1、某单色光频率为3×1014Hz，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。

答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/s λ=v/f=2.26*108/3*1014 =0.75*10-6m2、某星球的辐射出射度的峰值波长为400nm，试估算该星球表明的温度。

答：由维恩位移律λmT=b得T=b/λm=2.898*10-3/400*10-9=7.245*103k3、简述光子简并和能级简并答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。

光子态是按光子所具有的不同能量（或动量数值），光子行进的方向以及偏振方向相互区分的。

处于同一光子态的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。

可以有多个光子处于同一种光子态上，这种现象称为简并。

处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度δ。

δ=1/（e hυ/kT-1）4、什么是亚稳态能级。

答：若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均寿命会很长τs>>10-3s,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。

5、设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？6、产生激光的重要机理是答：受激辐射7、爱因斯坦关系是8、以二能级为例推导粒子数反转的条件是什么？答：能级上的粒子数分布满足条件N2/g2>N1/g1反转分布图对物质的要求：在物质能级中存在亚稳态能级对外界的考验：需要有泵浦源9、从能级理论出发，解释Nd:YAG激光器工作原理（p44-45）10、解释增益饱和效应答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应。

11、两种介质A、B的折射率分别为nA=1，nB=1.2，当光从B传播到A时，计算：1）发生全反射的零界角2）布鲁斯特角答：1.θc =arcsin （n 2/n 1）（n 1>n 2）=arcsin （1/1.2）=56.44°2. tan θ=n 2/n 1θ=arctan （n 2/n 1）=arctan （1/1.2）=39.8°12、人体辐射出射度的峰值波长为（ ）答：由维恩位移律λmT=b得 λm =b/ T =2.898*10-3/（37+273）=9.35*10-6m13、红宝石激光器利用（氙灯）作为泵浦源。

14、光纤长距离通信中传播信息光的波长为(1550nm)，在接收端光电二极管所使用的材料是(InGaAs)15、某阶跃光纤：n1=1.490, n2=1.480,则光纤的临界传播角为多少？答: α=arcsin （n 2/n 1）=arcsin （1.48/1.49）=83.4°16、某平板介质波导：2a=10μm, n1=1.480, n2=1.470,则该波导的截止波长为多少？答：平板v=π/2（光纤v=2.405）V=（2πa/λc ）2221n n - λc =2πa 2221n n -/ V=（10*π2247.148.1-）/（π/2）=3.44μm17、已知某平板介质波导：2a=80μm, n1=1.490, n2=1.470,入射光波长为λ=1μm ，在该波导中存在的模式数为答：M=V 2/2=(π/2)2/2=118、解释材料色散产生的原因答：材料色散：是由于折射率随波长变化的，而光源都具有一定的波谱宽度，因而产生传播时延差，引起脉冲展宽。

补充：模式色散：在阶跃光纤中，入射角不同的光波在光纤内走过的路径长短不同，在临界角上传输的光路最长，沿光纤轴线传输的光路最短，由此引起时延差而产生模式色散。

波导色散：是由光纤的几何结构决定的色散，它是由某一波导模式的传播常数β随光信号角频率w 变化而引起，也称为结构色散。

19、简述谐振腔的作用答：使光只能沿着轴线方向往返运动（方向性）筛选光频率，只能使满足干涉相干条件频率的光能在腔内往返运动（单色性） 增加光强度，实现光放大（高亮度）20、半导体激光器实现光放大的物质条件是什么答：PN 结附近或导带电子和价带空穴相对反转分布21、激光产生的条件具体有那些答：必要；粒子数反转分布和减少振荡模式数充分；起振和稳定振荡22、推导波导方程（课件）23、计算：1）入射光波长为1550nm，Pin=0.05W，Pout=0.002W，估算光纤中信号能传输的最远距离。

2）光源为激光，λc=1550nm,光源脉宽Δλ=0.5nm，假设信号传输1km，计算由于材料色散造成的脉冲信号展宽σ。

3）只考虑材料色散，估算信号在光纤中传播1km的bit rate的最大值。

答：1.α=10lg(p i/p o)/L L=10*lg（0.05/0.002）/0.36=38.8m2. σ=Δλdn/cdλ=0.5*10-9/3*108=1.7*10-18s/m3.B<=1/（4Δτ）Δτ=L|D m|Δλ24、已知输入信号频率最大值为1kHz，输入信号峰值为3V，脉冲编码调制采用4位编码则：1）采样频率最小值为？2）采用有舍有入的方式，量化单元为？由此产生误差的最大值为？答：25、KDP晶体的纵向电光效应中，Δφ=？Vπ=？答：Δφ=（2π/λ）n03γ63vVπ=λ/（2 n03γ63）=πC/（wn03γ63）26、电光强度调制中如何解决信号失真问题？推导解决失真后的透射率表达式。

答：a.在调制晶体上加一个恒定的直流电压V=Vn/2，该直流电压使两束光产生相位延迟π/2；b．在光路中增加一片λ/4波片27、调制:将欲传递的信息加载到激光辐射上的过程。

28、脉冲编码调制是把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制。

要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程:抽样、量化和编码。

抽样：将连续的信号分割成不连续的脉冲波，且脉冲序列的幅度与信号波的幅度相对应。

要求取样频率比传递信号频率的最大值大两倍以上。

量化：把抽样后的脉冲幅度调制波分级取整处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。

编码：用量化的数字信号变成相应的二进制代码的过程，用一组等幅度、等宽度的脉冲作为码元。

29、解释电光效应答：某些晶体在外加电场作用下，折射率发生变化，当光波通过此介质时，其传播特性就会受到影响。

30、解释半波电压答：光波在光晶体中传播时，当光波的两个垂直分量的光程差为半个波长时所需要加的电压，称为半波电压。

31、推导纵向电光强度调制透射率T的表达式（p122-124）32、渡越时间对调制信号频率有什么影响？（p129-130）Δфo 是当ωm τd <<1时的峰值相位延迟；γ称为高频相位延迟缩减因子，表征因渡越时间引起的峰值相位延迟的减小程度。

只有当ωm τd <<1。

即τd << T m / 2π时，γ=1，即无缩减作用。

说明光波在晶体内的渡越时间必须远小于调制信号的周期，才能使调制效果不受影响。

33、某电光晶体n=1.5，L=1cm ，ωm τd =π/2,则调制信号最高频率为？ 答：f m =w m / 2π=1/4τd =c/4nL=3*108/（4*1.5*0.01）=5*109Hz34、解释声光效应（p136-137）答：当光在建立起超声场的介质中传播时，由于弹光效应，光介质中的超声波衍射或散射的现象。

补充：介质光学性质的变化，不仅可以通过外加电场的作用而实现，外力的作用也能够造成折射率的改变，这种由于外力作用而引起介质光学性质变化的现象称为弹光效应。

36、声光调制器件由声光介质，电——声换能器，吸声装置以及电源组成。

采用布喇格衍射。

35、声光效应中发生Bragg 衍射的条件是什么？Bragg 衍射的特点是？答：条件：1）超声波频率足够高L=λs /λ2）光线倾斜入射，当入射角θB 满足2λs sin θB =λ产生布喇格衍射 特点：1）衍射光只有0级，+1或-1级，布喇格衍射效应制成的声光器件效率比较高。

2）两级衍射光夹角为2θB3）衍射效率η=I 0/I i =sin 2[（πL/2λ）s P M H L 2)/(]=sin 2[πL/2λs I M 2]37、调Q 的目的是压缩脉冲宽度，提高峰值功率。

38、解释激光器的Q 值？Q 值和激光器的损耗之间有什么关系？答：Q 值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标—品质因数。

品质因子Q 与谐振腔的单程总损耗的关系 Q=2πW/P=2π/λα总39、叙述调Q 的过程？答：过程1.在泵浦过程的大部分时间里（t-t 0）谐振腔处于低Q 值状态，故阈值很高不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，直至t 0时刻，粒子数反转达到最大值Δni过程2. t 0时刻Q 值突然升高（损耗下降），振荡阈值随之降低，于是激光振荡开始建立。

由于此Δni>>Δnt （阈值粒子反转数），因此受激辐射增强非常迅速，激光介质存储的能量在极短时间内转变为受激辐射场的能量，结果产生了一个峰值功率很高的窄脉冲。

41、叙述声光调Q 的原理。

答：利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的反射损耗。

40、叙述电光调Q 的原理。

答：电光调Q 是指在激光谐振腔内加置一块偏振片和一块KDP 晶体。

光经过偏振片后成为线偏振光，如果在KDP 晶体上外加λ/4电压，由于泡克尔斯效应，使 往返通过晶体的线偏振光的振动方向改变π/2。

如果KD*P 晶体上未加电压，往返通过晶体的线偏振光的振动方向不变。

所以当晶体上有电压时，光束不能在谐 振腔中通过，谐振腔处于低Q 状态。

由于外界激励作用，上能级粒子数便迅速增加。

当晶体上的电压突然除去时，光束可自由通过谐振腔，此时谐振腔处于高Q 值状 态，从而产生激光巨脉冲。

电光调Q 的速率快，可以在10-8秒时间内完成一次开关作用，使激光的峰值功率达到千兆瓦量级。

如果原来谐振腔内的激光已经是线 偏振光，在装置电光调Q 措施时不必放置偏振片。

42、什么是单模光纤？成为单模光纤的条件是什么？答：只允许基模通过的光纤为单模光纤。

条件：V=（2πa/λc ）2221n n <2.405 光纤直径很小、λ>λc43、试比较单模光纤和多模光纤的区别（阶跃光纤）答：单模光纤的数值孔径比较大，单模光纤只允许基模通过而多模光纤则允许若干个模式通过。

单模芯径为8~10μm ，多模光纤的芯径为50~100μm.44、光纤中存在哪几种损耗答：吸收损耗：当光波通过任何透明物质时，都要使组成这种物质的分子中不 同振动状态之间和电子的能级之间发生跃迁。

这种能级跃迁时，物质吸收入射光波的能量引起的光的损耗。