1、光电子学1、什么是光电子学 ?第一章2、光电效应第一章3、谈谈你所了解的光电子学与光电子技术涉及的范围 第一章4、为什么说光波是电磁波 ? 第一章4、为什么说光波是电磁波 ? 第一章5、你对世界上最伟大的十个公式中麦克斯韦方程组排在第一的理解 第一章6、谈谈你对麦克斯韦方程组的物理意义认识第一章1.谈谈你对激光器的发明带来了世界巨大进步的认识激光是 20世纪的四项重大的发明之一 ,激激光的出现带动了多学科的发展，如量子光光的出现带动了多学科的发展，如量子光学、量子电子学、激光光谱学、非线性光学、量子电子学、激光光谱学、非线性光学、集成光学、海洋光学等等。学、集成光学、海洋光学等等。 (细节描细
2、节描述可参照前沿课述可参照前沿课 PPT激光器历史激光器历史 )第二章2.受激辐射第二章3.激光理论的基础第二章4.请解释粒子数反转和负温度的概念以及在激光起重器的作用第二章5.受激辐射与自发辐射的区别第一种答案第二章5.受激辐射与自发辐射的区别第二种答案第二章6.激光单色性好原因？ 受激发射光子 与入射光子 相 同第二章7.什么是粒子数反转 ?第二章8.介质实现能级间粒子数反转条件第二章p 三能 级 激光器效率不高， 因 抽运前粒子基 态 ，激励源 强 抽运快，N2N1，粒子数反 转 ； p 四能 级 E2， E1间 粒子数反 转 。 p 低能 级 E1激 发态 ，粒子极少， E2粒子 积
3、累，易 N2N1，粒子反 转，能 级 E2， E1间产 生激光， p E3粒子向 E2跃 迁， E1粒子向 E0过 渡，易 连续 反 转 ， p 四能 级 比三能 级 系 统 效率高。 2-1粒子数反转分布 2-2光在介质中小信号增益 2-3介子中增益饱和与烧孔效应 一、激发态能级寿命 二、粒子数密度的差值 三、三能级系统与四能级系统 光照 寿命 nsms 1. 三能级系统 2. 四能级系统 第二章克服三能级缺点， 易粒子反转。 问题： 为什么四能级比三能级易粒子数反转？ E0基态， E1, E2, E3激发态， 激励， 基态粒子跃到 E3, E3停短 t， 无辐射跃 E2， E2粒子积累。
4、p E1， 热平衡粒子少； 2-1粒子数反转分布 2-2光在介质中小信号增益 2-3介子中增益饱和与烧孔效应 1. 三能级系统 2. 四能级系统 一、激发态能级寿命 二、粒子数密度的差值 三、三能级系统与四能级系统 p E2稍积累， E2和 E1间 粒子数反转。 p E3粒子向 E2转移快， E1粒子向 E0过渡快， E1，易反转；p 比三能级系统，激励能量要求不高。 克服三能级缺点 易粒子数反转（激活介质）。 第三章复习思考题 (10) 10.产生激光的必要、充分条件分别是什么 ?（ 7）分析激光产生的条件。 第三章复习思考题 (11) （ 7）分析激光产生的条件。 11.已知氢原子第一激发
5、态能量为 E2= -3.40eV，基态能量 E1= -13.60eV，请说明为什么可见室温下处于热平衡状态氢原子几乎处于基态 ? 在物质处于热平衡状态时，各能级上的原子数（或称集居数）服从玻尔兹曼统计分布：得出结果约为零，不能发生粒子数反转，故在 室温下处于热平衡状态氢原子几乎处于基态12.根据半导体激光器的材料与结构特点，说明半导体激光器产生的原理。（ P191-193)答：在半导体晶体中，能带分为价带和导带它们之间是禁带。通常情况下，电子大部分处于价带，而导带中只有少量电子。若有一束平行光入射，在导带里的能级和价带中的能级之间就会造成受激吸收与受激辐射。受激吸收和受激辐射都会导致价带中的电
6、子跃迁到导带上，从而实现了粒子数的反转分布。此时在 PN结两边加正向电流，使增益大于损耗值，就能形成激光震动，产生激光。03电 子科学与技 术 Company Logo好好学习，天天上上量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同，它打破了传统 p-n结型半导体激光器的电子 -空穴复合受激辐射机制，其发光波长由半导体能隙来决定。 QCL受激辐射过程只有电子参与，其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转，从而实现单电子注入的多光子输出，并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程，电子从高
7、能级跳跃到低能级过程中，不但没有损失，还可以注入到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子“ 循环 ” 起来，从而造就了一种令人惊叹的激光器。13.谈谈新型激光器 量子级联激光器（ QCLs）的工作原理 14.实现光放大的必要条件是什么，负温度状态的概念是什么？ （ 2）负温度： 不是描述宏观物体状态的概念，它是描述微观粒子能量反转状态的数学表述。与粒子数反转相对应等效温度为负温度。 答 1（ 1）产生光放大必要条件： 粒子数反转分布状态即，受激辐射 受激吸收； G 0， 介质对光有放大作用； 负温度含义： 不是表示比 绝对零度 低温度， 表示大于正无穷温度 负温度，能量比正温度高状态 。
8、答 2： 粒子数反转是得到光放大必要条件（见书 P39）。出现粒子数反转时，如在形式上使用热平衡分布公式， 得到负温度状态概念。与粒子数反转相对应等效温度：15.激光产生的物理过程。 第三章 思考与练习（答案） 激励能源 激活介质 光学谐振腔全反射 R 100%部分反射 R 为 80%90% 使入射光得到放大，是核心 供给工作物质能量 只让与反射镜轴向平行光束能在激活介质中来回反射，连锁式放大。最后形成稳定激光输出。 光抽运 激光束 通过受激辐射起主要作用从而产生激光，必需要有提供放大作用的增益介质和造成粒子数反转条件的激励源，另外通常要有一个光学谐振腔，像电子线路种的正反馈那样，使光在放大器
9、中反复放大而形成振荡；现代所用的半导体激光器，通常采用激光二极管，它的原理与普通的二极管极为相似，如都有一对 PN 结，当电压和电流加到激光二极管上时， P 型半导体材料中的空穴和 N 型材料中的自由电子产生相对运动，PN 结处载流子的密度增加非常大，自由电子和空穴重新复合，因而产生受激辐射，释放出具有激光特性的光子，由激光器谐振腔内的反射镜反射，透过激光孔和孔内聚焦镜，射出激光束。 15.激光产生的物理过程。第三章 思考与练习（答案） 如何理解？ 只有从面积小于 的光源面上发出的光，才能保证张角在 之内的双缝具有相干性。从物理光学证明：具有明显相干性的条件是：光源相干面积相干体积：具有频带宽度为 的光，具有相干性的条件是限定在 Vcs 之内16.简 述 经 典理 论 和量子理 论对 光的相干性是如何描述的，两者的 结论 是否一致？
