第三课 课后作业参考答案.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,习题与思考题,1.,激光器按工作物质分有几类？每类列出至少一种典型激光器以及它们的输出波长。,固体激光器：红宝石激光器（,694.3nm,）,气体激光器：,He-Ne,激光器（,632.8nm,）,染料激光器：罗丹明,6G,激光器（,590nm,）,半导体激光器：,GaAs,半导体激光器（,840nm,）,2.,气体激光器的工作物质有哪几类？每类举出至少一项工作物质。,气体激光器的工作物质有原子气体、分子气体和离子气体三类。原子气体的代表是,He-Ne,激光器，分子气体的代表是,CO2,激光器，离子气体代表为,Ar+,激光器。,3.,画出红宝石中铬离子的能级结构，简述红宝石激光器的发光机理。并解释为什么红宝石激光器只能发射,694.3nm,的红光，却不输出,693.4nm,的红光。,3.,答：,能级图如上图所示（能级名称可自定义）,发光机理：首先，铬离子在外界泵浦源的泵浦下，从基态,A,跃迁到激发态,F1,和,F2,，处于激发态,F1,和,F2,的原子随后通过无辐射跃迁跃迁到,A,与,E,这两个亚稳态，这两个亚稳态与基态之形成了离子数反转，当有合适的外界光入射的时候，,亚稳态,A,、,E,与基态,A,之间就会发生受激辐射，分别产生,694.3nm,和,693.4nm,两条激光谱线。由于两条激光谱线产生时共用激光级,F1,和,F2,上的粒子，因此存在谱线竞争，而由于亚稳态,E,上粒子数相对于,A,较多，且,A,与,E,之前还存在快速的弛豫，因此，激光振荡主要在,E,与,A,之间发生，因此，产生的主要是,694.3nm,的激光输出。,习题与思考题,4.,画出,Nd,3+,:YAG,激光器的能级图，说明,Nd,3+,:YAG,激光器的谱线竞争。,钕离子首先从基态,E1,泵浦到激发态,E4,，激发态,E4,上的粒子子又很快无辐射跃迁到亚稳态,E3,，因此在亚稳态,E3,和,E2,之间形成了粒子数反转。,E3,上的粒子在外界入射光的作用下受激辐射到,E2,并产生激光，由于,E3,主要由两个能级组成，因此辐射出,1064nm,以及,1350nm,两条谱线，跃迁到,E2,能级的粒子最后通过无辐射跃迁回到基态,E1,。另外，经过激发态,E3,还能直接受激辐射回到,E1,，产生,946nm,的激光输出。由于这三条谱线的粒子都来自与激发态,E4,，因此它们之间存在着谱线竞争。,5.,激光输出波长在可见光范围内的激光器有哪些？常用波长为多少？,红宝石激光器：,694.3nm,（红光）,He-Ne,激光器：,632.8nm,（红光）,Ar,离子激光器：,514.5nm,（绿光）,罗丹明,6G,染料激光器：,590nm,（黄红光）,6.,列举至少五项激光应用。,激光测距、激光焊接、激光医疗、激光通讯、激光武器。,7.,简述自由电子激光产生的原理。,自由电子激光的物理原理是利用通过周期性摆动磁场的高速电子束和光辐射场之间的相互作用，使电子的动能传递给光辐射而使其辐射强度增大。,8.,简述激光调,Q,技术以及锁模技术。,激光调,Q,技术是通过控制激光器谐振腔的品质因子,Q,，让,Q,的值先变大，然后再突然减小的过程，实现激光脉冲宽度的减小以及脉冲能量的增大的一项技术。,激光锁模技术通过把激光中所有的模耦合在一起并把各个模的彼此相位关系锁定，从而实现脉宽变窄、峰值功率变高的技术。,2026/2/1 周日,例,2-1,：理想太阳电池最大输出功率,P,m,的计算,解：理想太阳电池最大输出功率,P,m,=I,mp,V,mp,。,根据,2-1,式（,I-V,公式）太阳电池的负载功率：,根据 ，得到最大功率条件,可以计算出,P=P,m,时，,或者,（,1,）,（,2,）,（,3,）,2026/2/1 周日,由,I-V,公式得到，,将（,3,）式代入（,4,）式得到：,因此：,（,4,）,（,5,）,（,6,）,最大输出功率,P,m,对应的,电压,V,mP,和,电流,I,mP,做太阳电池的,4.,最佳工作电压,及,5.,最佳工作电流,。,理想太阳能电池等效电路,太阳电池受到光照后产生一定的,光电流,I,其中一部分用来抵消,结电流（暗电流）,I,D,，另一部分供给,负载电流,I,。,I,0,是,pn,结饱和电流,，,V,为,结电压。,2026/2/1 周日,2-1,2-2,-,理想太阳能电池等效电路相当于一个电流为,I,的,恒流电源,与一只,正向二极管,并联。,+I,+V,-V,R,L,I,D,I,+,-,v,I,+,理想太阳能电池的,I-V,公式,太阳电池的主要工作参数,1.,短路电流,2.,开路电压,3.,最大输出功率：,例,2026/2/1 周日,特定光照度下,太阳电池,伏安特性曲线,2-3,2-4,I,sc,I,mP,V,oc,V,mP,O,P,m,Q,m,m,I,区,II,区,太阳能电池,第一代太阳电池,（,Silicon based,）,第二代太阳电池,（,Thin films,）,第三代太阳电池,（,New concept,）,单晶硅太阳电池,块状多晶硅太阳电池,多晶硅薄膜太阳电池,多晶薄膜化合物太阳电池,非晶硅薄膜太阳电池,叠层太阳电池,染料敏化太阳电池,量子点太阳电池,热载流子太阳电池,多能带太阳电池,热光伏太阳电池,有机化合物太阳电池,硅太阳能电池,无机化合物,太阳能电池,有机化合物,太阳能电池,新型,太阳能电池,3.3.5,太阳能电池的分类,一、按基体材料分：,单晶化合物太阳电池,2026/2/1 周日,超高速,大容量,长距离,网络化,一根光纤中可同时传输一百,多路信号，采用特殊技术,甚至可以同时传输,1022,路,单路速率不断提升，,已达到,10,、,20,、,40Gb/s,采用,OTDM,技术甚至,可达,640Gb/s,各种通信技术的快速,发展使上千甚至上万公,里的长距离传输成为可能,全光网成为目前光通信,领域最热门的话题之一,保密性好,耐高温、高压,抗腐蚀,材料丰富,光纤通信的优点,量子效率,如果说灵敏度（响应度）,R,是从宏观角度描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，那么量子效率,则是对同一个问题的微观描述。,这里给出量子效率和灵敏度关系：,对某一波长来说，其光谱量子效率：,c,是材料中的光速。,量子效率正比于灵敏度而反比于波长。,