光电子技术基础与应用习题答案

光电子技术基础与应用习题答案物理与微电子科学学院SchoolofPhysicsandMicroelectronicsScience第五章光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲）第七章光电显示技术（十三、十四、十五讲）第九章光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲）第八章光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲）第一章绪论（一讲）1第二章光学基础知识与光场传播规律（二讲）2第三章激光原理与技术（三、四、五讲）3第四章光波导技术基础（六、七讲）4第一讲讲授内容第十章表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲）5第六章光电探测技术（十一、十二讲）678910第十一章连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲）111.光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？2.谈谈你对光电子技术的理解。3.谈谈光电子技术各个发展时期的情况。4.举出几个你所知道的光电子技术应用实例。5.据你了解，继阴极射线管显示(CRT)之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？第一章习题(1)1.光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？第一章习题答案(1)2.谈谈你对光电子技术的理解。第一章习题答案(2)第五章光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲）第七章光电显示技术（十三、十四、十五讲）第九章光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲）第八章光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲）第一章绪论（一讲）1第二章光学基础知识与光场传播规律（二讲）2第三章激光原理与技术（三、四、五讲）3第四章光波导技术基础（六、七讲）4第二讲讲授内容第十章表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲）5第六章光电探测技术（十一、十二讲）678910第十一章连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲）11第二章习题(1)1.填空题：(1)光的基本属性是，光粒子性的典型现象有、以及、等。光波动性的典型体现有、、等。(2)两束光相干的条件是、、，最典型的干涉装置有、。两束光相长干涉的条件是。(3)两列平面简谐波振幅分别为E01、E02，位相差为，则其相干涉光强为，两列波干涉相长的条件为。(4)波长的光经过孔径D的小孔在焦距f处的衍射爱里斑半径为。2.在玻璃（r=2.25,r=1）上涂一种透明的介质膜以消除红外线（＝0.75m）的反射。①求该介质膜应有的介电常数及厚度。②如紫外线(＝0.42m)垂直照射至涂有该介质膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少？3.有两个具有共轭复幅值的单色波，具有相同的频率，其幅值分别为U(r)及U*(r)。比较它们的强度、波前和波前法线。以平面波U(r)=Aexp[-jk(x+y)/]与球面波U(r)=(A/r)exp[-jkr]为例。24.光束垂直投射在无限大不透明屏的环状小孔（半径为a和b，ab）上，发生夫琅和费衍射，求光强度dI的角分布。5.一束波长为0.5m的光波以45°角从空气入射到电极化率为2＋j0.6的介质面上，求①此光波在介质中的方向（折射角）。②光波在介质中的衰减系数。6.输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系数大于99.5％？7.有m个相距为d的平行反射平面。一束光以倾角投射至反射面。设每一反射平面仅反射一小部分光，大部分光仅透射过去；又设各层的反射波幅值相等。证明当sin=/2d时，合成的反射波强度达到最大值，这一角度称为Bragg角。8.从麦克斯韦通式(2-28)出发，推导波动方程(2-44)。第二章习题(2)第二章习题答案(1)1.填空题：第二章习题答案(2)第二章习题答案(3)6.输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系数大于99.5％？第五章光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲）第七章光电显示技术（十三、十四、十五讲）第九章光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲）第八章光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲）第一章绪论（一讲）1第二章光学基础知识与光场传播规律（二讲）2第三章激光原理与技术（三、四、五讲）3第四章光波导技术基础（六、七讲）4第三、四、五讲讲授内容第十章表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲）5第六章光电探测技术（十一、十二讲）678910第十一章连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲）111.填空①最早的电光源是，最早的激光器是年由国的制作的。②光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示与频率的关系，虚部表示与频率的关系。③激光器的基本结构包括、、。激光产生的充分条件是、，必要条件包括、。④今有一个球面激光腔r1=1.5m，r2=-1m，L=80cm，它属于腔。2.试简单说明以下光电子学术语的科学含义：①受激辐射②谱线的多普勒加宽③谱线的自然加宽④光放大第三章习题(1)3.计算与推导①=0.5m时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T=300K时，什么波长下自发辐射率与受激辐射率相等？②He-Ne激光器的反射镜间距为0.2m，求最靠近632.8nm跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。如果增益曲线宽度为1.5109Hz，则可能引起的纵模总数是多少？③红宝石激光器的工作物质有特性：N2-N1=5107/cm3、300K处，1/g(0)=21011Hz，s=310-3s，=4.3261014Hz，n=1.78，求其在中心频率处的增益系数G()。④一维电子振荡器在电场E(t)作用下的运动方程如式（3-2），推导简谐电场与简谐振子条件下，复极化率的表达式。)(~第三章习题(2)第三章习题(3)4.简述题①简述激光的特点。②分析单色辐射场与连续辐射场与粒子体系相互作用情况。③试推导爱因斯坦关系式。④为什么二能级系统不能产生激光？⑤以一个三能级原子系统为例，说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。⑥分析四能级与三能级激光器相比所具有的优点。⑦分析激光产生的条件。⑧简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线线型函数的类型。⑨简述光与物质的非共振与共振相互作用过程对介电常数的影响。⑩激光器按激光工作介质来划分可分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典型波长、转换效率、典型优点。第三章习题(4)4.简述题11分析同质结半导体激光器与发光二极管的区别与联系。12简述尖峰振荡效应过程。13激光调Q技术与锁模技术的脉宽分别在哪个量级？14常见的调Q方法有哪几种？分别简述之。15分别简述几种常见的锁模实现方法。16激光选模技术分哪几大类？17简述量子阱LD与其他类型LD相比有何特点。第三章习题答案(1)第三章复习思考题(2)第三章复习思考题(3)2.试简单说明以下光电子学术语的科学含义：第三章习题答案(4)第三章复习思考题(5)第三章复习思考题(6)4.简述题第三章复习思考题(7)4.简述题（5）以一个三能级原子系统为例,说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。第三章复习思考题(8)4.简述题（5）以一个三能级原子系统为例,说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。第三章复习思考题(9)4.简述题第三章复习思考题(10)4.简述题（7）分析激光产生的条件。第三章复习思考题(11)4.简述题（7）分析激光产生的条件。第三章复习思考题(12)4.简述题第三章复习思考题(13)4.简述题（8）简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线线型函数的类型。第三章复习思考题(14)4.简述题（8）简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线线型函数的类型。第三章复习思考题(15)4.简述题第三章复习思考题(16)4.简述题（10）激光器按激光工作介质来划分可分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典型波长、转换效率、典型优点。第三章复习思考题(17)4.简述题（10）激光器按激光工作介质来划分可分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典型波长、转换效率、典型优点。第三章复习思考题(18)4.简述题（10）激光器按激光工作介质来划分可分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典型波长、转换效率、典型优点。第三章复习思考题(19)4.简述题第三章复习思考题(20)4.简述题第三章复习思考题(21)4.简述题（12）简述尖峰振荡效应过程。第三章复习思考题(22)4.简述题第三章复习思考题(23)4.简述题第三章复习思考题(24)4.简述题（14）常见的调Q方法有哪几种？分别简述之。第三章复习思考题(25)4.简述题第三章复习思考题(26)4.简述题第三章复习思考题(27)4.简述题第五章光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲）第七章光电显示技术（十三、十四、十五讲）第九章光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲）第八章光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲）第一章绪论（一讲）1第二章光学基础知识与光场传播规律（二讲）2第三章激光原理与技术（三、四、五讲）3第四章光波导技术基础（六、七讲）4第六、七讲讲授内容第十章表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲）5第六章光电探测技术（十一、十二讲）678910第十一章连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲）111.某光纤传输的波段为0.8~0.9m。若每一路电话带宽为4KHz，每套彩电节目带宽10MHz，则该光纤理论上可传送多少路电话或多少套彩电节目？2.什么是光波导?平面介质光波导中几类模式各有何特点？3.几何光学和物理光学在分析平面介质光波导中光传输时各自的出发点是什么？4.推导三层平板波导TM模本征方程。5.推导四层平板波导TE模场分布表达式及其本征方程。（设厚衬底层2上生长波导层1，1上覆缓冲层3，这一结构置于空气层4中，且n1n2n3n4）。第四章习题(1)xyOn3n1n2stn46.光纤的基本结构是什么？单独的纤芯可否作为光波导？包层的作用是什么？光纤传输光的基本原理是什么？什么是传输模、辐射模和消逝模？7.设有一平面介质波导，各层折射率分别为n1=2,21，n2=2.1，n3=1，波导层厚度d=4.6m。若总反射相移为3/2，则当入射光波长为1.31m时，①波导中能传输的模式总数是多少？②要想传输单模，波导厚度应如何设计？③若要传输的入射激光，重复①、②的计算。8.波长1.3m的光射入单模阶跃折射率光纤，其芯区与包层折射率分别为n1=1.52，n2=1.42，①若将其置于空气（折射率为1）中，则其数值孔径、最大入射角及芯径分别为多少？②若将其置于水（折射率为1.33）中呢？第四章习题(2)9.波长1.55m的光从空气中射入纤芯直径8m、纤芯折射率为n1=1.458的单模阶跃折射率光纤中，求，①若包层折射率为n2=1.448，求其数值孔径与最大入射角。②包层折射率应在何范围方能维持单模传输？③包层折射率为n2=1.453时的模式有效折射率。10.将50W光功率注入到500米长的光纤中，若末端收到功率为38W，则每公里光纤的损耗为多少dB/km？若光纤长5千米，则输出光功率为多少？第四章习题(3)第四章习题(4)11.设计一个小型光纤通信系统，用LED光源，0=0.85m，0=40nm，多模光纤n1=1.5，=0.01，材料色散dn1/d0=3105m-1，d2n1/d02=31010m-2①若探测器最小可探测功率Pmin=510-4mW，光源功率P=1mW，光纤传输损耗为2dB/km（用dB表示的光纤损耗=10lg输出功率/输入功率），输入输出耦合损耗共5dB，试求损耗限制的最大传输距离Lmax。②若采用阶跃折射率光纤，试计算由于材料色散与模间色散引起的脉冲展宽。若传输脉冲速率为10Mbit/s，求色散限制的最大传输距离Lmax。③若采用平方律折射率渐变