光机电测控技术基础复习题.docxVIP

激光的特性：方向性和高亮度、单色性和时间相干性、空间相干性。光纤低损耗窗口：光纤在0.8-0.9μm、1.2μm、1.3μm、1.55μm有低损耗窗口。目前国家规定0.85um为短波长窗口，1.3μm、1.55μm为长波长窗口。激光器组成：工作物质、谐振腔和激励能源。激光器光谱总有一定的宽度为什么？答：同一种原子从一个高能级E2跃迁到E1而发出的光，其频率V=（E1-E2）/h，今后称为这种原子发射了一条频率为V的光谱线，实际上光谱线总有一定的频率宽度V，这是由于原子的激发态总有一定的能级宽度。基态：原子的最低能级 激发态：能级比基态高的其他能级 辐射跃迁：原子由于发射或吸收光子而从一个能级改变到另一个能级 无辐射跃迁：如果原子只是通过与外界碰撞的过程或其他与外界进行能量交换的过程而从一个能级改变到另一个能级，既不发射也不吸收光子。光纤色散有组成：模式色散（模间色散）、材料色散（模内色散）和波导色散。模式色散：由于在多模光纤中，各模式传播的途径不同，而引起时延差。材料色散：由于同一媒质对不同光波长其折射率是不同的，既纤芯的折射率n1随频率而变，因此传播的光波是由若干频率组成，也会引起时延差。波导色散：由于光在纤芯内传播是，还会有部分光进入包层，而包层中的光速比纤芯的光速快，这样也会出现时延差。 在多模光纤中，主要是模式色散和材料色散而且模式色散占主导地位，在单模光纤中主要是材料色散和波导色散。光纤制造方法：MCVD法（管内化学气相沉积法）特点：是在石英包皮管内沉积包层和芯子玻璃。用于生产高质量的单模和多模光纤。分两步第一步熔炼包层玻璃，第二步熔炼芯玻璃。如果熔炼的是阶跃型光纤，则芯子中的掺杂流量是恒定的，如果是梯度多模光纤，光纤截面上的折射率分布呈抛物线。粒子正态分布和反转分布：在激光器工作物质内部，由于外界能源的激励，破坏了热平衡，有可能使得处于高能级的粒子数密度大大增加，结果达到N2/g2N1/g1满足上式的粒子分布，称为粒子数反转分布。g1：为低能级的统计权重，g2：高能级的统计权重波振面：同一时刻在波的传播过程中由位相相同的各点组成的面称为波面。波面是平面的光波称为平面光波。如图一：折射率分布图。依次是阶跃光纤、梯度光纤、单模光纤线偏振光：光在传播过程中光的电矢量沿着单一方向振动的光称为线偏振光。单色平面波：具有单一频率的光称为单色光。线偏振的单色光波数学表达式：图一E=Acos2（vt-Z/） 2（vt-Z/）称为相位，此式中不出现X和Y因此与Z轴垂直的某一平面上各点均具有相同的相位，并且具有相同的E值。 为波长 v是频率 A是振幅测量光纤损耗的方法：剪断法（属于破坏性测量，但是测量精度高）、插入法、背向散射法（测量精度不及剪断法高，但是它不要切断光纤属于非破坏性的测量，且测量工作可在线路一端进行，务须另一端匹配，同时它还可以观察光纤长度上各段损耗的情况，持续点损耗的大小和故障点的位置，也能测量光纤的长度。光纤损耗定义： pin和pout分别为光纤入端和出端所测的光功率相对折射率差：=（n1-n2）/n1 ; n1为光纤芯子折射率 n2为光纤包层折射率数值孔径：NA理论= NA测量==arctg（x/y）知识扫盲：与折射相关的公式：sinv1/v2 =n2/n1 v=c/n 光密到光疏折射角大于入射角自发发射：处于高能级E2的原子自发的跃迁到低能级E1，并且发射一个光子光的自发发射：对于大量的处于高能级E2的原子，它们各自独立的分别自发发射一列一列光波，各列光波之间的位相完全无关，这个过程称为光的自发发射。光的受激吸收：当处于低能级的E1的原子受到光子能量恰好为=hv=E2-E1的外来入射光照射时，吸收一个这种光子而跃迁到高能级E2，这个过程称为光的受激吸收。光的受激发射：当处于高能级E2的原子受到光子能量为=hv=E2-E1的光照射时，发射一个与入射光子一模一样的光子而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激发射。受激发射的光与入射光二者的频率、位相、偏振方向和传播方向都相同。光的时间相干性：如果一个光源在相干时间内的两个不同时刻发出的光，经过不同路程后在空间会合，尚能发生干涉，则称这两部分光具有时间相干性。双折射晶体：光入射到晶体时发生折射，折射光的一个方向符合折射定律，另一个方向不符合折射定律，这样的晶体叫双折射晶体。双折射晶体光轴：当光入射到双折射晶体后，光入射的方向上不发生双折射现象，这个方向即为双折射晶体的光轴。光功率计：测量光功率有热学法和电学法。热学法：在波长特性、测量精度等方面较好，但响应速度差，灵敏度低。光电法：在响应速度，功率曲线的线性，测量范围，检出灵敏度等方面较好，但在波长特性，测量精度等方面较差。光纤通讯中光功率很微弱，一般采用电法测量。 利用光电检测器检测光功率，实质上是测量光电检