光电子学复习提纲

考试题型：1、选择题（10%）：考核基本概念的理解2、问答题（30%）：考核基本概念和原理的掌握3、计算题（50%）：考核原理和公式的应用4、分析题（10%）：光学系统的分析复习内容：1、高斯光束的特性、高斯光束的聚焦与准直方法和特点2、辐射度量和光度量的物理量的概念，理解辐射量与单色辐射量的区别，掌握光视效能和光视效率。理解余弦辐射体（辐射亮度均匀）。3、激光的特点4、理解什么是相格、光子态、光波模式的概念及其意义？1111相格方法就是在相空间中，以一定的相体积，把相空间分割成很多格子，以便计数特定宏观态下的微观状态数的方法。这些格子叫相格。相格是同一光子态的一种说法，等价于同一模式，同一简并度。相格的方法是一种准经典的方法。它是在经典和量子中间妥协的方法。相空间是经典的概念。量子力学中，由于测不准原理，位置和动量有一个不确定度，因此严格说量子力学里没有相空间的概念。但是当系统的尺度比较大时，可以用准经典的方法来处理。这时就用相格的方法：根据量子力学的启发，2n维相空间中每一个相格的体积取h^n,即位置动量不确定度的n次方。2222光子态光孤子自子有各自的状态,有自旋的,自旋有快有慢,有不自旋的,还有不同的色,不同的体积.光子的这些特征统称为光子态或光子常态.当光子参与律动---波动时它有时会保持自态而传递动态,有时会自态和动态一起传递而变成另一种态---激发态.3333具有一定频率、一定的偏振状态和传播方向的光波称做光波的一种模式。理解简并与简并度的概念，理解光子态密度/光波模式数密度下能量密度的计算。1111原子中的电子，由其能量确定的同一能级状态，可以有两种不同自旋量子数的状态，该能级状态是两种不同的自旋状态的简并态。222222量子力学中把能级可能有的微观状态称为该能级的简并度，用符号g表示。简并度亦被称为退化度或统计权重理解光子数、光子能量和功率的关系。11光功率,是指单位时间内通过某个截面的光的能量.即P＝E/t而一个光子的能量是E1＝h*υ,υ是光的频率若光子数是N,则E＝N*h*υ那么P＝N*h*υ/t－－－这就是P与N的关系.5、理解玻尔兹曼分布律与费米分布111玻尔兹曼分布也叫吉布斯分布，是一种覆盖系统各种状态的概率分布、概率测量或者频率分布。当有保守外力（如重力场、电场等）作用时，气体分子的空间位置就不再均匀分布了，不同位置处分子数密度不同。玻尔兹曼分布律是描述理想气体在受保守外力作用、或保守外力场的作用不可忽略时，处于热平衡态下的气体分子按能量的分布规律。22222费米子是自旋为半整数(即自旋为/2，=h/2π，h是普朗克常量）的粒子，如轻子和重子，全同费米子系统中粒子不可分辨，费米子遵从泡利不相容原理，每一量子态容纳的粒子数不能超过一个。对于粒子数、体积和总能量确定的费米子系统，当温度为T时，处在能量为的量子态上的平均粒子数为[2]费米-狄拉克分布公式式中，k是玻耳兹曼常量，εf是化学势。在高温和低密度条件下，费米-狄拉克分布过渡到经典的麦克斯韦-玻耳兹曼分布。6、自发辐射、受激辐射、受激吸收的过程及特点，理解三个爱因斯坦系数的意义及其相互关系。111自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E2向低能级E1跃迁，同时放出能量为e=hv=E2-E1的光子。特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播，是非相干光。222受激辐射：当受到外来的能量e=hv=E2-E1的光照射时，高能级E2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。特点:1）当外来激励光子能量为高低两能级能量差e=hv=E2-E1时，才能发生受激辐射。2）受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同，即频率、位相、偏振和传播方向完全一样，因此受激辐射与外来辐射是相干的，换句话说外来辐射被“放大“了。3333受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子（能量e=hv=E2-E1）的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程。特点：处于低能级E1的原子受到外来光子的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程。爱因斯坦系数的关系（A21、B21、B12）：在光和原子相互作用达到热平衡的绝对黑体空腔内的原子系统中，如果单色辐射能量密度为Pv，则有如下关系：A21n2dt+B21Pvn2dt=B12Pvn1dt(v与数字为后缀)7、理解什么是自然加宽、碰撞加宽、多普勒加宽、均匀加宽、非均匀加宽，以及特点。理解洛仑兹线型函数和高斯线型函数；气体中碰撞加宽、多普勒加宽的简化计算。8、三能级、四能级系统的粒子跃迁过程和特点，可以画图示意。9、（分别讨论在均匀加宽和非均匀加宽截止中，小信号？中心频率等的影响）。粒子数反转概念及其公式、小信号时的粒子数反转、负温度效应10、（分别讨论在均匀加宽和非均匀加宽截止中，小信号？中心频率等的影响）。什么是增益？表达式？增益系数和吸收系数。理解反转粒子数与增益的关系。什么是增益饱和？11、理解烧孔效应、兰姆凹陷、频率牵引、跳模的概念和产生原因12、什么是时间相干性/空间相干性13、光学谐振腔的分类和稳定条件，会用稳定图求解R1、R2和L14、激光器的损耗主要分哪两种（工作介质内部损耗、镜面损耗）？各由什么原因引起？15、理解什么是阈值？反转粒子数阈值和增益阈值的意义？16、什么是纵模？纵模序数？纵模间隔？会通过纵模间隔求纵模数。理解均匀展宽情况下纵模的模式竞争过程和结果。17、横模（主要是基横模的分析），横模间隔和纵模间隔的关系，什么是简并模和基横模？计算基横模的光束半径、曲率半径、远场发散角。18、固体激光器（红宝石激光器、YAG激光器、）、气体激光器（He-Ne激光器、CO2激光器）、基本工作物质/发光谱线/能级结构/发光原理19、理解半导体激光器的工作原理，同质结和异质结激光器的区别20、什么是调Q技术？（目的和方法）什么是锁模（光强、相邻脉冲间隔、脉冲宽度），常用的方法有哪些？激光的选模与稳频方法有哪些？21、折射率椭球和折射率面；22、电光调制（线性）：KDP类晶体线性电光效应原理和结论；电光相位调制和电光纵向强度调制的原理；纵向/横向半波电压的概念及其计算？纵向电光调制的方法及计算。23、声光调制：应力场作用下正交晶系（单轴晶体）和各向同性介质（水）的变化，声光调制的分类与调制器结构。24、磁光调制：理解旋光原理和法拉第效应，其异同之处；理解磁光调制和磁光隔离的原理。