2025年大学《数理基础科学》专业题库—— 光电子学与激光技术.docxVIP

2025年大学《数理基础科学》专业题库——光电子学与激光技术

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题均有多个选项符合题意，请将正确选项的字母填写在答题纸上。多选、错选、漏选均不得分。）

1.下列哪些现象是光的波动性特征的表现？

A.光的直线传播

B.光的干涉

C.光的偏振

D.光的衍射

E.康普顿散射

2.激光产生的物理基础包括：

A.粒子数反转

B.受激辐射

C.光放大

D.谐振腔

E.自发辐射占主导

3.与普通光源相比，激光具有哪些主要特性？

A.发光强度高

B.方向性好

C.单色性好

D.相干性好

E.波长可以任意选择

4.光电二极管的工作原理基于：

A.外光电效应

B.内光电效应

C.光热效应

D.光电导效应

E.爱因斯坦光电方程

5.在激光谐振腔中，决定激光频率（或波长）的是：

A.激光介质

B.谐振腔的长度

C.谐振腔的反射镜反射率

D.激光器的输出功率

E.原子能级结构

二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在答题纸上。）

6.描述光波动性的两个重要物理量是________和________。

7.受激辐射过程中，一个光子诱导原子发射一个与入射光子具有相同________、________和________的光子。

8.激光器输出功率的大小主要取决于________、________和谐振腔的________。

9.光在均匀介质中传播时，其相位沿传播方向逐点变化，相位变化量为2π的整数倍时，该点光振动方向不变，这种现象称为________。

10.半导体PN结在光照下产生电动势的现象称为________效应，它是制作________和________的基础。

三、简答题（每小题5分，共20分。请将答案填写在答题纸上。）

11.简述激光产生的三个必要条件。

12.简述光纤通信中利用全反射原理进行光信号传输的基本过程。

13.与传统光源相比，简述CCD/CMOS图像传感器的主要优点。

14.简述受激辐射与自发辐射的区别。

四、计算题（每小题10分，共30分。请写出必要的公式、推导过程和计算结果。）

15.一束波长为600nm的单色光垂直入射到一狭缝上，狭缝宽度为0.1mm。求该光通过狭缝后在离狭缝1米远的屏上中央明纹两侧的第一个暗纹之间的距离。

16.一个三能级激光器，其上能级、基态能级和下能级分别为E3、E1、E2（E3E2E1）。已知在单位时间内，原子从E3直接跃迁到E1的速率（自发辐射和受激辐射之和）为A21，从E3跃迁到E2的速率为A32，从E2跃迁到E1的速率为A31。设t=0时，上能级E3和下能级E1上的原子数分别为N3和N1，上能级E2上的原子数为零。求t时刻E3、E2、E1上的原子数密度（设体系处于热平衡状态，统计分布遵循玻尔兹曼分布）。

17.一个长度为L的激光谐振腔，两端是反射率分别为R1和R2的反射镜。设激光介质在单位长度上的小信号增益系数为g，忽略损耗。求该谐振腔的纵模频率间隔以及满足稳定振荡的阈值增益条件（设R1=R2=R）。

五、论述题（共10分。请将答案填写在答题纸上。）

18.试论述光纤通信相较于传统铜线电缆通信的主要优势及其物理基础。

试卷答案

一、选择题

1.B,D

2.A,B,C,D

3.A,B,C,D

4.B,E

5.B,E

二、填空题

6.振幅；相位

7.频率；波长；传播方向

8.小信号增益系数g；泵浦功率（或光子注入速率）；品质因数Q（或反射率）

9.偏振

10.光电；光探测器；光电池

三、简答题

11.激光产生的三个必要条件是：粒子数反转、光放大介质、光学谐振腔。粒子数反转是产生激光的物理基础，即高能级粒子数大于低能级粒子数；光放大介质提供受激辐射并实现光放大；光学谐振腔提供光束反馈，实现光振荡并输出激光。

12.光纤通信利用全反射原理传输光信号。当光信号以大于临界角的角度进入光纤纤芯与包层界面时，光信号将在纤芯中不断发生全反射，沿着光纤轴线向前传播。由于全反射，光信号能量大部分保持在纤芯中，损耗很小，从而实现远距离传输。

13.CCD/CMOS图像传感器相比传统光源（如胶片、感光化学物质）的主要优点在于：无源感光（直接探测光子），响应速度快，体积小、功耗低，制造成本相对