光電子學(xué)教程-張季熊作業(yè)的參考版

1、參考用答案 好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)光電子學(xué)課程作業(yè)光電子學(xué)課程作業(yè)章節(jié)目錄2022-2-303電子科學(xué)與技術(shù)第五章第五章 光輻射的探測光輻射的探測第四章第四章 光輻射在介質(zhì)中波導(dǎo)中的傳播光輻射在介質(zhì)中波導(dǎo)中的傳播第三章第三章 激光振蕩與工作特性激光振蕩與工作特性第二章第二章 介質(zhì)中的光增益介質(zhì)中的光增益第一章第一章 光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)第六章第六章 發(fā)光器件發(fā)光器件第七章第七章 光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件第八章第八章 第八章第八章 光波調(diào)制光波調(diào)制03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上第一章 光與物質(zhì)相互作用

2、基礎(chǔ)1解：T=1500K,=0.5m,折射率為1，得：要使受激輻射超過自發(fā)輻射，則要使 1 ，則有 1 ，即118),(/333kThechtw8102.21kTheII受自受自II自受II)(333whgc 338( )hc 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上SJh341063.6KJK/1038.123HZmsmC1468106105 . 0/103則： )(w3338ch313/1033.1mJs = 又： 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上3解：光視效能： ，光視效率：

3、( )mKVKKm=683Lm/w，則 則輻射能量 Wtee96. 8510. 060293. 0( )VeK11000.293( )683 0.50vemWmKK 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上0Id4. 解：線性函數(shù)表示總輻射功率為的光譜中，其中落在頻率內(nèi)的輻射功率與總功率之比隨頻率的分布情況 。2)(vg 均勻加寬譜線寬度：，半寬頻率處： 212N 非均勻加寬譜線寬度： 21202ln22mckTD半寬功率處：21000)2(2),(21)(kTmvcvvgvgD 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)

4、習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上 6. 輻射出射度： 264841077. 328561067. 5)(mWTTMe輻射通量 ：WAMee16.3010421077. 366輻射強度：14 . 24/srweIe輻射亮度：125103srmWAILee 輻射照度：22222.426.670.3eeeeeAIIIREW mAAAR03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上7. 解：HZc1368111031010103HZc146822106105 . 0103dttdnhtI)()(21 I(t)=1W m10119121105)(hIdttdn

5、 時，越遷粒子數(shù) m5 . 0218221105 . 2)(hIdttdn時，越遷粒子數(shù)03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上21gg 8解：（1）,T=300K, =30000HZ =0.995mHZC1468103101103 (2) =1 =0.142,12nnmkggnnLnKEET625)(211221 (3) =0.1 =1 ,21EEh21222111EEhKTnggeengg21222111EEhKTKTnggeengg03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上9. 經(jīng)典物理

6、觀點：躍遷所發(fā)出的電磁波不是單色波，而是分布在中心頻率附近的一個小的頻率范圍的單色波的組合，在譜圖上正好表現(xiàn)為一定寬度。 量子力學(xué)觀點：由測不準關(guān)系，在某一時刻，粒子所處的能級也是不確定的，即能級不是單一的，躍遷的結(jié)果也就相當發(fā)出了多種不同頻率的光子，形成了譜線寬度。自發(fā)輻射過程中這種增寬效益是不可避免的，也是譜線寬度所能達到的最低值，因而決不存在線寬為0的情況，即不可能發(fā)出絕對的單色光。 由此可見，沒有絕對單一波長的光波存在。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上nm1202cv201cv4220cvNsmC/10380mNv0mNv0m

7、Nv11.解：， ， ， 則：=0.5時，=48HZ=1時，=3HZ=10時，=0.03HZ03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上0mMHZ5103m91025. 212.解: =1.5， = , =v10020012122222cccc03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上cVcVvv/1/10113. 解： 光源發(fā)射光波經(jīng)物體反射回來，將光源作為接收器， 根據(jù)多普勒效應(yīng)，收到的頻率為： 反射回來的光波跟物體是相背運動，則V0，故令V= VC時，返回目錄返回目錄100(1)(1)Vcc

8、100600.6 10cvvvcc 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上第二章介質(zhì)中的光增益第二章介質(zhì)中的光增益1.在增益介質(zhì)中，一束光從在增益介質(zhì)中，一束光從X=0處出發(fā)，光強處出發(fā)，光強為為I0。經(jīng)過。經(jīng)過5CM后光強增加一倍。當光強達到后光強增加一倍。當光強達到8I0時，光所傳播的距離是多少？時，光所傳播的距離是多少？解：利用增益系數(shù)表達式解：利用增益系數(shù)表達式0)(ln1IxIxG當當x5時，時，I(5)=2I(0).當當I(x)=8I(0)時，仍可認為時，仍可認為G屬于小信號增益，則屬于小信號增益，則 則則x=15CM 11ln

9、 2ln 85x03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上2。一光束入射到長為。一光束入射到長為10CM，增益系數(shù)為，增益系數(shù)為0.5CM的工作物質(zhì)中，求出射光強對入射光強的比值。的工作物質(zhì)中，求出射光強對入射光強的比值。 答：答： 利用增益系數(shù)的公式利用增益系數(shù)的公式0)(ln1IxIxG50)(eIIX03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上3。已知某能級的自然寬度為。已知某能級的自然寬度為30MHz，求粒子，求粒子在該能級的自然壽命。當壓強增加使原子在該能級的自然壽命。當壓強增加使原子間

10、的碰撞時間縮短到間的碰撞時間縮短到 s時，粒子在該能時，粒子在該能級上的壽命是多少？級上的壽命是多少？答：答：(1)2AA1S9103 . 5 = 2AA110105 . 1(2)碰撞引起的頻率加寬為碰撞引起的頻率加寬為 又因為 =S91099111010LHZT12H7(3 100) 10HNLHZ 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上4。已知粒子由能級已知粒子由能級E3自發(fā)躍遷到能級自發(fā)躍遷到能級E1,E2的幾率為的幾率為A31,A32,求粒子在能級求粒子在能級E3上的自然壽命。上的自然壽命。答：利用能級平均壽命公式（答：利用能級平均

11、壽命公式（P35）1133 13 2111mmmm jiAAAA03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上5。增益飽和現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是什么？飽和光。增益飽和現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是什么？飽和光強的物理意義是什么？強的物理意義是什么？ 答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)n與入射光強度和頻率有關(guān)。與入射光強度和頻率有關(guān)。根據(jù)根據(jù)P38(式式2122）和）和P40（式（式229），當光強），當光強I很小很小時，時，G(v)可視為跟可視為跟I無關(guān)，值很大。當無關(guān)，值很大。當I較大，相當于光與激較大，相當于光與激活介質(zhì)的作用范圍大，效率高，消耗的粒子多，即活介質(zhì)的作用

12、范圍大，效率高，消耗的粒子多，即n劇減，劇減，故故G(v)也隨之減少，即出現(xiàn)了增益系數(shù)隨光強的增大而下降也隨之減少，即出現(xiàn)了增益系數(shù)隨光強的增大而下降的增益飽和現(xiàn)象。的增益飽和現(xiàn)象。 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)n的飽和將導(dǎo)致增益飽和。設(shè)光強的飽和將導(dǎo)致增益飽和。設(shè)光強I達到達到Is時，時，n開始飽和，稱開始飽和，稱Is為飽和光強。為飽和光強。 （下頁續(xù)）03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上根據(jù)根據(jù)P42（2-3-2） 所以飽和光強的物理意義可表述為：在折射率為所以飽和光強的物理意義可表述為：在折射率為的激光介質(zhì)里，屬于小信號增益的最大光強值與的

13、激光介質(zhì)里，屬于小信號增益的最大光強值與激發(fā)總能級的壽命成反比，與光本子的波長的平激發(fā)總能級的壽命成反比，與光本子的波長的平方也成反比。或者說，壽命越短，頻率越高，小方也成反比?；蛘哒f，壽命越短，頻率越高，小信號增益的光強范圍越大。信號增益的光強范圍越大。322 13322 13332222222822HsccIcBAhhh vc 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上6。實現(xiàn)光放大的必要條件是什么，負溫度狀。實現(xiàn)光放大的必要條件是什么，負溫度狀態(tài)的概念是什么？態(tài)的概念是什么？答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是得到光放大的必要條件（見書P39）。 當出現(xiàn)粒子

14、數(shù)反轉(zhuǎn)時，如果在形式上使用熱平衡分布公式，就會得到負溫度狀態(tài)的概念。與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)相對應(yīng)的等效溫度為：0ln2112gNgNkhvTeq03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上。在。在He-Ne激光器的增益曲線上激光器的增益曲線上1/2G(v0)處，有處，有兩個燒孔，增益曲線半寬度為兩個燒孔，增益曲線半寬度為1500MHz，計算，計算與燒孔相對應(yīng)的粒子速度有多大？與燒孔相對應(yīng)的粒子速度有多大？001vvvcvz返回目錄第三章激光振蕩與工作特性第三章激光振蕩與工作特性1.要使氦-氖激光器的相干長度達到1Km,它的單色性/0應(yīng)為多少？ 解：根據(jù)P4

15、8式(3-1-2)：好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)2ccll1012632.8632.86.328 1010nm好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)2. 說明相干長度相干時間與光源的關(guān)系：相干面積，相干體積的說明相干長度相干時間與光源的關(guān)系：相干面積，相干體積的物理意義。物理意義。 答：根據(jù) 故：光源頻率寬度 越窄，相干時間越長，相干長度也越長。 根據(jù)P49(3-1-12),相干面積的物理意義：從單位面積光源輻射出的光波，在其傳播方向上發(fā)生相干現(xiàn)象的任一截面面積范圍為輻射波長與該截面至光源距離R的乘積的平方。根據(jù)P49(3-1-13)，相干體積的物理意義：在單位面積光源輻射出的單位頻率寬

16、度的光波，在其傳播方向上發(fā)生相干現(xiàn)象的任一體積范圍為相對應(yīng)的相干面積與光速的乘積。,11,ccccclccl 3.諧振腔里兩個反射鏡的曲率半徑份別為40cm,80cm,求實現(xiàn)穩(wěn)定腔工作時，腔長的取值范圍。011121RLRL則或,02121RRLRRL好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)解:R1=40cm,R2=80cm0L40cm 或 80cmL120cm4.諧振腔的一個反射鏡的曲率半徑與腔長的關(guān)系為R1=-3L，討論R2的取值情況并判定能否構(gòu)成穩(wěn)定腔。得代入,3, 1110121LRRLRL好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)根據(jù)解:LR24L.故若R24L都不能構(gòu)成穩(wěn)定腔。令 則故構(gòu)成穩(wěn)

17、定腔的區(qū)域是g14/3的線為DK但端點D,K除外。1212121,134,034LLggRRgg 5.He-Ne激光器發(fā)出激光的中心頻率為0=4.74*10 Hz，增益曲線上超過閥值的寬度=1.5*10Hz，令腔長L=1m，問可能有多少個縱模輸出？為獲得單模輸出，問腔長最長為多少？1mL1,2C取縱模間隔L好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)解:則縱模輸出的個數(shù)為:1893 1011112 1 1 1.5 10n 即,21好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)為使獲得單模輸出,需maxmax8max91223 100.2( )1.5 10CLLm7.He-Ne激光器的腔長為1m，計算基橫模的遠場

18、發(fā)散角和10km處的光斑面積。好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)解:0022 1/2002222020632.8nm22 632.8264( )1 (/) (/2)4410HeNewwPw zwzwzSwwwzkm 激光器的中心波長為 發(fā)射角據(jù)：光斑面積 其中8.一高斯光束入射到焦距為f的薄透鏡上，光束的腰部正好在透鏡的中心，尺寸為w10。求輸出光束腰部的位置及該處的半徑。好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)解:輸出光束腰部位置:2220202010210101222210201021067 3523)1(3524)1,0,111,1R1zPwwwRRzwwzwwRwwwwRfRRfwwwf

19、ZRw 對 于 入 射 光 束 ： 根 據(jù)（：和：， 并 結(jié) 合 題 意透 鏡 兩 側(cè) ：對 于 輸 出 光 束 ：1122210f1fw9.傍軸球面波通過焦距為f的薄透鏡時，在透鏡兩側(cè)波陣面的的曲率半徑分別為R1（z）與R2（z），寫出R2（z）與R1（z）的關(guān)系式。 ffzRzR111121好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)解:10.高斯光束通過焦距為f的薄模透鏡時，在透鏡兩側(cè)波陣面的的曲率半徑分別為R1（z）與R2（z），寫出復(fù)曲率半徑q2(z)和q1(z)的關(guān)系式好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)解:222200220202222221216 7 (352 4 ) :(1()()(

20、)1()1111()()()1)PFRzzFzzzziiFzqzRzzzFzFziFzFziFzzzz 2121據(jù) 書令即 q ( z ) = z + i Fq ( zq ( z即 q ( z q ( z （）12.計算維持0.1m長、小信號增益系數(shù)為1m的激光器的激光振蕩所要求的鏡面反射率（設(shè)兩鏡面反射率相同，且腔內(nèi)損耗i為 0）905. 0, 0,111 . 0min21)(221)(221eerarrerrerrLGiaGLaGLii則得由好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)解:好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)13. 說明激光器的輸出功率與腔內(nèi)光強的關(guān)系、最佳透過率的物理意義。 解：

21、 在截面積與總透過率一定的情況下，激光器的輸出功率與腔內(nèi)光強成正比，表達式為 最佳透過率是在考慮透過率t增大后使得腔內(nèi)損耗增加的情況下，使得輸出功率達到最大的一個最佳值tIAP.21返回目錄返回目錄02362,363mtG Laaa根據(jù)，并結(jié)合圖最佳透過率的物理意義可解釋為：輸出功率與透過率是非線性關(guān)系，輸出功率最大時的透過率受制于腔內(nèi)損耗 。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上第四章光輻射在介質(zhì)波導(dǎo)中的傳播v1.解：.，. 由公式sin 可知：數(shù)值孔徑 ；當時， 最大入射角 arcsin arcsin. 2221nn 1n2n174.

22、00303. 0)51. 1 ()52. 1 (220max03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v2.解：22221201221.46,1.45,2.5,0.8553)Vnn k annaamm1221）根據(jù)據(jù)題意，將nn代入即可求得V3.15V2）對多模階躍光纖，導(dǎo)模數(shù)M=2解法見上述1）、2）03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上解：由解：由 ，zkm可知：）d時：，所以損耗百分比為：（）；）d時：.，所以損耗百分比為：（）.；）d時：.，所以損耗百分比為：（）；oiPPzlg10

23、oiPPoiPPoiPPoiPPoiPPoiPP03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上 ）.d時：時：.，所以損耗百分比為：（）所以損耗百分比為：（）.； ）.d時：.，所以損耗百分比為：（）.；oiPPoiPPoiPPoiPP03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上4、階躍光纖的纖芯折射率 ，包層折射率為 ,如果一條光線沿軸向傳輸，另一條光線沿最大入射角入射。計算傳輸后兩光線的時延差。解：520.1n151.12n33nm10352.151.110352.11000czncnznvznn

24、czt ;cnznncsinzt;882122111min2211cmaxminmax所以又時延差tt03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上5、單模光纖的纖芯折射率為 ，相對折射率為 ,工作波長為 ，求纖芯的直徑。解：501.11n005.0 nm1119222.4052.405222.405 102 3.142 0.005 1.5012.5525.10ccn aannmanm工作波長所以直徑為03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上6、光纖的工作波長為0.85 ，入纖時光功率為0.5mW

25、，光纖的衰減系數(shù)為2dB/km，問經(jīng)過4km后，以毫瓦為單位的功率電平是多大？解：m0.8100.80.810lg1010100.510ziioooiPPzPPPPmW03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v第7題，第8題的都是應(yīng)用下面的公式求解第9題結(jié)合P86圖4-2-5闡述即可。 1 0lgioPzP10.說明光纖中模式與頻率的關(guān)系，遠離截止與接近截止的概念。見書P115好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上12。在對稱平板波導(dǎo)中，基模可以在任何頻

26、率下存在，但在。在對稱平板波導(dǎo)中，基?？梢栽谌魏晤l率下存在，但在非對稱的平板波導(dǎo)中則必須在入射光頻率高于一定值時才能非對稱的平板波導(dǎo)中則必須在入射光頻率高于一定值時才能實現(xiàn)基模傳輸。怎么理解這種現(xiàn)象實現(xiàn)基模傳輸。怎么理解這種現(xiàn)象13212221min1)( 2nndd2n3n要能傳輸基模，波導(dǎo)的厚度應(yīng)滿足：對于有對稱結(jié)構(gòu)的平板波導(dǎo)，因為 =所以 =0則 =0; =0, 即任意波長的的光波都能以基模形式傳播。13mindc03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上12。在對稱平板波導(dǎo)中，基?？梢栽谌魏晤l率下存在，但。在對稱平板波導(dǎo)中，基?？梢栽谌?/p>

27、何頻率下存在，但在非對稱的平板波導(dǎo)中則必須在入射光頻率高于一定值時才在非對稱的平板波導(dǎo)中則必須在入射光頻率高于一定值時才能實現(xiàn)基模輿。怎么理解這種現(xiàn)象能實現(xiàn)基模輿。怎么理解這種現(xiàn)象32nn 013當時,)1()(13212221mnndcc返回目錄返回目錄03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上第五章第五章 光輻射的探測光輻射的探測1、歸納固體介質(zhì)（主要是半導(dǎo)體）對光的吸收的幾種類型及其特點。(P130) 答：其類型以及特點分別是：本征吸收 ：電子吸收光子能量后，由價帶躍遷到導(dǎo)帶的過程。晶格振動吸收：在10um100um的紅外波段，所有固體都

28、具有一個因光子和晶格振動相互作用而引起的吸收區(qū)域。自由載流子的光吸收：當入射光的能量比較低時，導(dǎo)帶中的電子或價帶中的空穴吸收光子后，引起載流子在能帶內(nèi)的躍遷。激子吸收：當光的照射能量不足以導(dǎo)致產(chǎn)生本征吸收時，對價帶頂端的電子作用就可能產(chǎn)生的一種狀態(tài)，電子處于價帶和導(dǎo)帶中間的禁帶。雜質(zhì)吸收：在雜質(zhì)與缺陷出現(xiàn)的局部，晶格的周期性勢能受到破壞，電子的能態(tài)與晶體中的其他部分不相同。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v 2、比較不同類型的光電效應(yīng)的產(chǎn)生原理及主要特點。（P136） 答：光電效應(yīng)可分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類： 外光電效應(yīng)：受到

29、光輻射的作用后，產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象。其特點是要求光電子能夠從材料逸出，入射光子的能量必須大于光電子發(fā)射的逸出功。 內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)與光伏效應(yīng)）：光電導(dǎo)效應(yīng)當光入射到半導(dǎo)體光電材料時，會在材料的內(nèi)部激發(fā)出新的載流子。光伏效應(yīng)用光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)就可能出現(xiàn)這種效應(yīng)。由于光照而在PN結(jié)兩端出現(xiàn)的電動勢為光生電動勢。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v3、一光電陰極在波長為520nm的光照射下，光電子的最大動能為0.67eV，求出光電陰極的逸出功。（P138） 解：根據(jù)愛因斯坦定律： 可得，光電陰極的逸出功為： eVEhcmvhw72.

30、 167. 06810. 1105201031063. 621199834maxmax2whmvmax22103電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v5、若探測器的面積歸一化探測度D*1.510 ，光敏面積為1mm，測量帶寬為1Hz，求該探測器的等效噪聲功率。(P152) 解：W1067. 6105 . 11101*D1NEP1192DAd121WHzcm03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v 6、加上反相偏壓的光伏探測器中，光電流、反向飽和電流、外回路電流的方向如何判定，寫出開路電壓與

31、短路電流的表達式，說明它們隨入射光功率的變化規(guī)律。(P141) 答：利用P-N結(jié)的光伏效應(yīng)制作而成的光電探測器稱為光伏探測器。等效為一個普通三極管和一個恒流源的并聯(lián)（如下圖）。加反向偏壓時，光電流方向：NP；反向飽和電流方向：NP；外回路電流方向： NP。 開路電壓表達式： , 它與P之間為非線性 短路電流表達式： , 它與P之間為線性。v PheIIpsc) 1ln(spIIekTVoc03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v7、結(jié)型光電探測器的工作原理是什么，加偏壓后的工作特性比不加偏壓時有什么區(qū)別。（詳見P241第七章內(nèi)容） 答：結(jié)型

32、光電探測器的工作原理為光伏效應(yīng)。不加偏壓時，開路電壓即反映了光輻射信號的大小。加偏時分兩種情況：一種是加反向偏壓，可實現(xiàn)光電探測；另一種是正向偏壓，難以實現(xiàn)光電探測。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v8、對于湮沒在噪聲中的信號的提取方法的基本考慮是什么。（P151） 答：基本考慮是采用濾波器來抑制噪聲而讓信號通過，從而改善信噪比。要能夠檢測微弱光信號，基本原則就是要使光信號通過檢測系統(tǒng)后，S/N1。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v9、功率譜密度的物理意義是什么。(P146)

33、 答：功率譜密度函數(shù)反映了隨機信號各頻率成分的功率分布情況，可以揭示廣義平穩(wěn)隨機信號中隨含的周期性以及靠得很近的譜峰等有用的信息，是隨機信號處理中應(yīng)用很廣的技術(shù)。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v11、電阻為1k 的器件的頻帶寬度為10MHz，在室溫（T300K）下的熱噪聲是多少？(P151) 答：（室溫下的kT值是0.026eV）熱噪聲功率 W1067. 110106 . 11010026. 04RkT42163196Ni03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v12、比較以光電效

34、應(yīng)為基礎(chǔ)的光探測器與以熱效應(yīng)為基礎(chǔ)的光探測器在工作性能上的區(qū)別。(P144) 答：以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)得光探測器較之以熱效應(yīng)為基礎(chǔ)的光探測器的區(qū)別是選擇性好和響應(yīng)速度快。返回目錄返回目錄03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上1.氬激光器在=488nm的波長上發(fā)射1W的連續(xù)功率，若光束發(fā)射角為0.5rad/m，輸出鏡上光束直徑為2nm，計算該激光器的亮度。 解：公式L=E/ As t，其中L為亮度，As 為光源的發(fā)光面積，為法線方向的立體角。而P=E/t， 所以L=P/As ，由題目可知： P=1W， As =(d/2)(d/2) , =0.5r

35、ad/m 17可得：L=6.3710第六章第六章 發(fā)光器件發(fā)光器件03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上2.YAGde三條主要熒光譜線為0.914m，1.06 m，1.35m。假如調(diào)整光腔結(jié)構(gòu)，使得這三個波長都有可能震蕩，試比較三種激光的相對效率。 解：相對效率其實就是它們量子效率的比值。 量子效率為 將以上波長代入即可。22123123111:hhcEE 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上3.He-Ne激光器以波長=0.6328m工作時，小信號增益系數(shù) ，其中d是放電毛細管直徑。設(shè)

36、 ， d=1mm，腔單程損耗為0.1，腔長為10cm，計算穩(wěn)定時腔內(nèi)光強。 解：4103 10/ ()Gd cm 2Is=30W/cm2430221423 10/ ) 103 10 /30/,0.1,98%(164ssdGPI TTGG LddIW cmTP 出根據(jù)題意，(查看）代入上式即可。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上5.一個雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器，它的反射面的反射系數(shù)是R1=R2=0.5,腔長是L=500m，損耗系數(shù)為a=10cm（-1），求增益系數(shù)的閾值。若取增益因子=2.5cm/kA，則相應(yīng)閾值電流密度是多少？ 解：增益系數(shù)

37、121ln,21timttGR RlJG根據(jù)題意代入即可03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上6.有兩個Ga1-xAlxAs發(fā)光二極管，一個發(fā)光二極管的x=0.02，而另一個發(fā)光二極管的x=0.09。試求這兩個器件的禁帶寬度及峰值發(fā)射波長。 解：禁帶寬度Eg=1.424+1.247x，代入數(shù)據(jù)得： Eg1=1.449， Eg2=1.536 Eg=hc/ 得1=1.37610（-25） 2=1.29410（-25）03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v7.解：利用222024zHHncH

38、 求解注意：將題中熒光線寬換算為以為單位03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上8.根據(jù)半導(dǎo)體激光器的材料與結(jié)構(gòu)特點，說明半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的原理。（P191-193) 答：在半導(dǎo)體晶體中，能帶分為價帶和導(dǎo)帶它們之間是禁帶。通常情況下，電子大部分處于價帶，而導(dǎo)帶中只有少量電子。若有一束平行光入射，在導(dǎo)帶里的能級和價帶中的能級之間就會造成受激吸收與受激輻射。受激吸收和受激輻射都會導(dǎo)致價帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶上，從而實現(xiàn)了粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布。此時在PN結(jié)兩邊加正向電流，使增益大于損耗值，就能形成激光震動，產(chǎn)生激光。03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Com

39、pany Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上9.比較氣體激光器與固體激光器結(jié)構(gòu)與工作性能的區(qū)別。 答：結(jié)構(gòu)： 氣體激光器是由放電管（包括套管，毛細管和貼鏡管），電極，反射鏡（一個全反射鏡和一個部分反射鏡）三部分組成。 固體激光器一般由激光棒，激勵光源，聚光器和諧振腔等四部分組成。 工作性能： （1）固體激光器的工作物質(zhì)特點是激光上能級壽命較長，因而能儲存較多的能量，較易獲得03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上 大功率，大能量的激光脈沖。而氣體激光器的工作物質(zhì)激光上能級壽命較短，所以工作功率 和能量小。 （2）固體激光器是采用光激

40、發(fā)，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，工作效率低。而氣體激光器中，上能級的振動能級非常接近分子的基態(tài)能級，輻射輸出的激光光子的能量就占據(jù)了激勵能量的大部分，這就保證了氣體激光器較高的量子效率。 返回目錄返回目錄第七章光電轉(zhuǎn)換器件1、響應(yīng)度 量子效率(p239) 好好學(xué)習(xí)，天天上上03電子科學(xué)與技術(shù)WApIRp3 . 026 . 0001196834001089. 5106 . 110633. 01031063. 63 . 0/ehcRehR03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上2、響應(yīng)度（1）（2）479. 01031063. 61085. 0106 . 1

41、7 . 08346190hceR515. 01031063. 6106 . 1106 . 14 . 08346190hceRhceR003電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上3、電流增益(p247)f=80% g=1 =6 n=11-1又所以(p250)KAKASSIIG150lmASK10()0.8 (0.8 6)nAKIGf gIAKSSG 代 入 求 出03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上4、因為 陽極靈敏度 所以 未超過 lm量級，沒產(chǎn)生光電陰極疲勞，不矛盾。(p250) 光照強

42、度(表1-3-2光出射度)vAAISlmv610251021010mlmAEv03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上5、 239(0.9)Pchhmg根據(jù)：光電二極管只能對大于禁帶寬度的光子能量作出響應(yīng)，同時，對每一種探測器件都有一個響應(yīng)的峰值，其對應(yīng)的光子能量較大于禁帶寬度E 代入計算，并轉(zhuǎn)換為以電子伏特為單位03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上6、%9 .66106 . 1103 . 11031063. 67 . 0/19683400ehcRehR03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)C

43、ompany Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上7、響應(yīng)度p239935. 01031063. 61055. 1106 . 175. 08346190hceR00PRIphP12010AGIIpp85. 31055. 11031063. 6103068341203電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上8、愛因斯坦定律中，只有hW,才可能發(fā)生光電反射，入射光頻率有一個下限值稱紅限頻率 所以紅線波長電子速度: 解得量子效率 mWch7105 . 6Whvvmee221kgme311031. 9smve51068. 2cv nm3 .589

44、ehvPIp003電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上陰極靈敏度vkkISkpII 491983401035. 2103 .589106 . 11031063. 662018ehvPSvkwlmPv620003電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上9、熱噪聲功率 p151信號功率 信噪比 外內(nèi)RRvkTiN42外RIS22NiSSNR1M內(nèi)R100k外R151059. 2SNRMR10外111059. 2SNRMR20外151018. 5SNR03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company L

45、ogo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上10、光伏效應(yīng) p141光生電流開路電壓AphveIp001. 0102)25. 01 (5 . 113VIIekTVspoc3 . 0) 1ln(evhv5 . 1mwP2)25. 01 (KT300AIs810返回目錄返回目錄03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上第八章第八章 光波調(diào)制光波調(diào)制1.試說明折射率橢球與折射率面在表示光傳輸特性方面的區(qū)別 答案見書P27603電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v2.解：60%90%3()243222

46、323VVVVVVVV2直直直直靜態(tài)工作點在（）/2=75%由 sin知sin直流電影03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上2sinsin2233sin0.56380.79525210sinsin30.23050.4619mmVttVVVV 調(diào)制調(diào)制由 由 和03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上3.解：526341z41a s,82 10,21xyxyzxyzzG AnnnnrrrExyzr E xy222222各向同性晶體，在主軸坐標系中，根據(jù)表查出其他光能量矩陣，只有三個矩陣元不等

47、于 ，且電場只有 ，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(8-2-8)式，得到nnn由于出現(xiàn)了交叉項，說明主軸坐標系的 與 軸發(fā)生了旋轉(zhuǎn)， 軸沒有旋轉(zhuǎn)，令新的主軸坐標系為x ,y ,z,則03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上222222222414122221/24121/2411cossinsincosxy11()()1(1)(1)xyzzzxzyzzxyznnnxxyyxyzr E xr Eynnnnnn r Ennn r Enn折射率橢球方程為由于 與 在方程中的位置對稱，故 45，得03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天

48、上上好好學(xué)習(xí)，天天上上4.解：波矢方向與外加電場方向一致時稱為縱向電光效應(yīng)，若互相垂直，則成為橫向電光效應(yīng)。 晶體受到電場作用的新折射率橢球方程為： 1）沿z方向加電壓， （1）式變?yōu)?若產(chǎn)生縱向電光效應(yīng)，則相位差為 故無法產(chǎn)生縱向電光效應(yīng)。2222213221333222515122111()()()22211yzyzzooeyxxr Er Exr Er Eyr Eznnnr E yzr E xzr E xy （）3LiNbO0 xyEE22213332211()()()1zzoer Exyr E znn （2）2()0yxlnn 03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好

49、學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上v2）沿y向加電壓， ，（1）式變?yōu)椋菏剑?）說明晶體在 作用下折射率橢球主軸繞x軸轉(zhuǎn)動了 角，由單軸晶體變成了雙軸晶體：（4）代入（3）可得到新坐標系下折射率橢球方程0 xzEEyE222222251222111()()21yyyooer Exr Eyzr E yznnn （3）cossinsincosxxyyzzyz （4）22222222512222222225122222512111()()cossinsin2 )111()sincossin2 ()sin1sin22cos2 1yyyooeyyyeeoyer Exr Er Eynnnr Er Ezr E

50、nnnr Ey zn （5）03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上新坐標系應(yīng)當為主軸坐標系，故交叉項系數(shù)應(yīng)為0，從而可得：因為很小，故有將（6）代入（5），可得主軸化的新折射率橢球方程：51222222211()yyeor Etgr Enn5122222cos1sin611()yyeor Etgr Enn （ ）2222222251222222225122111()()cossinsin2 )11()sincossin2 1yyyooeyyeer Exr Er Eynnnr Er Eznn （7）03電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)Company Logo好好學(xué)習(xí)，天天上上好好學(xué)習(xí)，天天上上由此可求出三個新的主折射率：（高階可以略去）若產(chǎn)生縱向電光效應(yīng)，則相位差為半波電壓為5151322322332222222222222221211111222()1112()yyxooyoyooyooyyeeezeeyeennn r En r Ennn r Enn r Er Ennn