光電子器件概念總結(jié)

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1、1.光的基本屬性：光的波粒二象性。2.激光的特性：方向性好、單色性好、亮度高、相干性好。3.玻爾假說(shuō)：定態(tài)假設(shè)和躍遷假設(shè)。定態(tài)假設(shè)：原子存在某些定態(tài)，在這些定態(tài)中不發(fā)出也不吸收電磁輻射能。原子定態(tài)的能量只能采取某些分立的值，而不能采取其它值。躍遷假設(shè)：只有當(dāng)原子從較高能量的定態(tài)躍遷到較低能量的定態(tài)時(shí)，才能發(fā)射一個(gè)能量為hn的光子。4.光與物質(zhì)的共振相互作用的三種過(guò)程：自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射。5.自發(fā)輻射躍遷幾率的意義：在單位時(shí)間內(nèi)，E2能級(jí)上N2個(gè)粒子數(shù)中自發(fā)躍遷的粒子數(shù)與N2的比值；也可以理解為每一個(gè)處于E2能級(jí)的粒子在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生自發(fā)躍遷的幾率

2、。6.自發(fā)輻射躍遷壽命：粒子在E2能級(jí)上停留的平均時(shí)間稱(chēng)為粒子在該能級(jí)上的平均壽命，簡(jiǎn)稱(chēng)壽命。τ=1/A217.亞穩(wěn)態(tài)：壽命特別長(zhǎng)的激發(fā)態(tài)稱(chēng)為亞穩(wěn)態(tài)。8.受激輻射的光子性質(zhì)：放出光子的頻率、振動(dòng)方向、相位都與外來(lái)光子一致。9.受激吸收和受激輻射這兩個(gè)過(guò)程的關(guān)系及其宏觀表現(xiàn)：在外來(lái)光束照射下，兩能級(jí)間受激吸收和受激輻射這兩個(gè)過(guò)程總是同時(shí)存在，相互競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)吸收過(guò)程比受激輻射過(guò)程強(qiáng)時(shí)，宏觀看來(lái)光強(qiáng)逐漸減弱；反之，當(dāng)吸收過(guò)程比受激輻射過(guò)程弱時(shí)，宏觀看來(lái)光強(qiáng)逐漸加強(qiáng)。10.受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別：最重要的區(qū)別在于光輻射的相干性，由自發(fā)輻射所發(fā)射的光子的頻率、相位、

3、振動(dòng)方向都有一定的任意性，而受激輻射所發(fā)出的光子在頻率、相位、振動(dòng)方向上與激發(fā)的光子高度一致，即有高度的簡(jiǎn)并性。11.光譜線加寬現(xiàn)象:實(shí)際上光強(qiáng)分布總在一個(gè)有限寬度的頻率范圍內(nèi),每一條譜線都有一定的寬度,v=v0只是譜線的中心頻率.這種現(xiàn)象稱(chēng)為光譜線加寬。12.譜線加寬的原因:由于能級(jí)有一定的寬度。13.譜線加寬的物理機(jī)制分為哪兩大類(lèi)？它們的區(qū)別？可以根據(jù)譜線加寬的物理機(jī)制，將譜線加寬分為均勻加寬和非均勻加寬。均勻加寬：引起加寬的物理因素對(duì)每個(gè)原子都是等同的。發(fā)光粒子的光譜因物理因素加寬后中心頻率不變,由它們迭加成的光源光譜形狀與發(fā)光粒子相同。主要包括自然

4、加寬、碰撞加寬和熱振動(dòng)加寬等。譜線形狀是洛倫茲形的。非均勻加寬：引起譜線加寬的物理因素對(duì)介質(zhì)中的每個(gè)發(fā)光原子不一定相同，每個(gè)發(fā)光原子所發(fā)的光只對(duì)譜線內(nèi)某些確定的頻率。發(fā)光粒子的光譜因物理因素使得中心頻率發(fā)生變化,由它們迭加成的光源光譜形狀與發(fā)光粒子不同。主要包括多普勒加寬和殘余應(yīng)力加寬。譜線形狀是高斯形的。14.譜線加寬對(duì)原子與準(zhǔn)單色光輻射場(chǎng)相互作用的影響:由于發(fā)光粒子的譜線加寬，與它相互作用的單色光頻率不一定精確等于粒子中心頻率時(shí)才發(fā)生受激躍遷。而在v’=v0附近范圍內(nèi)，都能產(chǎn)生受激躍遷。當(dāng)v‘=v0時(shí)躍遷幾率最大，v’偏離v0躍遷幾率急劇下降。15．參

5、與普通光源的發(fā)光的光與物質(zhì)共振相互作用過(guò)程:受激吸收和自發(fā)輻射。16.激光產(chǎn)生的必要條件和充分條件:必要條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和減少振蕩模式；充分條件：起振和穩(wěn)定振蕩。17.激光器的基本結(jié)構(gòu)及其各部分的作用:激光工作物質(zhì)、泵浦源、光學(xué)諧振腔。泵浦源：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。光學(xué)諧振腔：減少振蕩模式數(shù)。18.增益飽和現(xiàn)象:當(dāng)入射光強(qiáng)度足夠弱時(shí)，增益系數(shù)與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，是一個(gè)常量；而當(dāng)入射光強(qiáng)增加到一定時(shí)，增益系數(shù)將減小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為增益飽和現(xiàn)象19.二能級(jí)系統(tǒng)為什么不能充當(dāng)激光工作物質(zhì)？光抽運(yùn)可以將粒子從低能級(jí)抽運(yùn)到高能級(jí)。在二能級(jí)系統(tǒng)中，由于發(fā)生受激吸收和受激輻

6、射的幾率是相同的（B12=B21），最終只有達(dá)到兩個(gè)能級(jí)的粒子數(shù)相等而使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定。20.三能級(jí)和四能級(jí)系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？為什么四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)的效率高？E1為基態(tài)，E2、E3為激發(fā)態(tài)，中間能級(jí)E2為亞穩(wěn)態(tài)。在泵浦作用下，基態(tài)E1的粒子被抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)E3上，E1上的粒子數(shù)N1隨之減少。但由于E3能級(jí)的壽命很短，粒子通過(guò)碰撞很快地以無(wú)輻射躍遷的方式轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)E2上。由于E2態(tài)壽命長(zhǎng)，其上就累積了大量的粒子，即N2大于N1，于是實(shí)現(xiàn)了亞穩(wěn)態(tài)E2與基態(tài)E1間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。四能級(jí)系統(tǒng)是使系統(tǒng)在兩個(gè)激發(fā)態(tài)E2、E1之間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。因?yàn)檫@時(shí)低能

7、級(jí)E1不是基態(tài)而是激發(fā)態(tài)，其上的粒子數(shù)本來(lái)就極少，所以只要亞穩(wěn)態(tài)E2上的粒子數(shù)稍有積累，就容易達(dá)到N2大于N1，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在能級(jí)E2、E1之間產(chǎn)生激光。于是，E3上的粒子數(shù)向E2躍遷，E1上的粒子數(shù)向E0過(guò)渡，整個(gè)過(guò)程容易形成連續(xù)反轉(zhuǎn)，因而四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)的效率高。21.激光的縱模和橫模:光場(chǎng)沿軸向傳播的振動(dòng)模式稱(chēng)為縱模；激光腔內(nèi)與軸向垂直的橫截面內(nèi)的穩(wěn)定光場(chǎng)分布稱(chēng)為激光的橫模。22.激光橫模形成的主要因素:激光橫模形成的主要因素是諧振腔兩端反射鏡的衍射作用。23.激活離子:為產(chǎn)生激光發(fā)射作用而摻入的離子。24.固體激光器的基本構(gòu)成:工作物

8、質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、諧振腔和冷卻、濾光系統(tǒng)。25.紅寶石激光器的激活離子