光電子器件考試試題答案

1、1闡述激光的基本原理，怎樣提高亮度？闡述激光的基本原理，怎樣提高亮度？闡述激光的基本原理：闡述激光的基本原理：在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會從高能級跳到（躍遷）到低能級上，這時將會輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個弱光激發(fā)出一個強光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的產(chǎn)生的想干光放大”，簡稱激光。光與物質(zhì)的相互作用，實質(zhì)上是組成物質(zhì)的微觀粒子吸收或

2、輻射光子，同時改變自身運動狀況的表現(xiàn)。微觀粒子都具有特定的一套能級（通常這些能級是分立的）。任一時刻粒子只能處在與某一能級相對應的狀態(tài)（或者簡單地表述為處在某一個能級上）。與光子相互作用時，粒子從一個能級躍遷到另一個能級，并相應地吸收或輻射光子。光子的能量值為此兩能級的能量差△E，頻率為ν=△Eh（h為普朗克常量）。1.受激吸收（簡稱吸收）處于較低能級的粒子在受到外界的激發(fā)（即與其他的粒子發(fā)生了有能量交換的相互作用，如與光子發(fā)生非彈性碰

3、撞），吸收了能量時，躍遷到與此能量相對應的較高能級。這種躍遷稱為受激吸收。2.自發(fā)輻射粒子受到激發(fā)而進入的激發(fā)態(tài)，不是粒子的穩(wěn)定狀態(tài)，如存在著可以接納粒子的較低能級，即使沒有外界作用，粒子也有一定的概率，自發(fā)地從高能級激發(fā)態(tài)（E2）向低能級基態(tài)（E1）躍遷，同時輻射出能量為（E2E1）的光子，光子頻率ν=（E2E1）h。這種輻射過程稱為自發(fā)輻射。眾多原子以自發(fā)輻射發(fā)出的光，不具有相位、偏振態(tài)、傳播方向上的一致，是物理上所說的非相干光。3

4、.受激輻射、激光1917年愛因斯坦從理論上指出：除自發(fā)輻射外，處于高能級E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級。他指出當頻率為ν=（E2E1）h的光子入射時，也會引發(fā)粒子以一定的概率，迅速地從能級E2躍遷到能級E1，同時輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態(tài)以及傳播方向都相同的光子，這個過程稱為受激輻射?？梢栽O想，如果大量原子處在高能級E2上，當有一個頻率ν=（E2E1）h的光子入射，從而激勵E2上的原子產(chǎn)生受激輻射，得到兩個特征完全相

5、同的光子，這兩個光子再激勵E2能級上原子，又使其產(chǎn)生受激輻射，可得到四個特征相同的光子，這意味著原來的光信號被放大了。這種在受激輻射過程中產(chǎn)生并被放大的光就是激光。怎樣提高亮度：怎樣提高亮度：采用氣體激光器，光腔Q調(diào)制技術和激光放大器可使激光震蕩時間壓縮并將輸出功率放大提高脈沖功率，采用鎖模技術和脈寬壓縮繼續(xù)可進一步壓縮脈寬時間2、說明霧和霾的構(gòu)成，解析藍天形成的原因，以及大氣窗口。（說明霧和霾的構(gòu)成，解析藍天形成的原因，以及大氣窗口。

6、（2020分）分）霧靄的構(gòu)成：霧靄的構(gòu)成：千米的，稱為輕霧；水平能見度小于10千米，且是灰塵顆粒造成的，就是霾或灰霾。（3）厚度：霧的厚度只有幾十米至200米，霾則有1～3千米。（4）顏色：霧的顏色是乳白色、青白色或純白色，霾則是黃色、橙灰色。（5）邊緣輪廓：霧的邊界很清晰，過了“霧區(qū)”可能就是晴空萬里，但是霾則與周圍環(huán)境邊界不明顯。解析藍天形成的原因：解析藍天形成的原因：大氣分子→極化→受迫振動→吸收。分子的固有吸收頻率由分子內(nèi)部的運

7、動形態(tài)決定。極性分子→電子運動原子振動轉(zhuǎn)動。相應的共振吸收頻率分別與光波的紫外和可見光、近紅外和中紅外以及遠紅外區(qū)相對應。因此分子的吸收特性強烈的依賴于光波的頻率。大氣中N2、O2→可見光和紅外區(qū)幾乎不表現(xiàn)吸收→遠紅外和微波吸收。大氣中He，Ar，Xe，O3，Ne等→可見光和近紅外有吸收譜線→大氣中的含量甚微→不考慮吸收→在高空處，其余衰減因素都已很弱→吸收作用。大氣中H2O和CO2分子，特別是H2O分子在近紅外區(qū)有寬廣的振動轉(zhuǎn)動及純振

8、動結(jié)構(gòu)，因此是可見光和近紅外區(qū)最重要的吸收分子。可見光和近紅外區(qū)主要吸收譜線：對某些特定的波長→大氣呈現(xiàn)出極為強烈的吸收→光波幾乎無法通過。根據(jù)大氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成八個區(qū)段，將透過率較高的波段稱為“大氣窗口大氣窗口”。在這些窗口之內(nèi)，大氣分子呈現(xiàn)弱吸收。目前常用的激光波長都處于這些窗口之內(nèi)。由于分子散射波長的四次方成反比。波長越長，散射越弱；波長越短，散射越強烈。故可見光比紅外光散射強烈，藍光又比紅光散射強烈。在晴