Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства
для специальности 200307
Шангин А.С.
Кафедра ЭП
Томск-2002

№ 1
В каком случае условия получения инверсии населенностей на переходе 1 – 2 наиболее благоприятны?
•

№ 2
Как распределены частицы по энергетическим уровням, расстояние между которыми соответствует оптическому диапазону? Внешнее воздействие отсутствует.
• Почти все частицы находятся на основном уровне.

№ 3
В каком случае на переходе 1 – 2 достигается насыщение?
• W₁₃ >> Г_iк.

№ 4
Мощность поглощения:
• линейно зависит от падающей мощности в области малых полей.
• квадратично зависит от падающей мощности в области больших амплитуд полей.
• является функцией частоты в области малых полей.
• не зависит от частоты в области больших амплитуд полей.
• зависит от времени продольной релаксации в области больших амплитуд полей.

№ 5
Указать какие причины влияют на минимальную величину поля накачки W₁₃ в 3-х уровневой системе:
• Зависит от расположения энергетических уровней.
• Зависит от вероятностей тепловых переходов Г_iк..

№ 4
В 2-х уровневой квантовой системе между населенностями уровней имеют место следующие соотношения. Определить в каком из указанных соотношений возможно усиление поля?

• N₂>N₁.

№ 5
При каких условиях квантовая среда способна усиливать?
• При наличии инверсии населенностей.

№ 6 = №4

№ 7
При каких условиях квантовая среда способна усиливать?
• При наличии инверсии населенностей.

№ 8
Какие релаксационные переходы существуют?
• Спонтанные.
• Тепловые.

№ 9
В чем состоит принцип квантового усиления?
• В создании условий для инверсии населенностей.

№ 10
В чем особенность индуцированного излучения?
• Фотоны являются точной копией воздействующего поля.

№ 11
Какова роль индуцированных переходов в квантовых устройствах?
• Создать условия для инверсной населённости.

№ 12
Роль спонтанного излучения?
• Составляет затравочный шум для развития генерации.

№ 13
Роль тепловых переходов?
• Возвращают квантовую систему в исходное состояние.

№ 14
В чем основное отличие квантовых приборов оптического диапазона от квантовых приборов СВЧ диапазона.
• В использовании различных колебательных систем.

№ 15
Каким образом можно определить распределение частиц по энергетическим состояниям в неравновесной квантовой системе?
• С помощью общих балансных уравнений.

№ 16
Какие схемы накачки используются в твердотельных лазерах?
• Трехуровневые, четырехуровневые.

№ 17
В области каких амплитуд, воздействующих на квантовую систему полей, проявляется эффект насыщения?
• В области больших амплитуд полей.

№ 18
В чем состоят условия самовозбуждения квантового генератора?
• В компенсации внешних и внутренних потерь.

№ 19
Назовите три лазера, длины волн которых попадают в ИК – область спектра?
• СО₂, гранатовый, полупроводниковый.

№ 20
Какой из непрерывных лазеров удовлетворяет требованиям обработки металлов с выходной мощностью > 1 кВт?
• СО₂.

№ 21
Какая схема накачки ОКГ является энергетически более выгодной?
• Четырехуровневая.

№ 22
Какие активные среды работают по трехуровневой схеме накачки?
• Рубин.

№ 23
Укажите основной недостаток ионных аргоновых лазеров?
• Сложная конструкция трубки.
• Использование принудительного охлаждения.

№ 24
Чем обуславливается высокий КПД лазера на углекислом газе?
• Использование для работы колебательно – вращательных уровней.

№ 25
Чем объясняется большая информационная емкость оптических систем связи?
• Узким спектром излучения передатчика.

№ 26
Чем определяется частота излучения ОКГ?
• |Δw|/Q.

№ 27
За счет чего инжекционные полупроводниковые лазеры имеют высокий КПД?
• За счет малых размеров n – p перехода.

№ 28
Что собой представляют оптические резонаторы?
• Две параллельные отражающие поверхности.

№ 29
Основные достоинства лазеров.
• Излучение их когерентно, монохроматично, направленно.
• Излучение поляризовано.

№ 30
Как определить поглощаемую мощность, если квантовая система состоит из 2х уровней?
•

№ 31
Укажите основные причины, ведущие к увеличению порогового тока накачки в полупроводниковых гомолазерах.
• Фотонное и электронное рассеяние энергии.

№ 32
Назначение оптических резонаторов.
• Для создания положительной обратной связи.

№ 33
В чем состоят основные различия между резонаторами СВЧ диапазона и оптического диапазона?
• В конструкции резонатора.

№ 34
В каких лазерах используются плоскопараллельные зеркала?
• В твердотельных и полупроводниковых.

№ 35
Какие моды могут возбуждаться в оптических резонаторах?
• Продольные и поперечные T_mnp.

№ 36
Какой вид потерь является основным в плоскопараллельных резонаторах?
• Дифракционные.

№ 37
От чего зависят продольные моды оптического резонатора?
• ω_q=qπ/Lc.

№ 38
Укажите формулу, определяющую добротность оптических резонаторов, при учете потерь энергии на проход через одно из зеркал резонатора: (r – коэффициент отражения зеркала).
• ;
• .

№ 39
Мода оптического резонатора типа Т_21q?
•

№ 40
В каком случае имеет место эффект насыщения?
•

№ 41
Укажите равенство, соответствующее вероятности индуцированных переходов, если на квантовую систему действует монохроматическое поле
• W_ik=B_ikρ_ωg(ω).

№ 42
Чему равна вероятность спонтанных переходов?
•

№ 43
Какое равенство соответствует принципу детального равновесия?
• .

№ 44
Какая из схем соответствует простейшей конструкции оптического генератора?
•

№ 45
Какое соотношение соответствует условию баланса амплитуд при лазерной генерации?
• Р_изл≥Р_внутр+Р_внеш.

№ 46
В какой конструкции лазера наименьшие потери?
•

№ 47
Какой вид имеет график зависимости генерируемой мощности от тока накачки в гелий – неоновом лазере?
•

№ 48
Какой характер носит излучение твердотельных непрерывных лазеров?
•

№ 49
От чего зависит модовый состав в резонаторах лазерного полупроводникового диода?
• От размера n – p перехода.

№ 50
Какие источники излучения в оптических системах связи являются основными?
• Светоизлучающие диоды и лазерные полупроводниковые диоды.

№ 51
В чем основное отличие лазерных полупроводниковых диодов от светоизлучающих диодов?
• В когерентности излучения.

№ 52
Каким распределением можно описать вероятность заполнения электронами состояния с определенной энергией в полупроводнике?
• Распределением Ферми – Дирака.

№ 53
К каким изменениям в лазере приводит введение легирующих добавок в полупроводник?
• Изменяется излучаемая длина волны.

№ 54
Какое из неравенств является условием существования вынужденного излучения в полупроводниковом лазере?

• F-F_v>hν.

№ 55
В чем основное достоинство полупроводникового лазера?
• Высокий КПД.

№ 56
Каким образом можно поддержать возникшую лазерную генерацию в полупроводнике?
• Сформировать оптическую систему обратной связи.

№ 57
Чем определяется порог генерации лазерного диода?
• Усиление оптического излучения должно равняться общим потерям резонатора.

№ 58
Отметьте основные потери в резонаторе лазерного полупроводникового диода.
• Зеркала не параллельны.
• За счет поглощения на свободных носителях, потери рассеяния.

№ 59
Какова диаграмма направленности излучения лазерного диода?
• Диаграмма направленности в плоскости перпендикулярной n – p переходу шире.

№ 60
Укажите зависимость излучаемой мощности от тока накачки в лазерном диоде.
•

№ 61
Каким образом можно снизить пороговый ток полупроводниковых лазерных диодов?
• Перейти от гомоструктур к гетероструктурам.

№ 62
Назовите основные достоинства лазерного диода, позволяющие широко использовать его в системах дальней связи.
• Быстродействие.

№ 63
Каким образом можно обеспечить определенную поляризацию излучения на выходе газового лазера?
• Расположить активный элемент под углом Брюстера относительно отражающих поверхностей.

№ 64
От чего зависит длина волны излучения светодиодa?
• От ширины запрещенной зоны полу проводника.

№ 65
На чем основана работа светодиода?
• На использовании спонтанного излучения.

№ 66
От чего зависит цвет свечения светодиода?
• От соотношения токов через переходы.

№ 67
В чем состоят основные отличия светодиода от лазерного диода?
• В способе генерирования.
• В наличии положительной обратной связи.

№ 68
За счет чего удерживается и накапливается возникшее излучение в светодиоде?
• За счет планарного волновода.

№ 69
Где в основном используют в настоящее время светодиод?
• В световодных системах связи.

№ 70
Укажите соотношение, соответствующее условию самовозбуждения на центральной линии излучения в полупроводниковом лазере (А – площадь активного слоя).
•

№ 71
Укажите условие инверсной населенности в полупроводниковом лазере со следующей энергетической системой?

•

№ 72
Какая величина характеризует качество полупроводникового материала?
• Внешний квантовый выход излучательной рекомбинации.

№ 73
За счет каких процессов удерживается излучение в p-n переходе в гетеролазерах?
• За счет волноводного эффекта.

№ 74
За счет чего с повышением температуры падает внутренний квантовый выход?
• За счет увеличения безизлучательных переходов.

№ 75
Какой самый простой метод модуляции излучения полупроводниковых лазеров?
• Модуляция тока инжекции.

№ 76
Излучение полностью когерентно:
•

№ 77
Основные причины ухудшающие пространственную когерентность реальных ОКГ?
• Генерация многих поперечных мод.
• Дефекты, неоднородности рабочего вещества.

№ 78
Что является количественной характеристикой степени монохроматичности?
• Ширина спектральной линии на уровне 0,5.

№ 79
Какие из лазеров обладают самой высокой направленностью?
• Газовые.

№ 80
Что называют оптической осью кристалла?
• Ось перпендикулярную сечению кристалла в виде круга.

№ 81
При одном из переходов электрона в атоме водорода с одного устойчивого уровня на другой произошло излучение кванта света с частотой ν=4,57*10¹⁴с^-1. Определить, на какую величину изменилась энергия электрона в атоме за счет излучения.
• Е=3,31*10^-13 эргов.

№ 82
Определите частоту и энергию фотона для гелий-неонового лазера при λ=0,6328 мкм.
• f=4,74*10¹⁴ Гц, E= 1,96(ЭВ).

№ 83
Вычислить ширину полосы частот излучения на уровне 0,5 следующих источников:
а) лазер на GaAlAs, имеющий ширину спектральной линии 3нм, при средней длине волны излучения 0,82 мкм.
б) п\п лазер, световод которого выполнен на InGaAsP/InP, имеющий ширину спектральной линии 110нм при длине волны, соответствующей максимальной мощности излучения и равной 1,55 мкм.
• Δf=1,32*10¹² Гц, Δf=13*10¹² Гц.

№ 84
Известно, что скорость света с и длина волны #mathlamda связаны с частотой колебаний n соотношением с=λν. Определить, на сколько меняется длина волны красных лучей при переходе из пустоты в стекло, если показатель прелмления стекла n = 1,5, а частота, соответствующая красным лучам, ν=4*10¹⁴ c^-1
• λ - λ₁=250 миллимикронов.

№ 85
При одном из переходов электрона в атоме водорода с одного устойчивого уровня на другой произошло излучение кванта света с частотой ν=4*10¹⁴ c^-1. Определить, на какую величину изменилась энергия электрона в атоме за счет излучения.
• E=3,03*10^-12 эргов.

№ 86
Опыт показывает, что световой поток представляет собой поток отдельных корпускул - фотонов или, иначе, квантов света. Каждый фотон несет с собой энергию Е=hν, где h = 6,62*10^-34 Дж*с – постоянная Планка, с частота световой волны. Определить энергию фотонов, испускаемых желтым натриевым пламенем, если частота, соответствующая желтой линии натрия, равна ν=5*10¹³ c^-1.
• Е=3,31*10^-13 эргов.

№ 87
Определите частоту и энергию фотона для лазера на ниодиме (Nd³+) при λ=1,059 мкм.
• f=2,38*10¹⁴ Гц, E=1,17(ЭВ).

№ 88
Какова должна быть ширина запрещенной зоны полупроводникового материала, чтобы длина волны рекомбинационного излучения приходилась на видимую область спектра?
• ΔW>1,7эВ.

№ 89
В каком из полупроводниковых материалов собственная фотопроводимость наблюдается при наибольшей длине волны падающего на полупроводник излучения: Ge, Si, SiC, InSb, GaAs, GaP, CdS?
• InSb.

№ 90
Определите частоту и энергию фотона для лазера на углекислом газе при λ= 10,6 мкм.
• f=2,83*10¹³ Гц, E=0,12 (ЭВ).

№ 91
Определить отношение числа носителей заряда, проходящих в единицу времени через электроды фоточувствительного полупроводника, к числу фотонов, поглощаемых полупроводником за этот же промежуток времени, если известно, что при полном поглощении монохроматического излучения (λ=0,565 мкм) мощностью 100 мкВт фототок составляет 10 мА. Квантовый выход внутреннего фотоэффекта принять равным единице.
• 2200.

№ 92
При температуре 300 К для монохроматического излучения с длиной волны 1 мкм показатель поглощения кремния α=10⁴ м^-1, а коэффициент отражения излучения =0,3. Определить какая доля потока излучения Ф(h) пройдет через пластину кремния толщиной h= 300 мкм при нормальном падении лучей. Ф₀ – поток излучения, падающий на пластину).
• Ф(h)/Ф₀=3,5%.

№ 93
Определить максимальную ширину запрещенной зоны, которую может иметь полупроводник, используемый в качестве фотодетектора, если он должен быть чувствительным к излучению с длиной волны λ=0,565 мкм.
• ΔW= 2,20 эВ.

№ 94
Изобразите (качественно) спектральные характеристики собственной фотопроводимости арсенида галлия и арсенида индия при двух различных температурах.
•

№ 95
Длинноволновой границе фотопроводимости собственного полупроводника соответствует λ=1,86 мкм. Вычислить температурный коэффициент удельного сопротивления материала для Т=300К.
• a_ρ=-4,3*10^-2 К^-1.

№ 96
Электронно-дырочный переход площадью 10² см² германиевого фотодиода освещается источником света, который вызывает генерацию носителей заряда со скоростью 4,6*10¹⁸ 1/(см³*с). Определить фототок короткого замыкания фотодиода при обратном напряжении, если концентрация примесей в областях р-п- перехода N_a=N_д=10¹⁵ см^-3, время жизни носителей τ—10 мкс. Сравните ток короткого замыкания с темповым фототоком при обратном папряжении. Вычислите напряжение холостого хода фотодиода при Т=300 К.
• I_то=3,9*10^-4 А; I_обр=80*I_то; U₀ = 0,11 B.

№ 97
Как экспериментально определить степень пространственной когерентности?
• С помощью интерферометра Юнга.

№ 98
В каком случае когерентность максимальная, если лазер генерирует на модах:
• T₀₀;
• T₁₀.

№ 99
Как распределены частицы по энергетическим уровням, расcтояние между которыми соответствует оптическому диапaзону:
• Почти все частицы находятся на основном уровне.

№ 100
В каком из случаев на переходе 1-2 достигается насыщение.
• Мощность поглощения квадратично зависит от падающей мощности в области больших амплитуд полей.