光電子技術(shù)作業(yè)解答-預(yù)覽頁
【正文】 能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 。何為激光的橫模與縱模？答：橫模：指光束橫截面上的能量分布。比較紅寶石激光器與Nd:YAG激光器的性能？解：如表：紅寶石激光器Nd：YAG激光器工作物質(zhì)（重量比），具有弱雙折射 (原子百分比)，具有各向同性能級結(jié)構(gòu)三能級系統(tǒng)（）四能級系統(tǒng)（）輸出波長，倍頻后可輸出的光。常用氪燈泵浦，輔以橢圓聚光腔。通過兩端電極的高壓作用產(chǎn)生輝光放電。Ne的受激發(fā)射可以發(fā)出3種波長：, , 。結(jié)果是使得由這些參數(shù)確定的頻率發(fā)生漂移。 2. 何謂準(zhǔn)分子？準(zhǔn)分子激光的能級結(jié)構(gòu)？為何準(zhǔn)分子激光的頻譜較寬？如何泵浦？答：（1） 準(zhǔn)分子是一種束縛在電子受激態(tài)中的分子。一般采用高強度短脈沖電子束激勵。 故單重態(tài)和三重態(tài)之間的躍遷是禁戒的。當(dāng)T1壽命tT tST (S和T系間交叉速率)， T1會堆積大量粒子，大量吸收熒光，從而出現(xiàn)“猝滅”。設(shè)腔長為L，平均折射率為n，光速為c，則光在腔內(nèi)走單程的時間為nL/c，所以每秒鐘損耗的能量為dW/(nL/c)= dWc/nL。激光振蕩需要足夠的增益，當(dāng)損耗過大時，增益不夠，激光停止振蕩。由于自相位調(diào)節(jié)是一種非線性效應(yīng)，需要強的光功率密度，所以鈦寶石激光諧振強設(shè)計中要考慮提高寶石棒中的光功率密度，需要加一對聚焦亞腔，使激光聚焦通過鈦寶石棒，獲得強的光功率密度，進而強的自相位調(diào)節(jié)。可以將腔內(nèi)全部能量在一個振蕩周期內(nèi)倒出，提高脈沖峰功率一個數(shù)量級。主動和被動調(diào)Q技術(shù)有哪些？常見的調(diào)Q技術(shù)包括機械調(diào)Q、電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q和染料調(diào)Q四種技術(shù)。染料鎖模是被動鎖模的一種。而脈寬，故脈寬不隨L變化。（2）調(diào)制頻率（3）調(diào)制器應(yīng)該貼住反射鏡，以保證調(diào)制頻率為。連續(xù)、脈沖和脈沖編碼調(diào)制的內(nèi)涵？各自的優(yōu)缺點？答：（1） 連續(xù)調(diào)制是指利用連續(xù)的信號調(diào)制光的振幅、頻率、位相、強度，從而實現(xiàn)信號的傳輸。連續(xù)調(diào)制和脈沖調(diào)制均為模擬調(diào)制，抗干擾能力差。從而可以認為它所形成的聲光柵是固定在空間而不隨時間變化，其相位變化與時間成正弦關(guān)系。根據(jù)布拉格衍射條件 由于超聲波波長，故上式可化為 其中為激光光束偏角。 （2）光熱法：利用物質(zhì)吸收光能后，溫度升高或溫度升高而引起物質(zhì)的某個參數(shù)變化來探測光能量。（2）熱釋電探測器的特點是：響應(yīng)光譜范圍寬、均勻，響應(yīng)速度快。光電倍增管的結(jié)構(gòu)，倍增原理？二次倍增體？（二次電子發(fā)射體）答：（1）光電倍增管的結(jié)構(gòu)如下圖，由光電陰極、輸入系統(tǒng)，倍增系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)組成。通道式倍增管（CEM）的結(jié)構(gòu)，工作原理？增益飽和效應(yīng)？答：通道式倍增管（CEM）的結(jié)構(gòu)如圖。引起飽和的物理原因是輸出端的負空間電荷場排斥來自管壁的二次電子，使其不能獲得足夠的動能再次碰撞管壁產(chǎn)生二次電子。光電導(dǎo)增益原理：起源于“電荷放大”效應(yīng)，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級（位于禁帶中）會捕獲少數(shù)載流子，如N型（P型）光電導(dǎo)的空穴（電子）會被雜質(zhì)能級捕獲，使光電導(dǎo)帶正電（負電），而吸引負極（正極）的電子（空穴）進入光電導(dǎo)，在電場作用下漂移到正極（負極），這就相當(dāng)于增加了電子（空穴）的產(chǎn)生率。光電二極管結(jié)構(gòu)如下圖所示。響應(yīng)時間在109s量級。雪崩型光電二極管，它既響應(yīng)快，又具有高的增益。相異之處：變象管是把不可見光譜圖象轉(zhuǎn)化為可見圖象的成象器件，而象增強器則是增強微弱圖象到可視亮度的成象器件。在陰極前增加了控制柵極,當(dāng)柵極電壓低于陰極電壓－ 90V時，變象管截止，而比陰極電壓高175V時，變象管導(dǎo)通。3． 象管與攝象器件的異同？答：相同點：兩者均是針對圖象的轉(zhuǎn)換器件。象管轉(zhuǎn)換的圖象最終由人眼觀察，因此光電轉(zhuǎn)換后使光電子轟擊熒光屏，最終產(chǎn)生有足夠亮度的可見光譜圖象。電子槍做掃描讀出器件。而空穴漂向負極，與原來掃描時留下的電子復(fù)合，使負極電位升高。電子束再次掃描光電導(dǎo)，將陰極電位初始回低電位，就會引起充電電流流過負載電阻，并通過負載電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號，此電壓信號的大小正比于被充電光電導(dǎo)象素的陰極電位高低。單線結(jié)構(gòu)CCD，轉(zhuǎn)移寄存器與感光單元并行排列，兩者間通過轉(zhuǎn)移柵連接。缺點：幀轉(zhuǎn)移時間較長，信號串?dāng)_ (smear) 較嚴(yán)重。兩相線陣CCD不能并行轉(zhuǎn)移：電荷轉(zhuǎn)移開始前，要求轉(zhuǎn)移到的目標(biāo)單元必須處于“空閑”狀態(tài)，即目標(biāo)單元必須先把自身的電荷轉(zhuǎn)移出去，處于“無信號”狀態(tài)，才能再接收新的信號。但如果是并行轉(zhuǎn)移，則實際上3單元中的信號此時也正在向4單元轉(zhuǎn)移，而并未達到“空閑”狀態(tài)。3. 分析下圖所示濾波電路的幅頻特性。而相關(guān)法提供在時間域中提取微弱信號的方法。2. 取樣積分器與光子計數(shù)器所檢測的微弱信號有何異同？答：光子計數(shù)是一種絕對微弱但高信噪比信號的靈敏檢測技術(shù)，而鎖相放大和積分累加是低信噪比的相對微弱信號的靈敏檢測技術(shù)。將傳統(tǒng)光譜儀的出射狹縫改為出射孔，設(shè)置陣列探測器件在出射孔處同時測量不同波長的光強。答：（1）測量上限由探測器的渡越時間偏差確定，數(shù)學(xué)表示為：它反映了實現(xiàn)光子計數(shù)的第一個重要前提：光電倍增管渡越時間足夠短，以產(chǎn)生對應(yīng)于光子數(shù)目的電脈沖數(shù)，對電脈沖的計數(shù)才能表征光子數(shù)目，即弱光強度。此時，通常的線性光學(xué)參數(shù)中包含與光的場強有關(guān)的項。自己推導(dǎo)正單軸晶體的二類共線倍頻匹配角公式。當(dāng)滿足條件時，可以實現(xiàn)o+e174。（本題答案摘自佘衛(wèi)龍老師《非線性光學(xué)》課程講義）2. 光學(xué)參量過程與光學(xué)倍頻過程的異同？答：相同點：兩者均為光學(xué)二次諧波效應(yīng)，即二階非線性效應(yīng)，其作用原理均可以用二階非線性耦合波理論
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