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1、光電材料與元件期末考試題電機一甲黃淇宗703051521.先進國家極力的發展太空雷射武器,以雷射原理說明其可行性與關鍵問題(20%)ANS:雷射有三個基本要素1.「增益介質」（gainmedium）2.「激發來源」（pumpingsource）或稱為光泵(opticalpump)3.「共振腔」（resonator）1.「增益介質」（gainmedium）共振腔內「『被激發而釋放光子』的電子所在的原子、分子、晶體」等物質，其物理特性會影響所產生雷射的波長等特性。2.「激發來源」（pumpingsource）或稱為光泵(opticalpump)在「增益介質」的說明中，我們用到
2、了能階的概念，而不同的雷射會有不同的能階，使用的能階數可能也不只有四階，而光泵的選擇就必須依照增益介質的能階來選擇。光泵不一定是”光”，目前常用的有：電激發、弧光燈、閃光燈、電流、染敏、化學反應、或用其它雷射。光泵的目的只是要”讓電子躍遷至要求的能階”，所以並不一定要用光，後面半導體雷射中所用的”激發源”就是”電流”了！3.「共振腔」（resonator）要成為雷射，當然不能只依賴光泵，要是只有光泵那就不會有光可以回去產生受激放射了！所以為了讓光可以產生增益，我們就把光先”關起來”，等夠了再”放出來”，而拿來”關”光的就叫共振腔(就像兩面面對面的鏡子)，光會一直在腔內來回
3、跑，直到滿足我們對共振腔壁所設定的條件(通常為光強度)，而物理告訴我們，要讓共振腔內的能量增加的方法就是要讓內部產生駐波(standingwave)雷射的應用·醫學: 無血手術,雷射治療, 手術治療, 腎結石治療, 雷射矯視, 牙科·工業:切割, 焊接,材料熱處理,打標記,非接觸性測量·軍事:目標標記，彈藥制導, 飛彈防禦,雷射武器·司法: 指紋探測，·科研: 光譜學·生產/商業應用:雷射印表機, 光碟, 條碼掃描儀,雷射指示器,·雷射燈光顯示:雷射燈光秀·美容手術皮膚治療: 雷射美容·建築:準持，量測雷射武器雷射武器就是用高能的雷射對遠距離的目標進行精確射擊或用於防禦飛
4、彈等的武器，也稱為戰術高能雷射武器。它的突出優點是反應時間短，可攔擊突然發現的低空目標。用雷射攔擊多目標時，能迅速變換射擊對象，靈活地對付多個目標。雷射武器的關鍵問題當雷射武器研究成功後,所使用的成本比飛彈的成本還要來的便宜,但是雷射武器開發或是研究卻是比飛彈還要來的高,需要大量的電能，在能量儲存設備難微型化（如高能電池）的問題解決前，比較難實現大規模應用。雖然雷射武器的防禦或攻擊速度快狠準,但只要天空下雨.下雪或起大濃霧,這樣雷射武器就沒辦法發揮他的作用了2.光纖在現代通訊具有相當重要發展，請說明光纖使用雷射波長範圍為限定在近紅外範圍？請從材料ˋ光學原理說明(20%)材
5、料:光纖的材料分成三類：（1）玻璃光纖：玻璃核心及玻璃纖衣（光纖的玻璃是非常純的二氧化矽或溶解石英,再參雜其他化學原料以達到所須的折射率,如鍺或磷可增加折射率，硼則減少折射率）。（2）膠套矽光纖：玻璃核心及塑膠纖衣。（3）塑膠光纖：塑膠核心及塑膠纖衣。光學原理說明:光學（英語：Optics），是物理學的分支，主要是研究光的現象、性質與應用，包括光與物質之間的交互作用、光學儀器的製作。光學通常研究紅外線、紫外線及可見光的物理行為。因為光是電磁波，其它形式的電磁輻射，例如X射線、微波、電磁輻射及無線電波等等也具有類似光的特性。英文術語「optics」源自古希臘字「ὀπτική
6、」，意為名詞「看見」、「視見」。大多數常見的光學現象都可以用古典電動力學理論來說明。但是，通常這全套理論很難實際應用，必需先假定簡單模形。幾何光學的模形最為容易使用。它試圖將光當作射線（光線），能夠直線移動，並且在遇到不同介質時會改變方向；它能夠解釋像直線傳播、反射、折射等等很多光線現象。物理光學的模形比較精密，它把光當作是傳播於介質的波動（光波）。除了反射、折射以外，它還能夠以波性質來解釋向前傳播、干涉、偏振等等光學現象。幾何光學不能解釋這些比較複雜的光學現象。在歷史上，光的射線模形首先被發展完善，然後才是光的波動模形。很多現象涉及到光的波粒二象性。只有量子力學能夠解釋
7、這些現象。在量子力學裏，光被視為由一群稱為光子的粒子組成。量子光學專門研究怎樣用量子力學來解釋光學現象。進一步將光學細分類。光的純科學領域，通常被稱為光學或「光學物理」。應用光學通常被稱為光學工程。光學工程中涉及到照明系統的部分，被特別稱為「照明工程」。每一個分支在應用、技術、焦點以及專業關聯上，都有很大不同。在光學工程中，比較新的發現，通常被歸類為光子學（photonics）。因為光學在實際中被廣泛應用，光學物理和工程光學，在領域上，有很大程度的互相交叉。光學也與電子工程、物理學、天文學、醫學（尤其是眼科學與視光學）等許多學
