光電子-填空計算

1、第二章光學基礎知識與光場傳播規(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 等。光波動性的典型體現(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膜以消除紅外線（ =0.75m）的反射。（求該介質膜應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膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少?正入射時，當n =門時，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，反射率為血譏）2曲血（昭 7）2血譏）2曲血（昭 7）2前 2細(n-nG)2cos2血壓心型嚴 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 的介質表面上，求 （此光波在介質中的方向（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誠設玻璃的折射率rG 設玻璃的折射率rG = 1.5由題意:no()GI 7

4、0.995,H 2P HrL1-二曾 _| - 1-二曾 _| - 59975即會 廠551 . 50.0025 (-)2P1.997531.5(|)2P.7吩10.29P：5145故至少涂覆6個雙層。第三章激光原理與技術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。光在各向同性介質中傳播時復極化率的實部表示色散與頻率的關系虛部表示物質 收與頻率的關系。激光器的基本結構包括激光工作物質、泵浦源和光學諧振腔。激光產生的充分條件是閾值條件和增益飽和效應，必要條件包括粒子數(shù)反轉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。光在各向同性介質中傳播時復極化率的實部表示色散與頻率的關系虛部表示物質 收與頻率的關系。激光器的基本結構包括激光工作物質、泵浦源和光學諧振腔。激光產生的充分條件是閾值條件和增益飽和效應，必要條件包括粒子數(shù)反轉分布和減少振蕩模式數(shù)。今有一個球面諧振腔，門=15m,r2=-1m, L=80cm,它屬于穩(wěn)定腔。3、計算與推導(入二 0.5 卩 m 時，什么溫度下自發(fā)輻射率與受激輻射率相等？ T=300K 時，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 T=300K 時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?？倲?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實際振蕩縱?？倲?shù)如彳卷卜辟一 紅寶石激光器的工作物質有特性：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 光波導技術基礎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、設有一平面介質波導，各層折射率分別為ni二221,吐=2.1, n3 =1,波導層厚度dnm。3 _若總反射相移為2，則當入射光波長為1.31m時，波導中能傳輸?shù)哪Ｊ娇倲?shù)是多少？2要想傳輸單漠,波導層厚度應如何設計？若要傳輸1.555的入射激光，重復、的計算。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在何范圍內方能維持單模傳輸？得出包層折射率為n2= 1.453時的模式有效折射率。得出最大入射角n0 sin 爲=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條件 n n2QfPn二由歸化傳播常量在弱導條件 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 光調制技術光信息系統(tǒng)的信號加載與控制第五章 光調制技術光信息系統(tǒng)的信號加載與控制1215、 某晶體在550nm時的畑。腫無外場時的主折射率為1.58，求其半波電壓解：V 3芫2676.5Vk0no 632no *6316、 一個拉曼一奈斯聲光調制器，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