光电子学课程复习
光电子学基础知识
第一章 光辐射与发光源教学目的1、掌握光波在各种介质中的传播特性。
2、了解光度学基本知识。
3、了解热辐射基本定律教学重点与难点重点：光波在电光晶体、声光晶体中的传播特性。
难点：光度学基本知识。
1.1电磁波谱与光辐射1. 电磁波的性质与电磁波谱光是电磁波。
根据麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场E （或变化磁场H ），在邻近区域将产生变化的磁场H （或变化电场E ），这种变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。
电磁波具有以下性质：⑴ 电磁波的电场E 和磁场H 都垂直于波的播方向，三者相互垂直，所以电磁波是横波。
H E 、和传播方向构成右手螺旋系。
⑵ 沿给定方向传播的电磁波，E 和H分别在各自平面内振动，这种特性称为偏振。
⑶ 空间各点E 和H 都作周期性变化，而且相位相同，即同时达到最大，同时减到最小。
⑷ 任一时刻，在空间任一点，E 和H。
⑸ 电磁波在真空中传播的速度为c =，介质中的传播速度为υ=电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X射线到g射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同而已。
目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长达104m以上的，也有波长短到10-5nm以下的。
我们可以按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电波谱的一极小波段。
图中还给出了各种波长范围（波段）。
图1 电磁辐射波谱2. 光辐射以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。
一般认为其波长在10nm~1mm，或频率在3´1016Hz~3´1011Hz范围内。
一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。
一般在可见到紫外波段波长用nm、在红外波段波长用mm表示。
波数的单位习惯用cm-1。
可见光。
通常人们提到的“光”指的是可见光。
(整理)光电子技术复习资料
光电子技术复习资料一.填空题1. 声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
2. 激光器的三个主要组成部分是：工作物质 , 泵浦源 , 谐振腔3. 彩色阴极射线管(CRT)主要由电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃外壳五部分组成。
4. 1917年, 爱因斯坦提出了受激辐射可实现光放大的概念, 为激光的发明奠定了理论基础。
1960年7月,美国休斯公司实验室梅曼制成世界上第一台红宝石固态激光器,标志着激光器诞生。
5. 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样，量化，编码。
6.光纤通信系统的三个传输窗口包括短波长的 850 nm波段,长波长的 1300 nm及 1550 nm波段。
7按照形成条件液晶可分为溶致液晶和热致液晶，作为显示技术应用的液晶都是热致液晶8.常见的固体激光器有红宝石激光器 , 掺钕钇铝石榴石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne 激光器 , CO2激光器或Ar+激光器（写出两种） 9.氦-氖(He-Ne)激光器的工作物质是氦氖混合气体,激光由氖发射. 10.光电探测器的物理效应通常分为两大类：光电效应和光热效应。
11.光纤色散主要有模式色散, 材料色散 , 波导色散三种。
12.光电池是根据光伏效应效应制成的将光能转换成电能的一种器件13. 激光器按按工作物质分类可分为: 固体激光器, 液体激光器,和气体激光器 14.半导体的载流子是电子和空穴。
15.在彩色电视中，通常选用红、绿、蓝作为三种基色光。
D 的基本功能为电荷存储和电荷转移；CCD 按结构可分为线阵CCD 和面阵CCD 。
17.热致液晶可以分为近晶相、向列相和胆甾相三种。
18.波分复用器分为发端的合波器器和收端的分波器器。
19.开放式光学谐振腔(开腔)通常可以分为稳定腔和非稳定腔 ,共轴球面腔的稳定性条件是:20. 光波在大气中传播时，由于大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起光束的能量衰减；由于空气折射率不均匀会引起光波的振幅和相位起伏。
光电子复习(知识点)
那么，通过检偏器后的总电场强度是
Ex ( L) 和 E y ( L)
x P1 Ii 入射光 L y z x 调制光 Io 起偏器
在y方向的投影之和
(E y )o A i (e 1) 2
，
P2
~ V 图 纵向电光强度调制
/4波片
检偏器
与之相应的输出光强为
* y o
A2 i I o [(E y ) o ( E ) ] (e 1)(e i 1) 2 A2 sin 2 2 2
*上述三、四能级图并不是激活介质的实际能级结构
3. 光振荡的阈值条件
光在谐振腔内来回反射的过程中，对光
强变化的影响存在两个对立因素：
1. 激活介质的增益，它使光强放大； 2. 光能量在激光器中有各种损耗，它使光强 变小。 要使光强不断加强就必须使增益大于损耗
产生激光必须满足的条件 1. 激活介质处于粒子数反转分布状态； 2. 满足光振荡的阈值条件。
2. 横模
横模：自再现模在垂直腔轴横截面上的场分布
谐振腔所允许的光场的各种横向稳定分布形 成的原因较复杂。
由腔内光束多次在反射镜边缘产生的衍射非 轴向光束的加强干涉激活介质的色散、散射
方法：在一块镜面上，给定频率为ω的任意光 场分布，然后利用基尔霍夫衍射积分 公式计算另一块镜面上的光场分布。
uq ( x, y)
1 f n(0) sin(z )
f
1 n(0) sin(z )
f随z的变化如图5所示， z=/4时，f=fmin。
z
=2/
f
(a)
fmin=1/n(0) 1/n(0) /2 / 2/ 3/ z
A
(b)
图5自聚焦光纤的透镜特性 (a) 子午光线；(b) f的周期变化
光电子技术复习要点
第一章 绪论1. 光电子技术（optoelectronic technology ）准确地应该称为信息光电子技术，是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。
2. 本课程主要讲了四大部分分别是：激光光源、光波的传输、光波的调制与控制、光波的探测。
第二章 激光原理与半导体光源1. 世界上第一台激光器是1960年梅曼制作的红宝石激光器。
2. 原子从高能级向低能级跃迁时，相当于光的发射过程；而从低能级向高能级跃迁时，相当于光的吸收过程；两个相反的过程都满足玻尔条件：n m n m E E h E E hνν-=-=或。
3. 处于热平衡状态的原子体系，设其热平衡绝对温度为T ，则原子体系的各能级上粒子数目的分布将服从波尔兹曼分布律：exp(/)n n N E kT ∝-，其中N n 为在能级E n 上的粒子数，k 为波尔兹曼常数， k=1.3807×10-23 J·K -1。
即，随着能级增高，能级上的粒子数N n 按指数规律减少。
4. 爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。
该文提出的受激光辐射理论是激光理论的核心基础。
在这篇论文中，爱因斯坦将光与物质的作用分为三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。
5. 在二能级系统中，粒子在高能级E 2 能级上停留的平均时间称为粒子在该能级上的平均寿命，简称寿命6. 下面三个图分别描述了二能级系统中光与物质的作用的三种过程：它们可以由下面三个方程描述：对于受激辐射过程（E2→E1 ）：21212()dN B u v N dt= 对于受激吸收过程（E1→E2）：12121()dN B u v N dt= 对于自发辐射过程（E2→E1 ）：21212dN A N dt = 其中u(v)为辐射场中单色辐射能量密度：()()30348(),exp 1h u v T c c hv kT πνγν==-7. 二能级系统中，当（N 2/N 1）＞1时，高能级E 2上的粒子数N 2大于低能级E 1上的粒子数N 1，出现所谓的“粒子数反转分布”情况，它是形成激光的必要条件之一。
光电子技术基础复习资料
选择题1、光电子技术在当今信息时代的应用主要有（abcd ）A.信息通信B.宇宙探测C.军事国防D.灾害救援2、激光器的构成一般由（a ）组成A.激励能源、谐振腔和工作物质B.固体激光器、液体激光器和气体激光器C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料D. 电子、载流子和光子3、光波在大气中传播时，引起的能量衰减与（abcd ）有关A.分子及气溶胶的吸收和散射B.空气折射率不均匀C.光波与气体分子相互作用D.空气中分子组成和含量4、2009年授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ a ）A.传输损耗低B.可实现任何光传输C.不出现瑞利散射D.空间相干性好5、激光调制器主要有（abc ）A.电光调制器B.声光调制器C.磁光调制器D.压光调制器6、电光晶体的非线性电光效应主要与（ac ）有关A.外加电场B.激光波长C.晶体性质D.晶体折射率变化量7、激光调制按其调制的性质有（cd ）A.连续调制B.脉冲调制C.相位调制D.光强调制8、光电探测器有（abc ）A.光电导探测器B.光伏探测器C.光磁电探测器D.热电探测元件9、CCD 摄像器件的信息是靠（ b ）存储A.载流子B.电荷C.电子D.声子10、LCD显示器，可以分为（abcd ）A. TN型B. STN型C. TFT型D. DSTN型11、可见光的波长范围为（C ）A. 200—300nmB. 300—380nmC. 380—780nmD. 780—1500nm12、电荷耦合器件分（A ）A. 线阵CCD和面阵CCDB. 线阵CCD和点阵CCDC. 面阵CCD和体阵CCDD. 体阵CCD和点阵CCD填空题1、黑体是指一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射。
2、色温是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。
其并非热辐射光源本身的温度。
3、声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
光电子技术复习
光电⼦技术复习第⼀章1、光电⼦技术的定义光电⼦技术是光学技术与电⼦技术结合的产物，是电⼦技术在光频波段的延续和发展。
是研究光（特别是相⼲光）的产⽣、传输、控制和探测的科学技术。
2、电磁波的性质1.电磁波的电场和磁场都垂直于博得传播⽅向，三者相互垂直，电磁波是横波，和传播⽅向构成右⼿螺旋关系。
2.沿给定⽅向传播的电磁波，电场和磁场分别在各⾃平⾯内振动，称为偏振。
3.空间个点磁场电场都做周期性变化，相位同时达到最⼤或最⼩。
4.任意时刻，在空间任意⼀点，H E µε=5.电磁波真空中传播速度为001µε=c ，介质中的为εµ1=v3、⾊温的概念规定两波长处具有与热辐射光源的辐射⽐率相同的⿊体的温度。
4、辐射度学与光度学的基本物理量作业：1、2第⼆章⼀、光波在⼤⽓中的传播1、光波在⼤⽓中传播时，引起的光束能量衰减和光波的振幅和相位起伏因素光波在⼤⽓中传播时，⼤⽓⽓体分⼦及⽓溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空⽓折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏2、⼤⽓分⼦散射的定义、特点；瑞利散射的定义和特点定义：当光线穿过地球周围的⼤⽓时，它的⼀些能量向四⾯⼋⽅反射。
特点：波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被散射。
瑞利散射定义：在可见光和近红外波段，辐射波长总是远⼤于分⼦的线度，这⼀条件下的散射为瑞利散射。
瑞利散射特点：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
所以天空呈蓝⾊。
3、⼤⽓⽓溶胶的定义、瑞利散射、⽶-德拜散射；⼤⽓⽓溶胶：⼤⽓中有⼤量的粒度在0.03 µm到2000 µm之间的固态和液态微粒，它们⼤致是尘埃、烟粒、微⽔滴、盐粒以及有机微⽣物等。
由这些微粒在⼤⽓中的悬浮呈胶溶状态，所以通常⼜称为⼤⽓⽓溶胶。
瑞利散射：散射粒⼦的尺⼨远⼩于光波长时，散射光强。
⽶德拜散射：散射粒⼦的尺⼨⼤于等于光波长时，散射光强对波长的依赖性不强。
⼆、光波在电光晶体中的传播1、电光效应的定义及分类电光效应：在外电场作⽤下，晶体的折射率发⽣变化的现象。
光电子学基础知识(1)
h En Em 或 En Em
h
式中h为普郎克常数：
h 6.62 1034 J s
激光的基本原理、特性和应用
——玻尔假说
原子能级
原子从高能级向低能 级跃迁时，相当于光 的发射过程；而从低 能级向高能级跃迁时， 相当于光的吸收过程； 两个相反的过程都满 足玻尔条件。
基态：能级 中能量最低
0 E0
E H
电磁波的传播速度
0 H0
v 1 k 00
C 1 3108 m / s
00
介质中 真空中
为什么说光波是电磁波?
1) 根据麦氏方程推导, 电磁波在真空中的速度为
c 1 3.1074 108 m s
0 0
当时通过实验测得的真空中的光速也为 3108 m s
2) 根据麦氏方程: 电磁波在介质中的速度为
麦克斯韦方程组的微分形式
•
D E
0 B
t
•
B H
0
j0
D t
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
1.15
麦克斯韦方程组的物理意义
➢ (Ⅰ)式：电位移矢量或电感应强度Ｄ的散度 等于电荷密度 0，即电 场为有源场。
➢ (Ⅲ)式：磁感强度Ｂ的散度为零，即磁场为 无源场。
➢ (Ⅱ)式：随时间变化的磁场激发涡旋电场。 ➢ (Ⅳ)式：随时间变化的电场激发涡旋磁场。
射也随之增加，自发辐射光功率I自和受激辐射I受分别为
I自 N2 A21hv
I受 N2B21u(v)hv
两者之比为
I受 B21u(v) ＝W21
I自
A21
A21
• 在热平衡状态下，受激辐射是很弱的，自发辐射占绝对优势，但
光电子各章复习要点
各章复习要点第1章 激光原理概论1.光的波粒二相性，光子学说光是由一群以光速 c 运动的光量子（简称光子）所组成 2三种跃迁过程（自发辐射、受激辐射 和受激吸收）• 3.自发辐射和受激辐射的本质区别？• 4.在热平衡状态下，物质的粒子数密度按能级分布规律（正常分布）• 5.激光产生的必要条件:实现粒子数反转分布 • 6.激光产生的阈值条件：增益大于等于损耗 •7.激光的特点？•(1)极好的方向性（θ≈10-3rad)•(2)优越的单色性(Δν=3.8*108Hz,是单色 性最好的普通光源的线宽的105倍.•(3)极好的相干性(频率相同,传播方向同,相位差恒定)•(4)极高的亮度•光亮度:单位面积的光源,在其法向单位立体角内传送的光功率.•8激光器构成及每部分的功能νh E =λνc h c h c E m ///22===1激光工作物质提供形成激光的能级结构体系，是激光产生的内因2.）泵浦源提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因3.）光学谐振腔①提供光学正反馈作用②控制腔内振荡光束的特性•9激光产生的基本原理(以红宝石激光器为例)•⑴Cr3+的受激吸收过程．•⑵无辐射跃迁•⑶粒子数反转状态的形成•⑷个别的自发辐射 •⑸受激发射 •⑹激光的形成 •10.模式的概念及分类11.纵模的谐振条件的推导及纵模间隔的计算。
第2章 激光谐振腔技术、选模及稳频技术 • 1.掌握三个评价谐振腔的重要指标•最简单的光学谐振腔是在激活介质两端适当的位置放置两个具有高反射率的反射镜来构成的，与微波相比，采用开腔。
1）平均单程功率损耗率πλπφ222⋅=⋅=∆q nL qnL q 2=λnLcqv q 2=反射损耗：衍射损耗：（圆形平行平面腔）2）谐振腔寿命3）谐振腔Q 值• 2.了解横模选择的两种方法(1)只改变谐振腔的结构和参数,使高阶模具有大的衍射损耗(2)腔内插入附加的选模器件 3两种常用的抑制高阶横模的方法 1.调节反射镜 ✓ 优点:方法简单易行 ✓ 缺点:输出功率显著降低 2.腔内加光阑高阶横模的光束截面比基横模大，减小增益介质的有效孔径，可大大增加高阶横模的衍射损耗• 4.理解三种单纵模输出的方法 •1）短腔法10ln21I I =δ4.12)(207.0aLd λδ=)1(R c Lt c -=dr L L R c L cQ δδλπλδπλπ+==-=1.22)1(.221210010ln 21ln 21ln21r r r r I I I I -===δ•2）法布里-珀罗标准距法•3）复合腔选纵模第5章 光电子显示技术• 1.黑白CRT 的构成及每部分的功能？ • 电子枪、偏转系统和荧光屏三部分构成• 2.黑白CRT 的基本工作原理？ndc m 2=∆ν•电子枪发射出电子束，电子枪受阴极或栅极所加的视频信号电压的调制，电子束经过加束极的加速，聚焦极的聚焦，偏转磁场的偏转扫描到屏幕前面的荧光涂层上，产生复合发光，最终形成满足人眼视觉特性要求的光学图像。
《光电子学》总复习
粒子数反转
净辐射的光子数：
dN 21 dN12 B21 ( ) N 2 N1 dt
若N2>N1，则光放大。 但是，由于粒子遵从玻尔兹曼分布，则有：
N2 N1
e
E 2 E1
k BT
E E2 E1 n3 n2 n1
ne
E k BT
n
即N2<N1 （正常分布） ，宏观上表现为光吸收。 要实现受激辐射光放大，必须造成N2>N1的粒子数反转 分布。
受激辐射
受激辐射：当受到外来的能量 h E2 E1 的光照射时，高能级E2上的原子受到外来光的 激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外 来光子完全相同的光子。
受激辐射
自发辐射
自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E2向 低能级E1跃迁，同时放出能量为 h E2 E1 的光子 特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播， 是非相干光。
发光二极管的工作原理
英文全称：Light Emitting Diode，简称LED 有源区电子和空穴之间的 自发辐射复合发光。发光 的颜色直接与半导体材料 的禁带宽度相关：
h 0 h
c
0
E g， ( m )
0
1.24 E g ( eV )
LED光源的材料和工作波长
单质半导体材料 -> 间接带隙材料 -> 不适合做光源 化合半导体材料 -> 直接带隙材料 -> 用于做光源 - 如III-V族化合物(由Al、Ga、In和P、As、Sb构成的化合物) LED基本材料： - Ga1-xAlxAs (砷化镓掺铝)：800~850 nm短波长光源 - In1-xGaxAsyP1-y (磷化铟掺砷化镓)：1000~1700 nm长波长 光源 x和y的值决定了材料的带隙，也就决定了发光波长
光电子技术复习提纲(含标准答案)要点
第1章绪论1.半导体光电器件是利用什么效应制作的器件？答：利用半导体光电效应制成的器件。
2.半导体光电器件是哪两种粒子相互作用的器件？答：是一种利用光子与电子相互作用所具有的特性来实现某种功能的半导体器件。
3.半导体发光器件主要包括哪两种？答：（1）发光二极管；（2）半导体激光器。
4.光电器件主要有利用哪些效应制作的器件？答：光电器件主要有利用半导体光敏特性工作的光电导器件，利用半导体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。
5.什么是半导体发光器件？答：利用半导体结正向通过电时载流子注入复合发光的器件称为半导体发光器件。
6.光电探测器件是如何转换信号的器件？答：通过电子过程探测光信号的器件，即将射到它表面上的光信号转换为电信号。
7.光电检测器工作在反向偏置状态。
8.光电池是利用什么效应制作的？答：光伏打效应。
9. 光纤通信的两个重要窗口是哪些？答：1.55和1.3。
第2章1. 光信号的频率在哪个频段？需要用什么器件检测？答：光信号的频率在1014 以上，常用的电子器件无法对这一频率段产生良好的响应，必须使用光电子器件。
2. 常用的光电检测器：、3. 光电检测器的工作过程？答：光电检测器件的工作过程：（1）光吸收——（2）电子-空穴对产生——（3）载流子扩散和漂移——（4）检测4. 光信号（光束）入射到半导体材料后，如何产生电子空穴对？答：光信号（光束）入射到半导体材料后，首先发生的过程就是半导体材料对光子的吸收，吸收光子以后才能产生价带电子的跃迁，从而产生电子空穴对。
5. 半导体材料中的吸收过程可以分为哪两大类？答：本征吸收和非本征吸收6. 本征吸收又包括哪些？答：（1）直接吸收；（2）间接吸收7. 非本征吸收包括哪些？答：（1）激子吸收；（2）带内吸收；（3）杂质吸收8．本征吸收的必要条件？9.直接吸收中参与的粒子是什么？遵守哪两种守恒？答：只有电子和光子的参与，没有第3种粒子的参与。
且入射光子的能力必须大于该材料的带隙。
光电子学复习提纲
光电⼦学复习提纲考试题型：1、选择题（10%）：考核基本概念的理解2、问答题（30%）：考核基本概念和原理的掌握3、计算题（50%）：考核原理和公式的应⽤4、分析题（10%）：光学系统的分析复习内容：1、⾼斯光束的特性、⾼斯光束的聚焦与准直⽅法和特点2、辐射度量和光度量的物理量的概念，理解辐射量与单⾊辐射量的区别，掌握光视效能和光视效率。
理解余弦辐射体（辐射亮度均匀）。
3、激光的特点4、理解什么是相格、光⼦态、光波模式的概念及其意义？1111相格⽅法就是在相空间中，以⼀定的相体积，把相空间分割成很多格⼦，以便计数特定宏观态下的微观状态数的⽅法。
这些格⼦叫相格。
相格是同⼀光⼦态的⼀种说法，等价于同⼀模式，同⼀简并度。
相格的⽅法是⼀种准经典的⽅法。
它是在经典和量⼦中间妥协的⽅法。
相空间是经典的概念。
量⼦⼒学中，由于测不准原理，位置和动量有⼀个不确定度，因此严格说量⼦⼒学⾥没有相空间的概念。
但是当系统的尺度⽐较⼤时，可以⽤准经典的⽅法来处理。
这时就⽤相格的⽅法：根据量⼦⼒学的启发，2n维相空间中每⼀个相格的体积取h^n,即位置动量不确定度的n次⽅。
2222光⼦态光孤⼦⾃⼦有各⾃的状态,有⾃旋的,⾃旋有快有慢,有不⾃旋的,还有不同的⾊,不同的体积.光⼦的这些特征统称为光⼦态或光⼦常态.当光⼦参与律动---波动时它有时会保持⾃态⽽传递动态,有时会⾃态和动态⼀起传递⽽变成另⼀种态---激发态.3333具有⼀定频率、⼀定的偏振状态和传播⽅向的光波称做光波的⼀种模式。
理解简并与简并度的概念，理解光⼦态密度/光波模式数密度下能量密度的计算。
1111原⼦中的电⼦，由其能量确定的同⼀能级状态，可以有两种不同⾃旋量⼦数的状态，该能级状态是两种不同的⾃旋状态的简并态。
222222量⼦⼒学中把能级可能有的微观状态称为该能级的简并度，⽤符号g表⽰。
简并度亦被称为退化度或统计权重理解光⼦数、光⼦能量和功率的关系。
11光功率,是指单位时间内通过某个截⾯的光的能量.即P＝E / t⽽⼀个光⼦的能量是E1＝h*υ,υ是光的频率若光⼦数是N,则E＝N*h*υ那么P＝N*h*υ / t－－－这就是P与N的关系.5、理解玻尔兹曼分布律与费⽶分布111玻尔兹曼分布也叫吉布斯分布，是⼀种覆盖系统各种状态的概率分布、概率测量或者频率分布。
光电子技术总复习
光电子技术总复习(总18页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章 光辐射与发光源1. 辐射量、光度量及其单位1）了解辐射量、光度量的定义及其单位（辐射通量、光通量、发光强度、亮度）2）掌握视见函数的定义和规律辐射度量:只与辐射客体有关,适用于电磁波全波段。
基本量:辐射通量(即辐射功率） 基本单位:瓦特(W)光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度，只适用于可见光波段。
基本量: 发光强度 基本单位: 坎德拉(cd)用下标“e ”表示辐射度量，下标“v ”表示光度量。
辐射通量（辐射功率）: 单位：瓦特（W ）含义：为单位时间内流过某面积的辐射能量光通量: d =Id 单位：lm=cd sr 发光强度：I(基本量) 单位：cd(光)亮度：L=dI/(dScos ) 单位：nt=cd/m2光视效率(视见函数)V ：是归一化的光视效能: ＝555nm 的单色光视效率V =1, 为最大值.光通量(lm )与辐射通量(辐射功率,W)的换算：)()/(683)(,,W W lm V lm e λλλνΦ⋅⋅=Φ例题： 点光源均匀发光(λ=500nm), 发光强度I ν=100cd,则总光通量Φνλ= ,总辐射功率为Φe,λ =解：总光通量Φνλ = ⎰I νd Ω=4πI ν =400π(lm ),总辐射功率Φe,λ=Φν,λ/683V λ=400π/(683⨯=(W)2. 光源的分类了解光源器件的分类，相干光源与非相干光源的区别（激发机制与特点）。
光源器件的分类：3大类dt dQ e e =Φ683λλλK K K V m ==热辐射光源（卤钨灯）；气体放电光源（低压和高压,自吸收）；电致发光源（LED）3. 热辐射描述与热辐射光源（1）掌握黑体辐射特点，色温与相关色温的概念（2）了解常用热光源，掌握卤钨灯结构、工作原理（卤钨循环）与特点。
光电子学复习
光电子学复习相格：描述光子状态所能分辨的最小尺度。
简并：多个光子处于同一量子态的现象。
光子简并度：处于同一量子态的平均光子数目。
热辐射：物体的温度在高于绝对零度时向外界发出辐射（电磁波），这种辐射称为热辐射。
朗伯体：辐射亮度是均匀与方向无关的辐射体。
视见函数：某一波长的光谱光视效能与最大光谱光视效能之比，表示人眼对不同频率光波的敏感程度。
普朗克公式:自发辐射：处于高能级E2的粒子，在停留了一个很短的时间内自发地向低能级E1跃迁，同时辐射出一个能量为hv = E2 - E1的光子。
受激吸收：外来的入射光子，能量hv = E2 - E1，使处于能级E1的粒子跃迁到高能级E2上。
受激辐射：当原子受到外来光子作用时，若光子能量为hv = E2 - E1，则处于高能级E2上的原子在外来光子的诱导下，从高能级E2跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与外来光子相同的光子。
均匀加宽：每一个发光粒子所发的光对谱线的任一频率都有贡献。
非均匀加宽：粒子所发的光只对谱线内某些确定的频率有贡献。
碰撞加宽：无规则运动状态的分子由于相互之间的“碰撞”而引起的谱线的加宽。
激发态能级寿命：如果受到外界的刺激，粒子将会从基态跃迁到高能级，从而处在激发态上。
粒子在激发态上停留一段极短的时间后，会向低能级跃迁。
粒子在激发态停留的这一段极短的时间就叫做激发态能级的寿命。
亚稳态能级：能级寿命相对激发态大很多，但不是基态，是能级寿命相对较长的激发态，粒子可以在能级上停留较长时间。
粒子数反转：（内因）介质中必须含有亚稳态能级的合适能级结构，（外因）有激励源。
负温度：当物质的能级粒子数出现反转时，已不是处于热平衡状态，一般不能用玻尔兹曼分布表示。
如果在形式上使用热平衡分布公式，会得到负温度的概念。
激活介质：能够产生粒子数反转的介质叫做激活介质。
增益饱和：增益系数随光强增大而下降的现象称为增益饱和现象。
三能级系统粒子数反转的形成过程：E0为基态能级，E1、E2为激发态能级，其中E1为亚稳态能级。
光电子学复习提纲
光电子学复习提纲光电子学是研究光与电子之间相互作用的学科，它涉及到光的产生、传播、探测以及与物质的相互作用等方面。
本文将为您提供一份光电子学复习提纲，帮助您全面复习光电子学的相关知识。
一、光的基本概念和特性1.光的波动性和粒子性：光的波粒二象性以及爱因斯坦对光的解释。
2.光的电磁波性质：光的振荡特性、光的波长、频率、波速等基本概念。
3.光的干涉和衍射现象：干涉和衍射的基本原理以及干涉条纹和衍射图样的特点。
二、光的产生与传播1.光的产生方式：自发辐射、受激辐射和受激吸收等。
2.激光原理和特性：受激辐射的产生、激光的特点和分类、激光的放大和调谐等。
3.光纤通信：光纤的结构和工作原理、光纤传输的优势和应用领域、光纤通信系统的组成和性能。
三、光的探测和测量1.光电二极管：光电二极管的结构和工作原理、灵敏度和响应速度等。
2.光电倍增管：光电倍增管的基本原理、增益特性和应用。
3.光谱仪：光谱仪的工作原理、光栅和衍射光栅的特性、光谱分析的应用等。
四、光与物质的相互作用1.光电效应：光电效应的基本原理、光电效应的实验和测量以及应用。
2.光电导效应：光电导效应的概念和原理、光电导材料的特点和应用。
3.光致发光和光致发色：光致发光的基本原理、光致发光技术的应用。
4.光致变色：光致变色的基本原理、光致变色材料的种类和应用。
五、光电子学的应用1.光电子器件：光电二极管、激光器、光纤传感器等光电子器件的原理和应用。
2.光电子技术在生物和医学领域的应用：光纤光谱仪的生物分析应用、激光在医学中的应用等。
光电子学是一门重要的学科，它在现代科学和技术中有着广泛的应用。
通过对光的产生传播、探测测量以及光与物质的相互作用等方面的研究，我们可以更好地理解光学现象，并将光电子学应用于光通信、光信息处理、生物医学等领域，为人类社会的进步做出贡献。
以上就是光电子学复习提纲的内容，希望能对您的复习有所帮助。
祝您复习顺利！。
光电子技术基础复习题.doc
1、 某单色光频率为3 x 1014H Z ,该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。
答：v =c/n=3 * 108/1.33=2.26* 1010 11 12m/s 入二v/f=2.26* 108/3* 1014 =0.75* 10'6m2、 某星球的辐射出射度的峰值波长为4OOnm,试估算该星球表明的温度。
答：由维恩位移律入mT=b得 T=b/ 入庐2.898*10心/400*109=7.245*10叫3、 简述光子简并和能级简并答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。
光子态是按光子所具有的不同能 量（或动量数值），光子行进的方向以及偏振方向相互区分的。
处于同一光子态 的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按 其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。
可以有多个光子处于同一种光子 态上，这种现象称为简并。
处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度5。
6=1/ （e hu/kT -l ）4、 什么是亚稳态能级。
答：若某一澈发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均 寿命会很长T s »10_3S,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。
5、 设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？6、产生激光的重要机理是 答：受激辐射B12&1 = 〃21&27、爱因斯坦关系是8、以二能级为例推导粒子数反转的条件是什么？对物质的要求：在物质能级中存在亚稳态能级对外界的考验：需要有泵浦源 9、从能级理论出发，解释Nd:YAG 激光器工作原理（p44-45）10 解释增益饱和效应答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强 增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增 大而减小的现象称为增益饱和效应。
11 两种介质A 、B 的折射率分别为nA=l, nB=1.2,当光从B 传播到A 时，计算：1 ）发生全反射的零界角Zero Dispersion Wavelength答:反转分布图能级上的粒子数分布满足条件N2/g2>M/gi2)布鲁斯特角答：1. 0 C=arcsin (见/山)(ni>n2)=arcsin ( 1/1.2) =56.44°2.tan 6 二血/口］0 =arctan ( ni/nj) =arctan ( 1/1.2) =39.8°12、人体辐射出射度的峰值波长为() 答：由维恩位移律入mT二b得入口=b/ T =2.898*10心/( 37+273 ) =9.35*10_6m13、红宝石激光器利用(氛灯)作为泵浦源。
光电子学复习题及答案
得折射率，n0 为光纤周围媒质的折射率。 P102
L
0
n
0
n n
1 2
c
4.
试求不同角度入射的子午光线在光纤中的最大时延差；P102
5. 给出激光产生的阈值条件， 根据激光器的损耗计算粒 子数密度差值的阈值；P52
6. 试证明对于 TE 波的光线在非均匀介质中发生弯曲 的拐点处的相位为 / 2；P81
四、计算题
1. 估计厚度ห้องสมุดไป่ตู้ d=4m，工作波长 0=0.8m 的对称平板波导 TE0 模式单模传输时，对折射 率差的要求是多少？ P129 已知导模介质方程：
(n n ) k0 d m （ 4 2 8）
2 1 ' 13
1 2 2 2
k0 2 /
2 2 n3 n1 2 n2 arctan( ) （ 4 2 7b） 2 n3 n12 n2 ' 13
光电子学复习题本答案以光电子学教程张继熊著为参考老师说试卷就是这样答题都是几选几306物理工作室一名词解释受激辐射处于激发态的发光原子在外来辐射场的作用下向低能态或基态跃迁时辐射光子的现象
光电子学复习题 （本答案以《光电子学教程》 张继熊著 为参考， 老师说试卷就是这样，答题都是几选几）--306 物理工作室
并引导光沿着与轴平行的方向前进。 13. 导模——光在介质中传播时在上下表面都发生全反射的模式。 14. 噪声——对信号起干扰作用的成分统称为噪声。
二、问答题
1．形成激光必要条件？ 在激光器工作物质内某些能级间实现粒子数反转分布；激光器须满足阈值条件； 2．为什么四能级系统比三能级系统更易实现粒子数反转（作图说明）？ 对实际工作物质分析发现，四能级系统的存在，有利于 E3 与 E2 能级之间实现粒子的 反转，而 S21 越大，越能更快地将 E2 能级上的粒子转移到基态；同时又有利于 E4 能 级上的粒子转移到 E3 能级，且在 E3 能级停留的时间较长。综合：四能级系统更有利 于实现粒子数的反转。P71,73 3．为什么二能级系统不能产生激光？ 没有亚稳态能级，不能实现粒子数反转； 4．“没有绝对的单一波长的光波存在”这句话如何从能级跃迁的角度给以说明？ 经典物理观点：跃迁发出的电磁波不是单色波，是分布在中心 附近的一小 范围 的单色波组合，谱图上表现为一定宽度。 量子力学观点：测不准关系，某时刻，粒子处能级不确定，能级不单一，跃迁结果相 当发出多种不同 光子，形成谱线宽度。自发辐射过程这种增宽效益不可避免，是 谱线宽度能达到最低值，不存在线宽为 0 情况，不可能发出绝对单色光。 没有绝对单一 光波存在。 5. 激光理论基础是什么？ 受激辐射理论 6. 你怎样理解：随着高功率激光器件发展，非稳腔受到更多重视？ 答；由于稳定腔具有逸出光线少，易于形成振荡等缺点，非稳腔虽损耗大，但具有稳定 腔不具备的特点： （1）具有较大的模体积； （2）具有较好的选模能力； （3）能实现光 束的侧向耦合输出； 以上特点有利于较大能量的输出，因此高增益、大功率激光器 常采用非稳腔来产生激光。 7. 为什么说光波是电磁波?
光电子学知识点
一、绪论1、激光发明年份；2、什么叫光电子学、光电子技术？3、列举几种光电子技术或光电子器件，至少6种；4、典型的光电子（通信）系统由哪几部分构成。
二、光与物质相互作用基础1、光的本性，传播时表现为波动性，与介质相互作用时表现为粒子性；2、对于线性、均匀、各向同性介质，极化率χ为标量；而在各向异性介质中，电极化强度矢量P 和外电场E 不再平行，此时极化率χ变为二阶张量：0i ij j P E εχ=3、P 、D 、E 之间的关系4、辐射度量和光度量的区别5、辐射通量、光通量之间的换算关系6、亮度和照度的区别7、能带理论基本概念（价带、导带、禁带、禁带宽度）三、光波导（30分）1、平面介质波导的结构（各层名称），各层介质的折射率关系；对称波导、非对称波导；2、各层中的场分布：波导层中横向（光受限的方向）为驻波场，纵向为行波场；衬底和覆盖层中横向为振幅成指数规律衰减的消逝场，纵向为行波场；消逝系数、穿透深度3、全反射时界面的相移公式；（不要求记忆，但要会用）4、横向传播常数、纵向传播常数；有效折射率（模折射率）5、模式本征方程，m 为模序数；本征方程的图解（画图说明对称波导基模不会截止）6、模式截止条件：02k n β=，c θθ=；截止波长；模式数量；单模传输条件；（注意对称波导和非对称波导的区别）7、TE 模、TM 模的含义；8、光纤的结构参数：直径2a 、数值孔径、相对折射率、弱导条件、归一化频率、单模条件；9、偏射光线的纵向传播常量01cos k n βϕ=，其中ϕ为轴线角，即光线和光纤轴的夹角；偏射光线可分为三类：非导引光线、导引光线（即导模）和泄露光线，对应θ和ϕ的范围要知道。
10、光纤的损耗公式 dB/km1、光调制概念；改变哪些参数可以使光携带信息？类型：内调制、外调制；2、波矢面、折射率椭球、折射率面；3、正、负单轴晶体的定义；4、利用折射率椭球确定o光和e光的偏振方向、以及对应的折射率；5、给出电光系数矩阵，会写出加电场之后的新的折射率椭球方程（原主轴坐标系中）；会判断新椭球和旧椭球相比，主轴是否发生了倾斜；6、KDP晶体z向（光轴）加电场后的新主轴折射率大小，以及感应主轴的方位；7、横向电光效应、纵向电光效应；对KDP晶体来说，两种效应各有什么优缺点；（纵向电光效应结构简单、工作稳定，不受自然双折射影响，但半波电压较高，且需要制作透明电极；横向电光调制通过选择晶体长度和厚度可以大大降低半波电压，缺点是存在自然双折射的相位延迟，受温度影响较大，需要采取组合调制方式来消除，导致结构复杂化）8、电光相位延迟公式，半波电压的公式，电光系数的测量方案设计9、KDP纵向调制器的调制特性曲线，知道透过率随偏压变化的函数表达式；、加1/4波知道应该工作在什么区域；如何实现？两种方法。
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阈值电流密度和谱宽Δλ?
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2neff L
第四章
为什么要对垂直方向、平行方向、纵向方 向进行结构设计？
三个方向的结构设计思想 量子阱激光器的特点
增益导波LD、折射率导波LD的原理、结 构、特性
超高密DVD技术
第三章
光纤通信系统对光源的要求
LED的结构形式、工作原理、发光区域
LED光谱特性、 P-I特性、 P-T特性、光强 空间分布特性
光束调制原理（内调制、外调制）、外调制 器种类
影响LED响应速度的因素、提高响应速度 的措施
光纤陀螺
第四章
半导体激光器的特点、基本结构 F-P型半导体LD工作原理、结构、特性 实现激光输出的条件
辐射跃迁、非辐射跃迁复合机制
第二章
光电探测器的定义、物理效应、性能参数、 噪声种类
光子探测器和光热探测器的区别
光电导探测器的原理、结构、增益、特点 等
第二章
光伏探测器的原理、工作模式 Si PD、PIN PD、APD、的结构、原理、
特点 Si PD的频率响应特性的影响因素 PIN PD的特点、I层的作用和局限性 热释电探测器的原理与特点
课程复习内容 绪论
电子学定义、光电子学的定义及理论基础 光纤结构及全反射的原理 光电子学与光学、电子学的联系和区别
第一章
光的波动性和粒子性、光压、光学粘胶
霓红灯中的氖原子发光原理、发射波长 半导体中的光吸收过程：
本征吸收、激子吸收、有杂质参与的吸收、 自由载流子吸收、传导吸收的特点 半导体光吸收公式 发光定义、实现发光的激发方式
DFB LD、DBR LD的原理和特点
B
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2neff D m
第五章
半导体LD材料选择原则 高效率的发光材料应具有的特征 如何选择光发射材料 半导体激光器的短波长实现方法
第六章
信息存储技术的概念 现代信息存储技术的发展方向 光盘存储技术的优点、不足 光盘存储的工作原理（只读型、可擦重写型） 光盘存储介质（只读型、MO型、相变型） 提高光盘存储密度的措施，高密DVD技术，