光电子考试简答题答案(2)
5页1、作业 1 三、简答题:1、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。 答:必要条件:粒子数反转分布和减少振荡模式数。 充分条件:起振 阈值条件:激光在谐振腔内的增益要大于损耗。稳定振荡条件 增益饱和效应(形成稳定激光)。 组成:工作物质、泵浦源、谐振腔。 作用:工作物质:在这种介质中可以实现粒子数反转。泵浦源(激励源):将粒子 从低能级抽运到高能级态的装置。谐振腔: (1) 使激光具有极好的方向性( 沿轴线 ) (2) 增 强光放大作用 ( 延长了工作物质) (3) 使激光具有极好的单色性( 选频) 2、简述光子的基本特性。 答 : 光是一种以光速运动的光子流,光子和其它基本粒子一样,具有能量、 动 量和质量。它的粒子属性 (能量、 动量、 质量等) 和波动属性 (频率、 波矢、偏振等) 之间的关系满足: (1)E=hv= (2)m= 22chvcE,光子具有运动质量,但静止质量为零;(3)kP; (4) 、光子具有两种可能的独立偏振态,对应于光波场的两个独立偏振方向;(5) 、光子具有自旋,并且自旋量子数为整数,是玻色子。作业 2 判断题中的第 5小题: 在电光调制器中,为
2、了得到线性调制,在调制器中插入一个/4 波片,波片 的轴向如何设置最好?若旋转/4 波片,它所提供的直流偏置有何变化? 答:在电光调制器中,为了得到线性调制,在调制器中插入一个?/4 波片, 波片的轴向取向为快慢轴与晶体的主轴x成45角时最好,从而使E x 和 E y 两个 分 量 之 间 产 生 /2 的 固 定 相 位 差 。 若 旋 转/4 波 片 , 它 所 提 供 的 直 流 偏 置,得到直流偏值随偏振改变而改变。三简答题 1、何为大气窗口,试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。 答:对某些特定的波长,大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性,一般把近红外区分成八个区段,将透过率较高的波段称为大气窗口。 光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素主要有: 大气分子的吸收 , 大气分 子散射 , 大气气溶胶的衰减。2. 何为大气湍流效应,大气湍流对光束的传播产生哪些影响? 答:是一种无规则的漩涡流动,流体质点的运动轨迹十分复杂,既有横向运动, 又有纵向运动, 空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随
3、机地改变其光波参量,使光束质量受到严重影响,出现所谓光束截面内的强度闪烁、 光束的弯曲和漂移(亦称方向抖动)、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象,统称为大气湍流效应。大气湍流运动使大气折射率引起的这种起伏的性质,使光波参量(振幅和相位)产生随机起伏,造成光束的闪烁、弯曲、分裂、扩展、空间相干性降低、偏振状态起伏等。3、何为电光晶体的半波电压?半波电压由晶体的那些参数决定?答:当光波的两个垂直分量Ex,Ey的光程差为半个波长(相应的相位差为)时所需要加的电压, 称为半波电压。 半波电压6332rnVo主要由光波长、O光折射率on和电光系数63r共同决定。4、声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。简述它们产生 的条件和特征。 答 :产生拉曼 - 纳斯衍射的条件: 当超声波频率较低,光波平行于声波面 入射,声光互作用长度 L 较短时,在光波通过介质的时间内,折射率的变化可 以忽略不计, 则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。 由出射波阵 面上各子波源发出的次波将发生相干作用,形成与入射方向对称分布的多级衍射 光,这就是拉曼 -纳斯衍射的特点。 产生布喇格衍射条件
4、:声波频率较高,声光作用长度 L 较大,光束与声波波面 间以一定的角度斜入射,介质具有“体光栅”的性质。衍射光各高级次衍射光将 互相抵消,只出现 0 级和+1 级(或 ?1 级)衍射光,这是布喇格衍射的特点。5、简述光束调制的基本原理。 答 : (1)以激光为载体,将信息加载到激光的过程,称为调制或光束调制。 (2)光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量,可以应用某些物理 的方法,使其参量之一按照调制信号的规律变化,实现光束的调制, 所以光束的 调制可以分为调幅、调相、调频和强度调制等。 (3)实现激光光束调制的方法根据调制器与激光器的关系,可以分为内调 制和外调制两种。 (4)具体的激光光束的调制方法,常见的有光电调制、声光调制、磁光调 制、直接调制等。6、简述光纤通信中激光器直接调制的定义、用途和特点。答:直接调制: 即直接对光源进行调制,通过控制半导体激光器的注入电流的大小,改变激光器输出光波的强弱,又称为内调制。传统的PDH 和 2.5Gbit/s 速率以下的SDH 系统使用的 LED 或 LD 光源基本上采用的都是这种调制方式。直接调制方式的特点是,输出功率正比于调制电流
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