs in0.542 =32.82由于是單模傳播，故 V：2.4 05.n2 於數(shù)值孔徑N.A. nj - n22 二.1.52 -1.42 2 0.5422a 2.40501.836 5N A二 n Si nmax 得0.542 o0.542 omax = arcsin

11、=o 24.051.33由于是單模傳播，故V ：2.4 052 a 22:ni:ni門 2 :2.4050= 1.836Jn2 = 1.836Jn2 -n；1兀9、波長匸55的光從空氣中射入纖芯直徑8m、纖芯折射率厲邛.458的單模階躍折射率光纖中,458求若包層折射率 壓=1.448，求其數(shù)值孔徑與最大入射角包層折射率應(yīng)在何范圍內(nèi)方能維持單模傳輸？得出包層折射率為n2= 1.453時(shí)的模式有效折射率。得出最大入射角n0 sin 爲(wèi)=0.17 得八 arcsin0.17 =9.815。0ma由歸化頻率V 二 N.A. 2.4050解：數(shù)值孔徑N.A.f、 ri1-ri22=、 1.458 -1

12、.448 2 0.1712- 28 io廠 1.4582二 n2: : 2.4051.55 102n2 1.450由歸化傳播常量在弱導(dǎo)條件 n n2QfPn二由歸化傳播常量在弱導(dǎo)條件 n n2QfPn二2 2門12k0n2和-：亦2 22=koni 1 -(1-b)V2 0.5k0n12a2 2得出有效折射率neff 口 =1.458第五章 光調(diào)制技術(shù)光信息系統(tǒng)的信號(hào)加載與控制第五章 光調(diào)制技術(shù)光信息系統(tǒng)的信號(hào)加載與控制1215、 某晶體在550nm時(shí)的畑。腫無外場時(shí)的主折射率為1.58，求其半波電壓解：V 3芫2676.5Vk0no 632no *6316、 一個(gè)拉曼一奈斯聲光調(diào)制器，晶體折射率為n=1.46，聲波速度v =595io m/s瀕率為10MHz，光波波長一，證明最大聲光耦合長度為，并求該晶體的最大聲光耦合長度。1上2將數(shù)據(jù)代入得: LmaxnV2將數(shù)據(jù)代入得: LmaxnV22宀2=0.1667m1.46 (5.95 103)22 1