光電子技術(shù)課后答案

第二章:⒉在玻璃上涂一種透明的介質(zhì)膜以消除紅外線的反射。⑴求該介質(zhì)膜應(yīng)有的介電常量及厚度。⑵如紫外線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？⑴正入射時(shí)，當(dāng)時(shí)，膜系起到全增透作用，正入射下相應(yīng)的薄膜厚度最薄為⑵正入射時(shí)，反射率為⒌一束波長(zhǎng)為0.5的光波以角從空氣入射到電極化率為的介質(zhì)表面上，求⑴此光波在介質(zhì)中的方向（折射角）。⑵光波在介質(zhì)中的衰減系數(shù)。⑴由得⑵衰減系數(shù)⒍輸出波長(zhǎng)＝632.8的He-Ne激光器中的反射鏡是在玻璃上交替涂覆ZnS和形成的，這兩種材料的折射率系數(shù)分別為1.5和2.5。問(wèn)至少涂覆多少個(gè)雙層才能使鏡面反射系數(shù)大于99.5％？設(shè)玻璃的折射率＝1.5由題意：，即即故至少涂覆7個(gè)雙層。第三章:2．試簡(jiǎn)單說(shuō)明以下光電子學(xué)術(shù)語(yǔ)的科學(xué)含義：⑴受激輻射(畫出二能級(jí)圖)處于激發(fā)態(tài)E2上的原子，在頻率為υ21的外界光信號(hào)作用下，從E2能級(jí)躍遷到E1能級(jí)上，在躍遷過(guò)程中，原子輻射出能量為、與外界光信號(hào)處于同一狀態(tài)的光子，這兩個(gè)光子又可以去誘發(fā)其他發(fā)光粒子，產(chǎn)生更多狀態(tài)相同的光子，這樣，在一個(gè)入射光子作用下，就可以產(chǎn)生大量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同的光子，這一發(fā)射過(guò)程稱為受激發(fā)射過(guò)程。⑵譜線的多普勒加寬多普勒展寬是由于氣體物質(zhì)中作熱運(yùn)動(dòng)的發(fā)光粒子所產(chǎn)生的輻射的多普勒頻移引起的。⑶譜線的自然加寬自然加寬是由于粒子存在固有的自發(fā)躍遷，從而導(dǎo)致它在受激能級(jí)上壽命有限所形成的。⑷光放大光束在激活介質(zhì)中傳播時(shí)，設(shè)入射端面處光強(qiáng)為,距離x處光強(qiáng)為，且，則可見(jiàn)光強(qiáng)在激活介質(zhì)中不斷放大，為此，我們引入激活介質(zhì)的增益系數(shù)式中，是傳播距離時(shí)的光強(qiáng)的增量。這說(shuō)明：介質(zhì)的增益系數(shù)在數(shù)值上等于光束強(qiáng)度在傳播單位長(zhǎng)度的距離時(shí)，光強(qiáng)增加的百分?jǐn)?shù)。由于，因而，所以可以表示光在激活介質(zhì)當(dāng)中的放大特性。⑴λ＝0.5μm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(zhǎng)下自發(fā)輻射率相等？自發(fā)輻射率為A21，受激輻射率為W21。。由愛(ài)因斯坦關(guān)系式可知：，由普朗克公式可知：，由題意A21＝W21，故，當(dāng)T=300K時(shí)，⑵He-Ne激光器的反射鏡間距為0.2m，求最靠近632.8nm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Hz,則可能引起的縱模總數(shù)是多少？氣體的折射率由得縱模頻率間隔實(shí)際振蕩縱?？倲?shù)⑶紅寶石激光器的工作物質(zhì)有特性：、300K處，，，，n=1.78,求其在中心頻率處的增益系數(shù)。4．簡(jiǎn)述題⑴簡(jiǎn)述激光的特點(diǎn)。激光的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：①激光具有激光極好的方向性②激光的單色性非常好③激光的相干性好④激光具有極高的亮度和單色亮度。信息光電子技術(shù)中所用的光源，著重單色性、高速脈沖性、方向性、可調(diào)諧性和高能量密度等。激光正是滿足這些條件的最好的光源。⑶試推導(dǎo)愛(ài)因斯坦關(guān)系式。設(shè)一個(gè)原子系統(tǒng)有兩特定能級(jí)、，（<），其簡(jiǎn)并度分別為、，若原子系統(tǒng)在溫度T處于熱平衡狀態(tài)，、能級(jí)的原子數(shù)密度分別為、，則原子系統(tǒng)從輻射場(chǎng)中吸收能量后，單位時(shí)間內(nèi)從躍遷到能級(jí)的原子數(shù)為式中，表示熱平衡狀態(tài)下光輻射場(chǎng)的能量密度。處于上的原子，可以通過(guò)自發(fā)輻射與受激輻射兩種途徑躍遷至上，單位時(shí)間內(nèi)，的原子數(shù)為由于系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，則應(yīng)有以下關(guān)系式成立即因而有又由于在熱平衡狀態(tài)下，、按照玻爾茲曼分布式中，K為玻爾茲曼常量。于是有在熱平衡條件下，光輻射的能量密度又可由普朗克公式給出式中，為真空光速，于是比較上述兩式，可知這即為愛(ài)因斯坦關(guān)系式。⑷為什么二能級(jí)系統(tǒng)不能產(chǎn)生激光？（畫出二能級(jí)圖）當(dāng)外界激勵(lì)能量作用于二能級(jí)體系物質(zhì)時(shí)，首先建立起自發(fā)輻射，在體系中有了初始光輻射之后，一方面物質(zhì)吸收光，使減少、增加；另一方面由于物質(zhì)中存在輻射過(guò)程，使減小、增加，兩種過(guò)程同時(shí)存在，最終達(dá)到＝狀態(tài)，光吸收和受激發(fā)射相等，二能級(jí)系統(tǒng)不再吸收光，達(dá)到所謂的自發(fā)輻射狀態(tài)，這種狀態(tài)下不再繼續(xù)增加；即便采用強(qiáng)光照射，共振吸收和受激發(fā)射以相同的概率發(fā)生，也不能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。⑺分析激光產(chǎn)生的條件。激光產(chǎn)生的兩個(gè)必要條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和減少振蕩模式數(shù)，要形成穩(wěn)定的激光輸出還要滿足起振和穩(wěn)定振蕩兩個(gè)充分條件。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布指能級(jí)上的粒子數(shù)分布滿足條件，相應(yīng)地有，表示光束在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)下的工作物質(zhì)中的工作物質(zhì)中傳播時(shí)，光能密度將不斷增加。我們稱這種狀態(tài)的物質(zhì)為激活介質(zhì)。要想得到方向性很好、單色性很好的激光，僅有激活介質(zhì)時(shí)不夠的，這是因?yàn)椋旱谝唬涸诜崔D(zhuǎn)分布能級(jí)間的受激發(fā)射可以沿各個(gè)方向產(chǎn)生，且傳播一定的距離后就射出工作物質(zhì)，難以形成極強(qiáng)的光束；第二，激發(fā)處的光可以有很多頻率，對(duì)應(yīng)很多模式，每一模式的光都將攜帶能量，難以形成單色亮度很強(qiáng)的激光。欲使光束進(jìn)一步加強(qiáng)，就必須使光束來(lái)回往復(fù)地通過(guò)激活介質(zhì)，使之不斷地沿某一方向得到放大，并減少振蕩模式數(shù)目。由于光束在腔內(nèi)多次的來(lái)回反射，極少頻率的光滿足干涉相長(zhǎng)條件，光強(qiáng)得到加強(qiáng)，頻率得到篩選，特別是在諧振腔軸線方向，可以形成光強(qiáng)最強(qiáng)、模式數(shù)目最少的激光振蕩，而和軸線有較大夾角的光束，則由側(cè)面逸出激活介質(zhì)，不能形成激光振蕩。光在諧振腔內(nèi)傳播時(shí)，由于<1，光在鏡面上總有一部分投射損失，且鏡面和激活介質(zhì)總還存在著西都、散射等損失，因而只有光的增益能超過(guò)這些損失時(shí)，光波才能被放大，從而在腔內(nèi)振蕩起來(lái)，這就是說(shuō)，記掛更年期必須滿足某個(gè)條件才能“起振”，稱這個(gè)條件為振蕩閾值條件。往返一次光束強(qiáng)度變化過(guò)程為，于是如果，則光束通過(guò)激活介質(zhì)振蕩一次后，強(qiáng)度減小，從而多次振蕩后光強(qiáng)將不斷衰減，因而無(wú)法形成激光振蕩；若，則隨著振蕩的不斷進(jìn)行，光強(qiáng)逐漸加強(qiáng)，形成有效的激光振蕩。課件，形成激光振蕩的條件為于是，激光振蕩必須滿足的最起碼條件為由之可得增益的閾值為又于是由此還可推出激光振蕩的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)閾值公式理論和時(shí)間結(jié)果表明：當(dāng)入射光強(qiáng)度足夠弱時(shí)，增益系數(shù)與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，是一個(gè)常量；而當(dāng)入射光強(qiáng)增加到一定成都時(shí)，增益系數(shù)將隨光強(qiáng)的增大而減小，即應(yīng)寫為。這種隨著的增大而減小的現(xiàn)象，稱為增益飽和效應(yīng)。它是激光器建立穩(wěn)態(tài)振蕩過(guò)程的穩(wěn)定振蕩條件。設(shè)想某種工作物質(zhì)在泵浦作用下（無(wú)外加光場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即當(dāng)外加光強(qiáng)出現(xiàn)時(shí)，感應(yīng)了的受激發(fā)射和的受激吸收，兩種過(guò)程的概率相等（）,由于，因而的粒子數(shù)大于的粒子數(shù)，其結(jié)果使新平衡下的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，變??；由于外加光場(chǎng)越強(qiáng)，造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的減少就越嚴(yán)重，因而隨著往返振蕩，不斷增大，使得不斷減小，知道光所獲得的增益恰好等于在激光腔內(nèi)的損耗，就建立了穩(wěn)態(tài)的振蕩，形成了穩(wěn)定的激光輸出。⒂分別簡(jiǎn)述幾種常見(jiàn)的激光鎖模實(shí)現(xiàn)方法。激光器一般有多個(gè)不同的振蕩模式，他們本身是不關(guān)聯(lián)、非相干的，起振幅與相位彼此獨(dú)立；如果能使得各個(gè)獨(dú)立模式在時(shí)間上同步、振蕩相位一致，則總光場(chǎng)是各個(gè)模式光場(chǎng)得相干疊加，輸出為一超短脈沖，且殘余相干得模越多，不均于分布越尖銳，則脈寬越窄、峰值功率越高。這種通過(guò)把激光中所有的模耦合在一起并把各個(gè)模的彼此相位關(guān)系鎖定得方法稱為鎖模，相應(yīng)得技術(shù)稱為鎖模技術(shù)。實(shí)現(xiàn)鎖模的方法有很多，大致分為一下幾類：⒈主動(dòng)鎖模是一種內(nèi)調(diào)制鎖模，通過(guò)在腔內(nèi)插入一個(gè)電光或聲光調(diào)制起實(shí)現(xiàn)模式鎖定，要求調(diào)制頻率精確地等于激光器的縱模間隔，從而使所有參與振蕩的模式相位同步的鎖模技術(shù)。⒉被動(dòng)鎖模類似染料被動(dòng)開(kāi)關(guān)，把很薄的可飽和吸收染料盒插入自由運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)激光器諧振腔環(huán)路中點(diǎn)，使相反方向的兩個(gè)脈沖精確同步地到達(dá)吸收體，發(fā)生碰撞，產(chǎn)生相干疊加效應(yīng)，從而獲得有效鎖模的碰撞鎖模方式。⒊自鎖模這是一種通過(guò)增益調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模的方法。用一臺(tái)鎖模激光器的序列脈沖輸出泵浦另一臺(tái)激光器，在兩個(gè)激光器光腔長(zhǎng)度相等的情況下，激光器的增益收到調(diào)制，在最大增益時(shí)形成一個(gè)脈沖更窄的序列脈沖輸出，這就是自鎖模技術(shù)，或稱同步鎖模技術(shù)。⒃激光選模技術(shù)分哪幾類？采取某些手段限制參與振蕩的模式數(shù)目，有關(guān)技術(shù)稱為激光選模技術(shù)，一般分為四類：一是激光譜線選擇，二是激光偏振選擇，第三類時(shí)壓縮振蕩激光束的發(fā)散角、從而改善其方向性的橫模選擇技術(shù)，第四類是用于限制振蕩激光頻數(shù)目的縱模選擇技術(shù)。第四章:⒈HYPERLINK某光纖傳輸?shù)牟ǘ螢?。若每一路電話帶寬為，每套彩電?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電節(jié)目？光纖傳輸?shù)念l率,故它傳輸波段為，,能傳播的電話數(shù)目能傳播的彩電數(shù)目⒋推導(dǎo)三層平板波導(dǎo)TM模本征方程。由于，由麥克斯韋方程將場(chǎng)的橫向分量用縱向分量表示得對(duì)于橫磁波，即的波，可得由此可見(jiàn)，TM波只有唯一的橫向磁場(chǎng)分量。對(duì)TM波僅需求解波動(dòng)方程由于僅有分量，因而波動(dòng)方程簡(jiǎn)化為：波導(dǎo)層襯底層覆蓋層于是其滿足導(dǎo)波條件及邊界條件及處、連續(xù)的模場(chǎng)表達(dá)式為式中且有此式即為TM模的本征方程。⒌推導(dǎo)四層平板波導(dǎo)TE模場(chǎng)分布表達(dá)式及其本征方程（設(shè)厚襯底層2上生長(zhǎng)波導(dǎo)層1，1上覆緩沖層3，這一結(jié)構(gòu)置于空氣層4中，且）。⒍光纖的基本結(jié)構(gòu)是什么？單獨(dú)的纖芯可否作為光波導(dǎo)？包層的作用是什么？光纖傳輸光的基本原理是什么？什么是傳輸模、輻射模和消逝模？光纖由傳導(dǎo)光的纖芯（折射率）和外層的包層（折射率）兩同心圓形的雙層結(jié)構(gòu)組成，且。外面再包以一次涂覆護(hù)套和二次涂覆護(hù)套。單獨(dú)的纖芯不能作為光波導(dǎo)，光波導(dǎo)由纖芯和包層共同組成。包層對(duì)纖芯起保護(hù)作用，包括增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度，避免纖芯接觸到污染物，以及減少纖芯表面上由于過(guò)大的不連續(xù)性（即界面兩邊的折射率差別過(guò)大）而引起的散射損耗率。光波在光纖中傳播有3種模式，導(dǎo)模（傳輸模），漏模（泄漏模）和輻射模。導(dǎo)模是光功率限制在纖芯內(nèi)傳播的光波場(chǎng)，又稱芯模。其存在條件是。在纖芯內(nèi)電磁場(chǎng)按振蕩形式分布，為駐波場(chǎng)或傳播場(chǎng)，在包層內(nèi)場(chǎng)的分布按指數(shù)函數(shù)衰減，為衰減場(chǎng)，模場(chǎng)的能量被閉鎖在纖芯內(nèi)沿軸線方向傳播。漏模是在纖芯及距纖壁一定距離的包層中傳播的光波長(zhǎng)，又稱包層模。其存在條件是。在纖芯中的沒(méi)長(zhǎng)能量可通過(guò)一定厚度的“隧道”泄漏導(dǎo)包層中，形成振蕩形式，但其振幅很小，傳輸損耗也很小。輻射模在纖芯和包層中均為傳輸場(chǎng)，其存在條件是。在此條件下，波導(dǎo)完全處于介質(zhì)狀態(tài)，光波在纖芯與包層的界面上因不滿足全反射條件而產(chǎn)生折射，模場(chǎng)能量向包層逸出，光纖失去對(duì)光波場(chǎng)功率的限制作用。⒎設(shè)有一平面介質(zhì)波導(dǎo)，各層折射率分別為=2.21,=2.1,=1,波導(dǎo)層厚度。若總反射相移為，則當(dāng)入射光波長(zhǎng)為時(shí)，⑴波導(dǎo)中能傳輸?shù)哪Ｊ娇倲?shù)是多少？⑵要想傳輸單漠，波導(dǎo)層厚度應(yīng)如何設(shè)計(jì)？⑶若要傳輸?shù)娜肷浼す?，重?fù)⑴、⑵的計(jì)算。⑴歸一化頻率傳播模數(shù)故傳播模式總數(shù)為5。⑵由題意得<1得⑶歸一化頻率傳播模數(shù)故傳播模式總數(shù)為4。⑵由題意得<1得⒏波長(zhǎng)為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，⑴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？⑵若將其置于水（折射率為1.33）中呢？⑴數(shù)值孔徑得由于是單模傳播，故⑵數(shù)值孔徑得由于是單模傳播，故⒐波長(zhǎng)的光從空氣中射入纖芯直徑、纖芯折射率的單模階躍折射率光纖中，求⑴若包層折射率，求其數(shù)值孔徑與最大入射角。⑵包層折射率應(yīng)在何范圍內(nèi)方能維持單模傳輸？⑶包層折射率為時(shí)的模式有效折射率。⑴數(shù)值孔徑最大入射角由得⑵由歸一化頻率<2.405得出⑶由歸一化傳播常量和得出在弱導(dǎo)條件故有效折射率⒒設(shè)計(jì)一個(gè)小型光纖通信系統(tǒng)，用LED

光源，，，多模光纖，，材料色散，。⑴若探測(cè)器最小可探測(cè)功率，光源功率，光纖傳輸損耗為（用dB表示的光纖損耗），輸入輸出耦合損耗共5dB,試求損耗限制的最大傳輸距離。⑵若采用階躍折射率光纖，試計(jì)算由于材料色散與模間色散引起得脈沖展寬。若傳輸脈沖速率為，求色散限制得最大傳輸距離。⑶若采用平方律折射率漸變光纖（），重復(fù)⑵得計(jì)算，并比較結(jié)果。⑴由題意：,又因?yàn)檩斎胼敵鲴詈蠐p失為5dB，⑵由材料色散引起的脈沖展寬由模間色散引起的脈沖展寬波導(dǎo)色散和材料色散相比小的多，故多模波導(dǎo)中光脈沖的總?cè)貉硬顬椋?8.1傳輸脈沖速率為，相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔＝由色散所決定的最大的傳輸距離⑶當(dāng)采用平方率折射率漸變光纖時(shí)，由材料色散引起的脈沖展寬由模間色散引起的脈沖展寬由色散所決定的最大的傳輸距離若采用平方率漸變光纖，則脈沖展寬減小為階躍光纖的，即小約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。采用漸變多模光纖對(duì)于增大光纖傳輸帶寬具有極其重要的意義。第五章:3.什么叫雙折射現(xiàn)象？如何確定單軸與雙軸晶體的光軸？所謂雙折射現(xiàn)象是指光在各向異性介電晶體中傳播時(shí)，分為兩束偏折方向不同的光，向兩個(gè)方向折射。確定晶體的光軸可由波氏面確定，波氏面由兩層曲面組成。兩層曲面通常有四個(gè)公共點(diǎn)，通過(guò)原點(diǎn)和這些公共點(diǎn)連線方向傳播的兩個(gè)波有相同的相速度，這些方向就是光軸的方向。6.畫出正單軸晶體在不同界面與光軸取向關(guān)系下雙折射情況示意圖。參看教材附圖7.正單軸晶體的折射率、的大小關(guān)系如何？寫出其折射率橢球表達(dá)式，并畫出正單軸晶體波氏面截面圖。正單軸晶體，其折射率橢球方程為8.簡(jiǎn)述電光衍射與聲光衍射發(fā)生的物理機(jī)制。通常我們認(rèn)為一個(gè)材料的介電常量與外場(chǎng)無(wú)關(guān)，為恒值，但理論和試驗(yàn)均證明，介電常量是隨電場(chǎng)強(qiáng)度而變化的，只不過(guò)一般情況下外加電場(chǎng)較弱，我們可以作弱場(chǎng)近似，認(rèn)為介電常量與電場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)；但當(dāng)光介質(zhì)的兩端所加外加電場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，介質(zhì)內(nèi)的電子分布狀態(tài)將發(fā)生變化，以致介質(zhì)的極化強(qiáng)度以及折射率也各向異性地發(fā)生變化。此外，這種效應(yīng)遲豫時(shí)間很短，僅有量級(jí)，外加電場(chǎng)地施加或撤銷導(dǎo)致地折射變化或恢復(fù)瞬間即可完成。聲波的應(yīng)變場(chǎng)也能改變某些類型晶體地折射率，由于聲波的周期性，會(huì)引起折射率的周期性變化，產(chǎn)生類似于光柵的光學(xué)結(jié)構(gòu)，超聲波引起晶體的應(yīng)變場(chǎng)，使射入晶體中的光波被這種彈性波衍射。9.簡(jiǎn)述磁光偏轉(zhuǎn)與天然雙折射之間的區(qū)別。天然旋光效應(yīng)與磁光效應(yīng)的本質(zhì)區(qū)別在于：光束返回通過(guò)天然旋光介質(zhì)時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度與正向入射時(shí)相反，因而往返通過(guò)介質(zhì)的總效果是偏轉(zhuǎn)角為零；而由于磁致旋光方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)，而與光的傳播方向無(wú)關(guān)，因而光往返通過(guò)法拉第旋光物質(zhì)時(shí)，偏轉(zhuǎn)角度增加一倍。12.用鏡面反射模型分析形成聲光布拉格衍射的條件。參考圖5-17。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，暫且不考慮這些反射鏡的移動(dòng)。在某一給定方向上發(fā)生衍射的必要條件是：在同一鏡面上的各點(diǎn)對(duì)該方向衍射有貢獻(xiàn)的反射波必須同相，以產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉?？紤]圖中的C和B兩點(diǎn)，欲在角方向產(chǎn)生衍射，則要求光程差是光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即()顯然，只有當(dāng)時(shí)，同一鏡面上的所有點(diǎn)才能同時(shí)滿足這一條件，由此得即要求入射角等于衍射角。除此以外，還要求從光波穿過(guò)的任意兩等價(jià)聲波波陣面的反射光沿該方向同相疊加。在圖中，欲使從相隔的兩個(gè)聲波波陣面上的反射波形成同一光波波面，其光程差必須等于光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，在條件下，即有（）當(dāng)一定時(shí)，若角滿足1級(jí)（m=1）衍射光條件，就不可能出現(xiàn)其他高級(jí)衍射光。于是，在式中取m=1,便得到布拉格衍射條件式中即稱為布拉格角。14.要想用KDP晶體做成z向加電場(chǎng)，45x’向偏振光沿y’向傳播的橫向電光強(qiáng)度調(diào)制器，推導(dǎo)折射率橢球表達(dá)式及輸出光強(qiáng)表達(dá)式，畫出調(diào)制器原理圖，說(shuō)明調(diào)制原理，并畫出其調(diào)制特性曲線。外加電場(chǎng)平行于光軸也就是E的三個(gè)分量中只有不為零，即于是新折射率橢球?yàn)樵O(shè)新主軸相對(duì)舊主軸旋轉(zhuǎn)了角度，則新舊坐標(biāo)系之間有關(guān)系將此式代入上式并整理得要使成為新主軸，則需令交叉項(xiàng)為零，即，由此可得，也就是說(shuō)施加z向電場(chǎng)時(shí)，在新主軸坐標(biāo)系中，折射率橢球方程變?yōu)楦鶕?jù)與n的關(guān)系，并考慮線性電光效應(yīng)引起的折射率引起的折射率變化相對(duì)于原折射率應(yīng)是一個(gè)無(wú)窮小量，可近似得：外加電場(chǎng)方向沿Z軸方向，晶體的主軸x,y軸也將旋轉(zhuǎn)至，方向，入射光沿軸方向入射并與z軸垂直，偏振方向如圖所示，沿x軸。設(shè)入射光經(jīng)起偏片后強(qiáng)度為，于是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)的晶體后，，z兩偏振分量間有相位延遲，于是再經(jīng)過(guò)波片，又引入的相位延遲于是檢偏器出射光總場(chǎng)強(qiáng)為、沿垂直于x方向分量的總和出射光強(qiáng)于是出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比為又將此式代入上式，得：在KDP晶體橫向調(diào)制器中，自然雙折射的影響會(huì)導(dǎo)致調(diào)制光發(fā)生畸變，甚至使調(diào)制器不能正常工作。在實(shí)際應(yīng)用中，主要采用一種“組合調(diào)制器”的結(jié)構(gòu)予以補(bǔ)償。例如：兩塊晶體的z軸和軸互相反相平行排列，中間放置波片。當(dāng)線偏振光沿軸方向入射第一塊晶體時(shí)，電矢量分解為沿z軸方向的光和沿方向的光兩個(gè)分量，當(dāng)它們經(jīng)過(guò)第一塊晶體后，兩束光的相位差：經(jīng)過(guò)波片后，兩束光的偏振方向各旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)第二塊晶體后，原來(lái)的光變成了光，光變成了光，則它們經(jīng)過(guò)第二塊晶體后，其相位差于是，通過(guò)兩塊晶體之后的總相位差為：因此，若兩塊晶體的尺寸、性能及受外界影響完全相同，則自然的雙折射影響即可得到補(bǔ)償。根據(jù)上式，當(dāng)時(shí)，半波電壓為將此式代入上式，得：由于調(diào)制電壓幅值一般遠(yuǎn)小于半波電壓，即，因而上式可近似為設(shè)輸入電壓為正弦調(diào)制電壓，即式中，為調(diào)制電壓幅值，為調(diào)制頻率，于是有畫出與的關(guān)系曲線參看教材附圖。15.某晶體在550nm時(shí)的，無(wú)外場(chǎng)時(shí)的主折射率為1.58，求其半波電壓。17.有一聲光偏轉(zhuǎn)器，以重火石玻璃為聲光介質(zhì)，聲波中心頻率為，帶寬是，入射光束直徑是，查得聲速，求偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)時(shí)間和分辨點(diǎn)數(shù)N。注：此題沒(méi)有用上中心頻率為條件。第七章:8.液晶有何特點(diǎn)？它主要有哪些電光效應(yīng)？主要有哪些應(yīng)用？液晶是介于完全規(guī)則狀態(tài)（如固態(tài)晶體）與不規(guī)則狀態(tài)（如各向同性液體）之間的中間物質(zhì)。總的說(shuō)來(lái)可分為熱致液晶和溶致液晶。熱致液晶是指某些有機(jī)物加熱熔解后，由于加熱破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶；而溶致液晶是指某些有機(jī)物放入一定的溶劑中時(shí)，由于溶液破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶。熱致液晶實(shí)際上是某些有機(jī)物在某一限定溫度范圍內(nèi)的狀態(tài)。在這一溫度范圍的低端，它呈晶狀固體；而在這一溫度的高端，它為清澈的液體；只有在這一限定溫度范圍內(nèi)，它時(shí)淡黃色的混濁液體，并具有固體和流動(dòng)液體的某些光學(xué)特性。液晶材料的結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：它們的分子都具有細(xì)長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)，分子取向與液晶表面狀態(tài)和其他分子有關(guān)。當(dāng)外界的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和溫度稍有變化，分子的排列方向也隨之變化，分子的運(yùn)動(dòng)便會(huì)發(fā)生紊亂，從而使光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。液晶的電光效應(yīng)分類參看教材附圖7-17：液晶顯示器件主要利用液晶的電光效應(yīng)和熱光效應(yīng)。Ⅰ利用向列型液晶動(dòng)態(tài)散射的顯示，目前成功應(yīng)用與臺(tái)式電子計(jì)算機(jī)和鐘表等方面。Ⅱ膽甾型液晶螺旋距變化在顯示方面的應(yīng)用，具體應(yīng)用實(shí)例包括電子束貯存管，像投影等。Ⅲ膽甾型液晶螺旋軸旋轉(zhuǎn)在液晶顯示方面的應(yīng)用，可用于記憶型顯示。Ⅳ賓主相互作用在光閥方面的應(yīng)用，把賓—主混合物放在透明的夾層式液晶盒中，就能夠用電壓開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)制透過(guò)液晶的單色線偏轉(zhuǎn)光。Ⅴ膽甾型液晶在電子照相技術(shù)方面的應(yīng)用，應(yīng)用于電子照相技術(shù)中的靜電潛像可見(jiàn)光。Ⅵ膽甾型液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度變化這一效應(yīng)已被廣泛應(yīng)用于無(wú)損探傷、醫(yī)療顯示、紅外線全息術(shù)、微波全息術(shù)以及各種顯示技術(shù)。9.試說(shuō)明扭曲向列型LCD的特點(diǎn)。向列型液晶也稱絲狀液晶，由長(zhǎng)徑比很大的棒狀分子組成，每一分子的為止雖無(wú)規(guī)則，但從整體來(lái)看，分子軸向著同意方向。由于其各個(gè)分子容易順著長(zhǎng)軸方向自由移動(dòng)，因而與近晶型液晶相比，向列型液晶黏度效，富于流動(dòng)性但仍呈正單軸警惕的雙折射性質(zhì)。第八章:7.光衰減器主要分哪幾類？簡(jiǎn)述各類的基本工作原理。根據(jù)不同的光信號(hào)傳輸方式，可將光衰減器分為單模光衰減器和多模光衰減器；根據(jù)不同的光信號(hào)接口方式，可分為尾纖式光衰減器和連接器端口式光衰減器；根據(jù)不同的衰減方式又可分為固定式光衰減器和可變光衰減器。根據(jù)光衰減器的原理，可將其分為：⑴位移型光衰減器當(dāng)兩段光纖進(jìn)行連接時(shí)，纖芯錯(cuò)位、端面間隙都會(huì)引起連接器損耗。反過(guò)來(lái)，將光纖的對(duì)中精度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就可以控制連接時(shí)的衰減量。位移型光衰減器就是根據(jù)這個(gè)原理，有意讓光纖在對(duì)接時(shí)發(fā)生一定錯(cuò)位，使光能量損失一些，從而達(dá)到控制衰減量的目的。⑵直接鍍膜型光衰減器這是一種直接在光纖的端面或玻璃基片上鍍制金屬吸收膜或反射膜來(lái)衰減光能量的衰減器。⑶衰減片型光衰減器衰減片型光衰減器是一種將具有吸收特性的衰減片通過(guò)機(jī)械裝置直接固定在光纖的端面上或準(zhǔn)直光路中得到的光衰減器。光信號(hào)經(jīng)過(guò)節(jié)距自聚焦透鏡準(zhǔn)直、衰減片衰減后，再被第二個(gè)自聚焦透鏡聚焦耦合進(jìn)光纖中。使用不同衰減量的衰減片，就可以得到相應(yīng)衰減值的光衰減器。⑷液晶型光衰減器利用了分子軸扭轉(zhuǎn)向列p型液晶。其原理如下：從光纖入射的光信號(hào)經(jīng)自聚焦透鏡后成為平行入射光，該平行光波被分束元件分為偏振面相互垂直的兩束偏振光o光盒e光。當(dāng)它們經(jīng)過(guò)不加任何電壓的液晶元件時(shí)，兩束偏振光同時(shí)旋轉(zhuǎn)后再被另一個(gè)與光軸成的分束元件合為一束平行光，由第二個(gè)自聚焦透鏡耦合進(jìn)光纖；當(dāng)液晶兩電極加壓后，扭轉(zhuǎn)向列小盒產(chǎn)生晶向傾斜，這使得通過(guò)液晶的部分o光盒e光偏振面旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的那部分偏振光功率為，它們被分束元件匯合成一束平行光出射。隨著外加電場(chǎng)的不斷加強(qiáng)，該部分光功率也逐漸便小，即被自聚焦透鏡耦合進(jìn)入光纖的光信號(hào)也將越來(lái)越小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光線好的衰減。8.光衰減器的性能指標(biāo)有哪些？分別如何定義？光衰減器的性能指標(biāo)主要有衰減量、插入損耗、衰減量精度和回波損耗這四項(xiàng)。⑴衰減量和插入損耗衰減量和插入損耗是光衰減器的重要技術(shù)指標(biāo)。固定光衰減器的衰減量指標(biāo)實(shí)際上就是其插入損耗指標(biāo)要求，取決于金屬蒸鍍膜層的透過(guò)率和均勻性。由布拉格定律可知，透過(guò)率取決于吸收材料的內(nèi)透過(guò)率和它的厚度因此，衰減量A可表示為式中，取決于材料的吸收本領(lǐng)，是波長(zhǎng)的函數(shù)。光衰減器的插入損耗（IL）主要來(lái)源于光纖準(zhǔn)直器的插入損耗和衰減單元的透過(guò)率精度及耦合工藝。⑵光衰減器的衰減精度光衰減器的衰減精度是光衰減器的重要指標(biāo)之一。通常機(jī)械式光衰減器的衰減精度為其衰減量的倍。⑶回波損耗回波損耗RL是影響系統(tǒng)性能的另一重要指標(biāo)。光衰減器的回波損耗是指入射到光衰減器中的光能量和衰減器中沿入射光路反射出的光能量之比，一般由各元件和空氣折射率失配造成的反射引起。⑷頻譜特性在一些特殊的用途中，需要衰減器在一定的帶寬范圍內(nèi)有較高的衰減精度，其衰減譜線具有較好的平坦性。9.光耦合器主要分哪幾類？簡(jiǎn)述各類的基本工作原理。從功能上看，它可分為光功率分配器以及光波長(zhǎng)分配（合/分波）耦合器；從端口形式上劃分，它包括X型（）耦合器，Y型（）耦合器、星形（，）耦合器以及樹(shù)形（，）耦合器等；從工作帶寬的角度劃分，它分為單工作窗口的窄帶耦合器、單工作窗口的寬帶耦合器合雙窗口的寬帶耦合器；由于傳導(dǎo)光模式的不同，它又有多模耦合器合單模耦合器之分；從結(jié)構(gòu)上又可分為分立元件組合型、全光纖型、平面波導(dǎo)型等類。熔融拉錐型全光纖耦合器熔融拉錐法就是將兩根或兩根以上除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫加熱下熔融，同時(shí)向兩側(cè)拉伸，最終形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。波導(dǎo)型光耦合器波導(dǎo)型光耦合器是指利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的一類光光耦合器件，往往是在鈮酸鋰（）等襯底材料上，以薄膜沉積、光刻、擴(kuò)散等工藝將所需的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)制成芯片；芯片與單模光纖的耦合則具有端面直接耦合合通過(guò)迅衰場(chǎng)的表面耦合等基本方法。13光耦合器的性能指標(biāo)有哪幾類？分別如何定義？⑴插入損耗指以分貝表示的第個(gè)輸出端口的光功率相對(duì)全部輸入光功率的減少值（dB）⑵附加損耗所有輸出端口的光功率綜合相對(duì)于輸入光功率以分貝表示的減小值⑶分光比指耦合器各輸出口的輸出功率的比值，常用相對(duì)輸出總功率的百分比來(lái)表示⑷方向性方向性是光耦合器所特有的衡量器件定向傳輸特性的參數(shù)。以標(biāo)準(zhǔn)X形耦合器為例，方向性定義為在耦合器正常工作時(shí)輸入側(cè)非注光端的輸出光功率與全部注入光功率比值的分貝數(shù)式中，為注入光功率，代表輸入側(cè)非注光端的輸出光功率。⑸均勻性用來(lái)衡量均分型光耦合器“不均勻程度”的參數(shù)。定義為在器件的工作帶寬范圍內(nèi)各輸出端口光功率的最大變化量⑹偏振相關(guān)損耗衡量器件性能對(duì)傳輸光信號(hào)偏振態(tài)敏感程度的參數(shù)，速稱偏振靈敏度。是指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生變化時(shí)，器件各輸出端光功率的最大變化量⑺隔離度用于反映WDM器件對(duì)不同波長(zhǎng)信號(hào)分離能力的參數(shù)，指光纖耦合器某一光路對(duì)其他光路中光信號(hào)的隔離能力式中，是某一光路輸出端測(cè)到的其他光路信號(hào)的功率值。13.光隔離器主要分哪幾類？簡(jiǎn)述各類的基本工作原理。根據(jù)光隔離器的偏振特性可將偏振器分為偏振相關(guān)型和偏振無(wú)關(guān)型兩種；根據(jù)隔離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為塊狀型、光纖型、波導(dǎo)型等；根據(jù)其外部結(jié)構(gòu)可分為尾纖型、連接器端口型和微型化型，尾纖型和連接器端口型也稱在線型。14.光隔離器的性能指標(biāo)有哪些？分別如何定義？⑴插入損耗插入損耗是隔離器性能的重要技術(shù)指標(biāo)。主要來(lái)源與偏振起、法拉第旋轉(zhuǎn)器和光纖準(zhǔn)直器的插入損耗。偏振相關(guān)光隔離器的插入損耗表達(dá)式為Wedge型偏振無(wú)關(guān)光隔離器的插損為式中，為自聚焦透鏡折射率，A為自聚焦透鏡聚焦參數(shù)，h為出射o光與e光的間距。⑵反向隔離度反向隔離度是隔離器最重要的指標(biāo)之一，定義為當(dāng)光從隔離器輸出端入射時(shí)，輸入端反向出射光功率與入射光功率的比值，它表征隔離器對(duì)反向傳輸光的衰減能力⑶回波損耗光隔離器的回波損耗也是一個(gè)相當(dāng)重要的指標(biāo)，它指正向入射導(dǎo)隔離器中的光功率與沿輸入路徑返回隔離器輸入端口的光功率之比⑷偏振相關(guān)損耗PDL指當(dāng)輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數(shù)不變時(shí)，器件插入損耗的最大變化量，是衡量器件插入損耗受偏振態(tài)影響程度的指標(biāo)，主要產(chǎn)生在折射率發(fā)生突變的界面上。⑸30dB隔離度帶寬指以30dB帶寬表示的光隔離器能夠覆蓋的工作波長(zhǎng)范圍。⑹偏振模色散PMD指通過(guò)器件的信號(hào)光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。第九章:7.說(shuō)明激光熱致相變RW光盤讀、寫、擦原理。參照教材附圖。近紅外波段的激光作用在介質(zhì)上，能加劇介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中原子、分子的振動(dòng)，從而加速相變的進(jìn)行。因此近紅外激光對(duì)介質(zhì)的作用以熱效應(yīng)為主，其中寫、讀、擦激光與其相變的進(jìn)行。圖的上半部是用來(lái)寫入、讀出及擦除信息的激光脈沖，下半部表示出在這三種不同的脈沖作用下，在介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的相應(yīng)相變過(guò)程。⑴信息的記錄對(duì)應(yīng)介質(zhì)從晶態(tài)C向玻璃態(tài)G的轉(zhuǎn)變。選用功率密度高、脈寬為幾十至幾百納秒的激光脈沖，使光斑微區(qū)因介質(zhì)溫度剎那間超過(guò)熔點(diǎn)而進(jìn)入液相，再經(jīng)過(guò)液相快瘁完成到達(dá)玻璃態(tài)的相轉(zhuǎn)變。⑵信息的讀出用低功率密度、短脈寬的激光掃描信息道，從反射率的大小辨別寫入的信息。一般介質(zhì)處在玻璃態(tài)（即寫入態(tài)）時(shí)反射率小，處在晶態(tài)（即擦除態(tài)）時(shí)反射率大。在讀出過(guò)程中，介質(zhì)的相結(jié)構(gòu)保持不變。⑶信息的擦除對(duì)應(yīng)介質(zhì)從玻璃態(tài)G向晶態(tài)C