3. 染料激光器中激光“猝灭”指什么？如何消除？ 答：（1）“猝灭”简而言之就是染料对自身所发出的激光的再吸收而导致激光无法起振。
具体而言，染料的能态存在自旋S=0 的单态和S=1三重态，跃迁选择定则要求△S=0。 故单重
态和三重态之间的跃迁是禁戒的。但是通过碰撞，单重态S1可衰减到三重态T1，同时由于T1-->S0是禁戒的，于是T1就有可能堆积大量粒子。由于ES1?ES0?ET2?ET1, 则由S1?S0发出的荧光就会被T1－>T2跃迁吸收。当T1寿命tT> tST (S和T系间交叉速率)， T1会堆积大量粒子，大量吸收荧光，从而出现“猝灭”。
（2） 消除“猝灭”的方法关键就是使tT< tST , 通常使用短脉冲光源激励，以及在染料中添加三重态猝
灭剂，提高溶液氧含量。（详见课本p101）
作业五
1、何谓激光器的Q值？调Q实质上是调节什么？
答： Q指谐振腔的品质因素，它定义为腔内存储的能量与每秒中损耗的能量之比，即Q?2??0W?，
式中W为腔内总能量，?为每秒钟损耗的能量，?0为中心频率。
设激光在腔内走一个单程的能量损耗率（包括输出）为?，则光在一个单程中对应的能量损耗为?W。设腔长为L，平均折射率为n，光速为c，则光在腔内走单程的时间为nL/c，所以每秒钟损耗的能量为?W/(nL/c)= ?Wc/nL。带入Q表达式中得Q?2?nl?0?。
上式表明Q值反比于损耗率。所以调Q就是调节谐振腔的损耗率。激光振荡需要足够的增益，当损耗过大时，增益不够，激光停止振荡。所以，调Q能控制激光的振荡。
2、钛宝石激光器的宽发光谱起因？它的谐振腔特点？为什么？
答：从钛宝石的能级图（如下图）可以看到，由于钛宝石晶体激发态各振动的能级之间的间小，基态各振动能级间的能级差也很小，因此各自形成很宽的准连续能带，这样电子带间的振动跃迁就形成一个宽的发光谱带。
掺钛蓝宝石具有很强的三阶非线性，利用这一特性可以实现激光的相位调节-自相位调节，锁定不同纵模间的位相，实现锁模运转。由于自相位调节是一种非线性效应，需要强的光功率密度，所以钛宝石激光谐振强设计中要考虑提高宝石棒中的光功率密度，需要加一对聚焦亚腔，使激光聚焦通过钛宝石棒，获得强的光功率密度，进而强的自相位调节。
3、绘制如下p、n型半导体形成的p-n结的平衡态能带图？
答：如图。
作业六
1、端镜耦合输出调Q和腔倒空调Q技术的工作原理和特点？
脉冲透射式Q开关（PTM）又称腔倒空。发展腔倒空技术是为了进一步压缩Q开关脉冲和输出更高的脉冲能量。可以将腔内全部能量在一个振荡周期内倒出，提高脉冲峰功率一个数量级。 激光是在高Q状态振荡输出的，至少要振荡几个周期，才能有好的相干性、好的方向性和足够的增益。Q开关脉冲宽度为m2L/c。激光端镜耦合输出通常只有10%左右，剩余的90%左右的能量在腔内没有输出。
2、主动和被动调Q技术有哪些？
常见的调Q技术包括机械调Q、电光调Q、声光调Q和染料调Q四种技术。其中前三种技术属主动调Q技术，而染料调Q属被动调Q。
3、锁模技术分类？各自包括哪些技术？
锁模技术包括主动、被动和自锁三种。主动锁模包括损耗调制和位相调制。染料锁模是被动锁模的一
种。自锁模通过自相位调制实现，能实现自锁模的激光器是钛宝石激光器。
4、锁模技术能获得脉冲宽度反比于被锁的模数目，而腔长影响纵模间隔，进而影响纵模数，所以影响锁模脉冲的宽度？对吗，为什么？ 不对。
纵模频率间隔为???c/2L，如果不考虑导致展宽的因素，激光增益介质的荧光线宽??g是一定的（与腔长L无关）。而脉宽???2?/(2M?1)???1/(2M?1)???1/??g，故脉宽不随L变化。腔长只影响脉冲的重复率（脉冲间隔）。
作业七 1、说明正弦周期和非正弦周期损耗调制锁模的异同？对调制频率有什么要求？调制器应放在何处，为什么？ 解： （1）对正弦周期损耗调制锁模 ?(t)??0???sin(?mt??1) 透射率： T(t)?T0??Tsin(?mt??2)由 e(t)?E(t)T(t)?E0[T0??Tsin(?mt??2)]sin(?ct??c) ?Ac[1?msin(?mt??2)]sin(?ct??c) mAce(t)?Acsin(?ct??c)?sin[(?c??m)t??c??2]?可得 2 mAcsin[(?c??m)t??c??2] 2上式表示三个频率为?c??m,?c,?c??m的平面波的叠加，也即一个调幅平面波可以分解为三个平面波的叠加，激光往返一次又可以激发起两个边频，一直到?c?n?m(n?0,1,2,...) 的所有模式。 对于非正弦周期调制信号T(t)?T(t?2??n)，可用傅立叶级数展开为多个正弦波的叠加，各个正弦波的角频率差为k??n，所以锁模速度更快，一次便可以激发起所有的模式。 （2）调制频率?m?2?c 2L（3）调制器应该贴住反射镜，以保证调制频率为?m。
2、钛宝石激光器的自锁模过程？
钛宝石有很强的二阶电光效应，也即克尔效应。
n(I)?n0?n2I
进而引起位相变化???2???nL?2??n2IL 自相位调制会引起普线展宽???d??2?LdI?n dt?2dtdI更大，频谱展宽更大，激发取更多的纵模。经过dt自相位调制是非线性、非周期性的，因而频谱展宽为一个连续带，而连续带中仅与谐振腔允许的纵模频率相同的谱线能够维持振荡，使得脉冲变窄，多次自相位调制，就能激发起所有允许的纵模，并使相邻纵模间的相位关系恒定，从而实现锁模。 3、连续、脉冲和脉冲编码调制的内涵？各自的优缺点？ 答：
（1） 连续调制是指利用连续的信号调制光的振幅、频率、位相、强度，从而实现信号的传输。脉
冲调制是指根据采样定律对模拟信号进行采样，要求采样频率大于信号带宽的2倍，用这些脉冲采样信号来调制光，并可根据这些脉冲无损的恢复原信号。脉冲编码调制是指首先将模拟信号转换为数字信号，然后再逐位调节光载波的某个参数，实现信息的光传输。
（2） 优缺点：连续调制是较为原始的调制，脉冲调制可以节约带宽和发射功率。连续调制和脉冲
调制均为模拟调制，抗干扰能力差。脉冲编码调制具有强的干扰能力，但是是有牺牲传输速率位代价的。
作业八
1、已知某横向电光调制器的90%衰减点带宽为1GHz，如果将它 改成行波结构，电极的上电场的传播速率为1X108米/秒，调制器 电光晶体材料的折射率为2，求该行波调制器的90%衰减点带宽？ 因为(Vm)max横向?1?1GHz 4?d所以
1?d?4GHz
所以(Vm)max行波?1
4?d(1?c/ncm) =
1?2GHz 83?101?2?1?108
2、说明行波型和驻波型声光拉曼-奈斯衍射的异同？如何区分它们的？ 不同点：
①折射率分布不同
行波：?n(x,t)??nsin(wst?ksx) 驻波：?n(x,t)??nsin(wst)sin(ksx)
②物理图象不一样
行波：以速度V传播，它所形成的声光光栅的栅面在空间移动，引起光学介质密度呈疏密交替的变化
驻波：由波长、相位和振幅相同而传播方向相反的两列波所合成。这种合成的声驻波的波腹和波节在介质中的位置是固定。从而可以认为它所形成的声光栅是固定在空间而不随时间变化，其相位变化与时间成正弦关系。
③行波：产生一个简单的多普勒频移单色光
驻波：含有各级多普勒频移分量的复合光束，其强度随时间以2w的角频率调制。
3、一个磁光晶体长5厘米，在轴向磁场作用下，它对500nm波长 的左、右旋圆偏振光的折射率分别为1.8和1.8001，求线偏振光通 过此磁光晶体后偏振面转角？在调制器出口设置偏振方向与入射 光偏振一致的检偏振器，透过检偏振器后光强会有显著变化吗， 为什么？ 对于左旋圆偏光，电场矢量转向的角度为
2??1.8?5?107?3.6??105
?5002?2?n2l??1.8001?5?107?3.6002??105 ?2??500????2??10? 偏振转角 d?122 ?1?2?n1l? 因此通过检偏器后光的偏振方向不变，光强不会有显著变化
作业九
1、设计一个三维数字电光偏转器，标出八个输出态。
2、说明声光偏转器的布拉格衍射角的自动跟踪原理。 根据布拉格衍射条件 2?ssin?B??
?，故上式可化为
由于超声波波长?s? ??2?B????fs ?s?s其中?为激光光束偏角。由上式得新的布拉格衍射条件为