光电子学复习提纲

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L

14、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