光電子技術(shù)作業(yè)解答-預(yù)覽頁(yè)
【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(jí)結(jié)構(gòu)三能級(jí)系統(tǒng)（）四能級(jí)系統(tǒng)（）輸出波長(zhǎng)，倍頻后可輸出的光。常用氪燈泵浦，輔以橢圓聚光腔。通過(guò)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(zhǎng)：, , 。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(jí)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(qiáng)度短脈沖電子束激勵(lì)。 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(huì)堆積大量粒子，大量吸收熒光，從而出現(xiàn)“猝滅”。設(shè)腔長(zhǎng)為L(zhǎng)，平均折射率為n，光速為c，則光在腔內(nèi)走單程的時(shí)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(guò)大時(shí)，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(qiáng)的光功率密度，所以鈦寶石激光諧振強(qiáng)設(shè)計(jì)中要考慮提高寶石棒中的光功率密度，需要加一對(duì)聚焦亞腔，使激光聚焦通過(guò)鈦寶石棒，獲得強(qiáng)的光功率密度，進(jìn)而強(qiáng)的自相位調(diào)節(jié)?？梢詫⑶粌?nèi)全部能量在一個(gè)振蕩周期內(nèi)倒出，提高脈沖峰功率一個(gè)數(shù)量級(jí)。主動(dòng)和被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)有哪些？常見(jiàn)的調(diào)Q技術(shù)包括機(jī)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(dòng)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(diǎn)？答：（1） 連續(xù)調(diào)制是指利用連續(xù)的信號(hào)調(diào)制光的振幅、頻率、位相、強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(rèn)為它所形成的聲光柵是固定在空間而不隨時(shí)間變化，其相位變化與時(shí)間成正弦關(guān)系。根據(jù)布拉格衍射條件 由于超聲波波長(zhǎng)，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(gè)參數(shù)變化來(lái)探測(cè)光能量。（2）熱釋電探測(cè)器的特點(diǎn)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(fù)空間電荷場(chǎng)排斥來(lái)自管壁的二次電子，使其不能獲得足夠的動(dòng)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(jí)（位于禁帶中）會(huì)捕獲少數(shù)載流子，如N型（P型）光電導(dǎo)的空穴（電子）會(huì)被雜質(zhì)能級(jí)捕獲，使光電導(dǎo)帶正電（負(fù)電），而吸引負(fù)極（正極）的電子（空穴）進(jìn)入光電導(dǎo)，在電場(chǎng)作用下漂移到正極（負(fù)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(shí)間在109s量級(jí)。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(jiàn)光譜圖象轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)圖象的成象器件，而象增強(qiáng)器則是增強(qiáng)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(shí)，變象管截止，而比陰極電壓高175V時(shí)，變象管導(dǎo)通。3． 象管與攝象器件的異同？答：相同點(diǎn)：兩者均是針對(duì)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(jiàn)光譜圖象。電子槍做掃描讀出器件。而空穴漂向負(fù)極，與原來(lái)掃描時(shí)留下的電子復(fù)合，使負(fù)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(huì)引起充電電流流過(guò)負(fù)載電阻，并通過(guò)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)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(guò)轉(zhuǎn)移柵連接。缺點(diǎn)：幀轉(zhuǎn)移時(shí)間較長(zhǎng)，信號(hào)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(kāi)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(wú)信號(hào)”狀態(tài)，才能再接收新的信號(hào)。但如果是并行轉(zhuǎn)移，則實(shí)際上3單元中的信號(hào)此時(shí)也正在向4單元轉(zhuǎn)移，而并未達(dá)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(shí)間域中提取微弱信號(hào)的方法。2. 取樣積分器與光子計(jì)數(shù)器所檢測(cè)的微弱信號(hào)有何異同？答：光子計(jì)數(shù)是一種絕對(duì)微弱但高信噪比信號(hào)的靈敏檢測(cè)技術(shù)，而鎖相放大和積分累加是低信噪比的相對(duì)微弱信號(hào)的靈敏檢測(cè)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(cè)器件在出射孔處同時(shí)測(cè)量不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)。答：（1）測(cè)量上限由探測(cè)器的渡越時(shí)間偏差確定，數(shù)學(xué)表示為：它反映了實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)的第一個(gè)重要前提：光電倍增管渡越時(shí)間足夠短，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于光子數(shù)目的電脈沖數(shù)，對(duì)電脈沖的計(jì)數(shù)才能表征光子數(shù)目，即弱光強(qiáng)度。此時(shí)，通常的線性光學(xué)參數(shù)中包含與光的場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)的項(xiàng)。自己推導(dǎo)正單軸晶體的二類(lèi)共線倍頻匹配角公式。當(dāng)滿足條件時(shí)，可以實(shí)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(guò)程與光學(xué)倍頻過(guò)程的異同？答：相同點(diǎn)：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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