1、电子与光子有哪些差别？光子有哪些显著的特征？

光子具有极高的信息容量和效率，极快的响应能力，极强的互联能力与并行能力，极大的存储能力。光子静止质量为零，但是可以传输电磁能和动能，也可以传输偏振特性。光子在真空中以光速传播，在其他介质中速度会有所减小。

光子没有自旋,电子有自旋.电子是费米子，带基本电荷，具有空间局域性。它可以是信息的载体，也可以是能量的载体。作为信息载体时，可以通过金属导线或无线电波在自由空间进行传递。电载信息的主要储存方式为磁储存。光子是玻色子，电中性，没有空间局域性而具有时间可逆性。它可以是信息的载体， 也可以是能量的载体。作为信息载体时，可以通过光纤（光缆）或自由空间进行传递，光载信息的主要存储方式为光储存。

光子具有的优异特性：光子具有极高的信息容量和效率，光子具有极快的响应能力，具有极强的互连能力与并行能力，光子具有极大的存储能力。

2、为什么说光波是理想的信息载体，光纤是理想光信息传输介质？

->发送信号的频率越高（波长越短），可载送的信息量就越多.光波范围包括红外线、可见光、紫外线，波长范围为300um~6*10-3um，光波的波长远远比无线电波波长短，所以目前可以认为光波是理想的信息载体。

->光纤是理想的光信息传输介质：1.传输频带宽，通信容量大。2.信息传输的损耗小，容易实现长中继距离的传输。3．可用光纤作为传输，介质损耗小（可达到0.2dB/km），传输速率大（50Tbit/s）。

3、描述半导体激光器激光产生的过程。半导体激光器的材料应如何选择？

首 先，由外界的泵浦作用使增益介质处于激发态；然后，自发辐射开始发生，产生一系列具有不同波长的光子源；有些光子经过频率选择并获得了反馈，重新进入增益 介质；这些被反馈会回来的光子会使处于激发态的增益介质受激跃迁，并发生受激辐射，产生更多与之相同的光子；上述过程反复发生，直到激光器中只有经过选频 的频率和增益大于损耗的光频率存在。这时输出的激光实际上是从半导体激光器谐振腔中泄漏出来的激光，谐振腔中的激光强度要远大于输出的激光强度。

选择半导体激光器的材料首先应该考虑该材料的能带间隔，只有增益谱峰值在需要的波长上才是理想的材料，且必须存在可以让电子跃迁的空能级；另外，必须选择直接带隙材料，这样的材料能更有效地受激发射光子。

（激光的产生过程:讲稿2,43页。半导体材料的选择：讲稿2,54~57页。）

4、要实现高效的半导体激光器，应如何设计其结构？

对于实现高效的半导体激光器，主要从提高激光器的阈值特性，转换效率以及线宽特性等方面考虑。在其结构设计中多采用双异质结的结构，以获得高效的器件效率。

1.实现了载流子的限制，双异质结结构在有源区形成了可以限制载流子的势阱，在有源区内载流子浓度很高，实现了很大的粒子数反转，极大增加了电光转换效率，阈值也得到降低。

2.条带状几何结构，将驱动电流限制在小有源区结构上，有源区上得到较大的电流密度，获得很高光增益，阈值降低，同时小的光发射区有利于光纤的耦合

3.双异质结结构的LD不同部分折射率有差异，载流子浓度差也影响折射率分布，得到类波导结构，由此形成在有源区实现了全反射，腔内光子密度增大，阈值降低，同时光子出射方向受限，获得更好的方向性。

（以上是往届师兄的原稿，PPT中暂时没有找到双异质结的相关内容，LD设计部分参见讲稿2，73~91页。）

5、实现可调谐半导体激光器，主要有哪些方法？各自特点如何？

可调谐半导体激光器主要有机械调谐，温控调谐，电控调谐几种方法实现调谐。

其中电控技术是通过改变注入电流实现波长的调谐，具有ns级调谐速度，较宽的调谐带宽，但输出功率较小，基于电控技术的主要有SG-DBR（采样光栅DBR）和GCSR（辅助光栅定向耦合背向取样反射）激光器。温控技术是通过改变激光器有源区折射率，从而改变激光器输出波长的。该技术简单，但速度慢，可调带宽窄，只有几个nm。基于温控技术的主要有DFB（分布反馈）和DBR（分布布喇格反射）激光器。机械控制主要是基于MEMS（微机电系统）技术完成波长的选择，具有较大的可调带宽、较高的输出功率。基于机械控制技术的主要有DFB（分布反馈）、ECL（外腔激光器）和VCSEL（垂直腔表面发射激光器）等结构。

(分类见第二讲95页，104~125页。特点见百度百科：可调谐激光器)

6、直接调制与外调制的主要特征

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