国防科技大学光电子学考博真题

光电子学是国防科技大学光学工程、电子科学与技术等专业博士研究生招生考试的核心科目，其真题聚焦光波导传输、磁光效应等光电子核心技术，对考生的光电子理论储备与工程计算能力具有关键考查意义。考生可通过以下权威渠道获取该校全学科考博真题（含光电子学、各专业课等）及配套高分答案详解，为备考提供精准资源支撑：

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国防科技大学光电子学考博真题（精选）

国防科学技术大学 2018 年博士研究生入学考试试题

科目名称：光电子学

科目代码：3402

考生注意：答案必须写在统一配发的专用答题纸上！（可不抄题）

一：简答题（60 分）

有一平面光波导，已知其中心介质折射率 $$n_1=3.6$$ ，厚度 $d=2\mu m$ ，与其相邻的衬底和覆盖层介质的折射率 $$n_2=n_3=3.55$$ ，波导中传输光波的波长 $\lambda=1.55\mu m$ ，计算该波导的归一化频率并指出波导中允许传输的模式？(10 分)
自然旋光与磁致旋光有什么不同？请阐述利用法拉第磁光效应制作偏振相关光隔离器的结构组成与工作原理。(10 分)

考点定位：本题考查平面光波导的传输特性、磁光效应的应用，是光电子学中光波导与光器件板块的核心考点。

考点定位：平面光波导的模式传输条件，是集成光学器件设计的基础考点；
核心解析：
（1）计算归一化频率 $V$ ：
平面光波导的归一化频率公式为：
$V = \frac{2\pi d}{\lambda} \sqrt{n_1^2 - n_2^2}$
代入参数 $d=2\mu m$ 、 $\lambda=1.55\mu m$ 、 $$n_1=3.6$$ 、 $$n_2=3.55$$ ：
$n_1^2 - n_2^2 = 3.6^2 - 3.55^2 = (3.6-3.55)(3.6+3.55) = 0.05 \times 7.15 = 0.3575$
$V = \frac{2\pi \times 2}{1.55} \times \sqrt{0.3575} \approx \frac{12.566}{1.55} \times 0.598 \approx 8.107 \times 0.598 \approx 4.85$

（2）判断允许传输的模式：
平面光波导中，TE（横电）/TM（横磁）模式的截止条件为 $V \geq V_m$ （ $$V_m$$ 为第 $m$ 阶模式的截止归一化频率）。
- 基模（ $$m=0$$ ）：无截止（ $$V_0=0$$ ）；
- 一阶模（ $$m=1$$ ）： $V_1=\pi \approx 3.14$ ；
- 二阶模（ $$m=2$$ ）： $V_2=2\pi \approx 6.28$ ；
  由于 $3.14 \leq V \approx 4.85 < 6.28$ ，因此允许传输TE₀、TM₀、TE₁、TM₁模式。
学科价值：是集成光波导器件（如光分波器、光调制器）模式设计与性能优化的核心依据。

考点定位：磁光效应的特性及光隔离器的工作原理，是光通信器件设计的核心考点；
核心解析：
（1）自然旋光与磁致旋光的区别：
- 自然旋光：是某些介质（如石英）的固有光学特性，旋光方向与光的传播方向无关（正、反向传播旋光方向相反）；
- 磁致旋光（法拉第效应）：是介质在磁场作用下产生的旋光效应，旋光方向仅与磁场方向有关（正、反向传播旋光方向相同）。
（2）法拉第光隔离器的结构与工作原理：
- 结构组成：由起偏器、法拉第旋光器、检偏器组成（检偏器的偏振方向相对于起偏器旋转 45°）；
- 工作原理：
  ① 正向传输：入射光经起偏器变为线偏振光，法拉第旋光器将其偏振方向旋转 45°，与检偏器偏振方向一致，光顺利通过；
  ② 反向传输：反射光经检偏器后，法拉第旋光器再次将其偏振方向旋转 45°（因磁场方向固定，旋光方向与正向一致），最终偏振方向与起偏器偏振方向垂直，光被阻断，实现 “单向传输”。
学科价值：是光通信系统中抑制反射光干扰、保护光源的关键器件，广泛应用于光纤通信、激光雷达等领域。

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建议考生结合真题及答案详解系统备考，重点掌握 “光波导的传输特性”“磁光效应的应用”“光器件的工作原理” 三大能力，同时关注本学科前沿（如集成光芯片中的光波导技术），提升学术表达与光电子学的研究能力。