光电子技术复习提纲(含标准答案)要点
光电子技术复习要点
光电子技术复习要点第一篇：光电子技术复习要点第1章1.电磁波的性质：横波、偏振、色散2.光辐射：以电磁波形式或粒子形式传播的能量，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，波长在10nm-1mm，分为可见光（390nm-770nm）,紫外辐射（1nm-390nm）,红外辐射（0.77-1000um）3.表1-44.光视效能：同一波长下测得的光通量与辐射通量比值。
光视效率是光视效能归一化的结果。
5.光与物质相互作用的三个过程：自发辐射、受激辐射、受激吸收。
图1-7自发辐射：处在高能级的原子，没有任何外界激励，自发地跃迁到低能级，并发射光子。
受激辐射：处在高能级的原子，受到外来光子的激励，跃迁到低能级并发射光子。
受激吸收：处在低能级的原子，受到光子的照射时，吸收光子而跃迁到高能级。
6．粒子数的反转，增益系数，增益曲线，损耗系数，激光器的三部分7.典型激光器组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。
作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。
泵浦源（激励源）：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。
谐振腔：(1)使激光具有极好的方向性(沿轴线)(2)增强光放大作用(延长了工作物质(3)使激光具有极好的单色性(选频)8.习题1-2Le亮度定义:强度定义:IedIe∆Arcosθr= dΦedΩ可得辐射通量：dΦe=Le∆AscosθsdΩ在给定方向上立体角为：dΩ第1.2题图∆Accosθc 2l0dΦeLe∆Ascosθscosc则在小面源在∆A上辐射照度为：Ee==2dAl0=c第2章1.大气衰减包括四个部分，瑞利散射和米氏散射2.大气湍流效应3.电光效应，相位延迟两种方式，相位差，半波电压，两种方式比较纵向调制器优点: 具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等。
缺点: 电场方向与通光方向相互平行, 必须使用透明电极, 且半波电压达8600伏,特别在调制频率较高时，功率损耗比较大。
安徽大学_《光电子技术》考试重点
《光电子技术》复习重点第一章1.光谱·颜色分布：红外红橙黄绿蓝紫紫外x射线·可见光波段：390~770nm·红外辐射：0.77~1000um·光纤通信波段：1550nm2.激光的产生（自发辐射、受激辐射、受激吸收原理，推导爱因斯坦系数）·激光产生的条件：①光与物质相互作用②粒子数反转与光放大③满足阈值条件与谐振条件工作物质提供可以实现粒子数反转分布的物质泵浦源现工作物质粒子数反转分布的激励能源光学谐振腔可以进行方向和频率的选择3.激光器的结构4.半导体二极管激光器体积小、寿命长、输出功率大，效率高，可采用简单电流注入方式泵浦5.自发辐射、受激辐射、受激吸收受激辐射处于高能级的原子，在满足一定条件的外来光子的激励下，跃迁到低能级并发射一个与外来激励光子处于同一光子态的光子自发辐射在没有任何外界作用的情况下，离子从激发态跃迁至基态，并发射一个光子受激吸收处于低能态的原子在一定频率的辐射场作用下，吸收一个能量为hv的光子，并跃迁至高能态的过程第二章1.大气传输（名词解释）①大气窗口：近红外区，大气透过率较高的波段。
②瑞利散射：光波长远大于散射粒子尺寸~大气分子散射米氏散射：光波长相当于或小于散射粒子尺寸~大气气溶胶③大气湍流效应：大气的折射率随空间和时间做无规则的变化。
这种湍流状态使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响。
④对光束传播的影响：光束直接dB，湍流尺度LdB<<L使光束整体随机偏折dB≈L使光束波前发生随机偏折dB>>L使光束强度在时间和空间上随机起伏总效果：使光束的时间和空间相干性明显退化2.电光晶体的特性·KDP、LiNbO3·x=x'cosα-y'sinαy=x'sinα+y'cosαz=z'3.声光晶体的特性·拉曼纳斯衍射：超声波频率较低，光波平行于声波入射，即垂直于声场传播方向，声光作用长度L较短~平面相位栅·布拉格衍射：声波频率较高，声光作用长度L较大，光束与广播波面以一定的角度斜入射~体光栅·波导：由引导电磁波的一组物质边界或构件制成的传输线·光纤：利用光的全反射原理将光的能量约束在界面内，并引导光波沿着光纤的轴线传播方向4.光纤的基本概念及传播特性（传导条件的推导）①光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导②弱导条件：Δ≈n1-n2/n1弱导：很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构③归一化频率VV>2.405只有基模能够传输V<2.405为多模传输态④光纤的传播特性：斜射光线，传导条件的推导·β<k0n1sinθc=k0n2⑤光纤色散，带宽和脉冲展宽之间的关系5.水下传播：可见光波段中，蓝绿光的衰减最小~”水下“第三章1.光束调制的概念和方法·定义：利用调制信号去改变载波的某一参数，使其参数按照信号的规律变化·要求：被调制的信号需转化为电信号，载波是传递信息附加的载体，一般要求频率高而且稳定·将信息加载于激光的过程称为调制，完成这一过程的装置称为调制器。
光电子技术考试大纲
光电子技术考试大纲
选择、填空、简答、设计、计算题
1、辐射度参数和光度参数的相关定义单位
2、黑体辐射定律内容、维恩位移定理相关计算
3、半导体对光的吸收的分类
4、内光电效应和外光电效应定义及对应的器件
5、内光电效应的分类
6、禁带宽度和吸收长波限关系的相关计算
7、光敏电阻为何做成蛇形
8、光敏电阻光电特性公式
9、光敏电阻两种变换电路相关计算
10、光生伏特效应、伏安特性曲线、偏置电路及特点
11、光电二极管和光电池对应的区间、等效电路
12、硅光电池的原理、使用的偏置电路、如何减小内阻
13、硅光电池的开路电压、短路电流、填充因子的相关计算
14、PN光电二极管、PIN光电二极管、APD的区别
15、外光电效应定义、光电倍增管的结构、光电倍增管设计计算题
16、各种内光电探测器件的灵敏度对比、及在电路中如何使用17、灵敏度和量子效率的定义
18、热辐射探测的原理、器件、如何提高响应率
19、热释电器件的特性
20、固体摄像器件的分类、CCD传感的过程及特点
21、LED发光原理、白光LED实现的三种方法
22、光外差式光电变换电路及其优点
23、莫尔条纹测位移的计算
24、光电变换的基本形式及具有温度补偿功能的电路设计
25、太阳能电池片和太阳能电池组件的生产工艺流程及各步骤的作用26、设计光电检测电路，如检测长度、三维
27、光伏发电系统分类、设计的方框图
28、太阳能供电系统的主要部件，及各部件的作用
29、太阳能供电系统的设计计算题
30、光电检测电路的相关设计题。
光电子技术复习提纲（含标准答案）要点
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PN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：1.55um和1.3um。
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 Hz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：PIN、APD3. 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。
光电技术复习提纲
第四章
光波导技术
4.1 常用的光学介质波导有哪几类？（p107） 4.2 当均匀平面波在无损介质界面发生全反射时，何为导 引波，何为消逝波？（p108） 4.3 什么是光波导？平面介质光波导中几类模式及其特点？ （p112-p114） 4.4 几何光学和物理光学在分析平面介质光波导中光传输 时各自的出发点是什么？（p112，p115） 4.5 形成平面介质光波导中导模的条件及场分布（p115）。 4.6 根据光纤中传播模式多少对光纤的分类（p126）。 4.7 光纤中的子午光线(p128)。 4.8 光纤中的模内色散（材料色散和波导色散）与模间色 散（p135）。 习题四：4.2，4.3，4.7，4.8
第五章
光调制技术
5.1 电光效应 (p161), 电光调制（p168）。 5.2 声光调制及其物理基础（p177），弹光效应的物理机制 （p177）。 5.3 声光调制类型及其判据（p180） 5.4 用镜面反射模型分析形成声光布拉格衍射的条件 （p183）。 5.5 天然旋光效应与磁光效应（p188） 习题五：5.9，5.10，5.12
3.4谱线的自然展宽(p54) 3必要条件和充分条件? (p63) 3.7 激光器的基本结构包括哪几部分，各部分功能是什么？ (p69) 3.8 四能级与三能级激光系统特征，及四能级结构优势。(p70) 3.9 半导体激光器的泵浦方式（p71） 3.10 激光振荡模式为TEMmnq，m、n、q各代表什么？（p75）， 激光纵模（p75），激光横模（p76） 3.11激光的特点(即优良性能)(p78-p80) 3.12 光源时间相干性，相干长度（p79） 3.13 激光按工作物质的类型可划分为哪几类激光器？(p80) 习题三 3.1[(1)、（2）、（3）]， 3.2[(1)、（2）、（3）]， 3.3 [(2)]，3.4[(1),(6),(7),(8)]
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。
光电子复习提纲汇总
《光电子学》复习讲义2014第一部分：光电物理基础【1】基本概念1)本征吸收：半导体吸收一个能量大于禁带宽度Eg的光子，电子由价带跃迁到导带，这样的过程称为本征吸收。
2)激子吸收：在半导体中受激电子与空穴构成的新系统可以看成一种“准粒子”，并称之为激子。
激子可以通过所含电子和空穴的复合而辐射光子和声子，其中能发射光子的激子复合过程对提高发光效率有很大的实用意义。
3)杂质吸收：杂质吸收有三种情况，1：从杂质中心的基态到激发态的激发可以引起线状吸收谱。
2：电子从施主能级到导带或从价带到受主能级的吸收跃迁。
3：从价带到施主能级或从被电子占据的受主能级到导带的吸收跃迁。
4)费米能级的概念：P225)热平衡状态下本征和杂质半导体的费米能级图1-14 P246)非平衡态载流子的产生、复合图1-157)直接复合：自由电子直接由导带回价带与空穴复合8)间接复合：自由电子和空穴通过晶体中的杂质、缺陷在禁带中复合9)非本征吸收：包括杂质吸收自由载流子吸收激子吸收晶格吸收10)本征发光：导带电子和价带空穴复合所产生的发光现象11)激子发光：激子在运动过程中，将能量从晶体的一处运输到另一处，电子空穴复合发光的过程称为激子发光。
12)杂质发光：杂质发光有三种发光方式，1：电子从导带到施主能级或从受主能级到价带的跃迁，主要是无辐射跃迁。
2:电子从导带到受主能级或从施主能级到价带。
3：施主受主对的辐射跃迁13)内光电效应：表现为光电导和光生伏特效应。
14)外光电效应：即光电子发射效应（金属或半导体受光照射，如果光子能量足够大可以使电子从材料表面逸出的现象）15)金属逸出功：电子从金属中逸出需要的最小能量16)电子亲和势：导带体上的电子向真空逸出时所需要的最小能量17)光电发射第二定律：光电发射体发射的光电子最大动能随入射光频率的增大而线性增加，与入射光强无关。
18)辐射度量:与物理学对电磁辐射度的规定完全一致，适用于整个电磁波段19)光度量：以人的视觉特性为基础建立，只适用于可见光波段20)偏振光及偏振度：振动方向与传播方向不对称性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。
光电子技术概论复习概要
模拟调制 数字调制
应用：光纤通信系统
间接调制：利用晶体电光效应、声光效应、磁光效应等 来实现对激光辐射的调制。
• 4. 直接调制
1、半导体激光器(LD) 【LD的工作原理】
调制
＋
P
(a)
Ga1－ xAlxAs
E
(b)
能 量
n 折
(c) 射 率
空穴
P GaAs
N
－
Ga1－ yAlyAs
电子
复合 异质 势垒
电光扫描是利用电光效应来改变光束在空间的传播方向。
x
A
L
d B
A yB
光束的偏 转方向
电光扫描原理图
光的偏转角连续变化的模拟式扫描（连续位移）—显示
不连续的数字扫描（空间位置“跳变”）—光存储
调制
• 6. 空间光调制器
改变光波在空间的分布。
泡克耳读出光调制器
利用电光效应制成的光学编址型空间光调制器。
直接引起原子或分子的内部电 变为晶格的热运动能量，引
子状态的改变。光子能量的大 起探测元件温度上升，其结
小直接影响内部电子状态的改 果又使探测元件的电学性质
变。
或其他物理性质发生变化。
探测
• 1. 光电探测器
特点：
光子探测器
热探测器
光子器件
热电器件
响应波长有选择性，一般有截 原则上响应波长无选择性，对
它是把图像的光强分布转化为加在BSO晶体上电 压的空间分布，从而把图像传递到读出光束上。
工作过程概述：
➢首先在外电场帮助下建立BSO的内电场，实现 BSO的擦除与激发。 ➢然后，通过短波长光的光电导效应，把空间光强分 布转换成空间电压（电场）分布，实现图像的写入。 ➢最后，通过长波长光的线性电光效应把空间电压分 布恢复成光强（振幅或相位）分布，实现图像的读 出。
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。
光电子技术复习提要
1波长在0.77~1000μm 的是红外辐射。
通常分为近红外、中红外和远红外三部2一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。
但是有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足θcos 0e e dI dI =，式中I e 0是面元dS 沿其法线方向的辐射强度。
符合上式规律的辐射体称为余弦辐射体或朗伯体。
3在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉。
坎德拉不仅是光度体系的基本单位，而且也是国际单位制（SI ）的七个基本单位之一 4为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质，常用到色温度这个量，单位为K 。
色温度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。
5光辐射普遍形式的波动方程t J tP t E E ∂∂-∂∂-=∂∂+⨯∇⨯∇ μμμε22220中，方程右边两项反映物质对光辐射场量的影响，起“源”的作用，分别由极化电荷与传导电流引起。
6接收平面上，光束中心的投射点（即光斑位置）以某个统计平均位置为中心，发生快速的随机性跳动（其频率可由数赫到数十赫），此现象称为光束漂移。
7 KDP 晶体沿z 轴加电场时，由单轴晶体变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z 轴旋转了45︒角，此转角与外加电场的大小无关，其折射率变化与电场成正比，这是利用电光效应实现光调制、调Q 、锁模等技术的物理基础。
8实际应用中，电光晶体总是沿着相对光轴的某些特殊方向切割而成的，而且外电场也是沿着某一主轴方向加到晶体上，常用的有两种方式：一种是电场方向与光束在晶体中的传播方向一致，称为纵向电光效应；另一种是电场与光束在晶体中的传播方向垂直，称为横向电光效应。
9 KDP 晶体纵向应用的半波电压为6332r n V o λπ=，半波电压是表征电光晶体性能的一个重要参数，这个电压越小越好，特别是在宽频带高频率情况下，半波电压越小，需要的调制功率就越小。
10 KDP 晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：第一项与外加电场无关，是由晶体本身自然双折射引起的；第二项即为电光效应相位延迟。
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！。
光电子复习提纲
Chapter 1 Beam Optics1.光束参数的计算，包括发散角、曲率半径、束腰等。
2.高斯光束的特征。
3.高斯光束参数通过薄透镜的变换计算。
4.ABCD法则。
Chapter 2 Resonator Optics1.平平腔特征，腔模间隔计算，谱线宽度计算。
2.光子寿命、Q值的含义。
3.谐振腔的定义，种类及稳定条件。
4.球面腔中高斯模的特点及计算。
Chapter 3 Photons and Atoms1.能级的概念。
费米分布的特点。
2.自发辐射、受激辐射、受激跃迁的概念。
3.跃迁截面（transition cross section）及线形函数(Lineshape Function)的含义。
4.爱因斯坦关系式。
5.谱线加宽的含义。
均匀加宽及非均匀加宽的种类和差异。
Chapter 4 Laser Amplifiers1.增益放大的概念、增益系数、线宽（洛伦兹线形函数）。
2.速率方程及稳态解。
二能级、三能级及四能级。
3.增益饱和的概念。
均匀加宽和非均匀加宽的增益饱和有什么不同。
4.非均匀加宽烧孔效应。
Chapter 5 Laser1.激光器的组成。
激光的特点。
2.阈值的概念，激光振荡条件。
3.频率牵引效应。
4.激光输出的参数：功率、光谱、可能的腔模个数。
最佳透过率。
均匀加宽模式竞争效应。
5.均匀加宽和非均匀加宽介质。
6.兰姆凹陷。
7.横模的定义，形式。
非稳腔选单横模。
8.选单纵模单横模方法。
偏振选择的方法。
9.激光器的种类。
典型激光器的输出波长。
10.获得脉冲激光的几种方法。
11.调Q的机理及过程。
锁模的机理。
锁模脉冲与调Q脉冲的差别。
Chapter 6&7 Semiconductors Lasers1.能带、电子、空穴的概念。
费米能级的含义。
2.PN结的定义。
异质结的定义。
3.LED发光机制及特点。
4.半导体注入激光器的发光原理及特点。
阈值，功率，光谱，选模等。
Chapter 8 Electro-Optics and Acousto-Optics1.什么是电光效应？什么是泡克尔效应、克尔效应？2.电光调制及电光开关的原理。
光电子技术复习知识点
光电子技术复习知识点备注：1、考试时间：初步定于2013年1月5日，最终以网上公布为准。
2、以下内容打“*”的可以只做一般了解。
3、以下知识点请结合教材、课件和作业重点复习，请勿投机！第1章光辐射、发光源与光传播基本定律1.1. 电磁波谱与光辐射；电磁波的基本特性1.2. 辐射度学与光度学基本知识；辐射能、辐射通量、辐射出射度、辐射强度、辐射亮度、辐射照度的概念、单位、意义单色辐射出射度余弦辐射体余弦辐射体的亮度和辐射出射度光量、光通量、光出射度、发光强度、光亮度、光照度的概念、单位、意义光度量和辐射度量之间的关系单色光视效能最大单色光视效能单色光视效率函数1.3. 热辐射基本定律黑体基尔霍夫辐射定律普朗克公式反映的物理规律1.4 激光原理激光器的基本结构产生激光的必要条件谐振腔的作用激光的横模和纵模1.5 典型激光器典型激光器及其特点、应用红宝石激光器的系统结构、能级结构、原理半导体激光器、半导体发光二极管的特点1.6 光频电磁波的基本理论和定律相速度、群速度及其关系第2章光辐射的传播2.1 光波在大气中的传播朗伯定律，大气衰减的原因，瑞利散射定律，气溶胶的散射特点什么是大气湍流效应？2.2光波在电光晶体中的传播泡克耳效应和克尔效应折射率椭球，电光张量KDP晶体在z方向施加电场时，其折射率椭球的变化分析纵向电光效应的结构、相位变化特点、光的偏振特性变化特点纵向电光效应的结构、相位变化特点、光的偏振特性变化特点2.3 光波在声光晶体中的传播声波在介质中传播的特点，声光相互作用类型拉曼-纳斯衍射条件、特点，布拉格衍射条件、布拉格方程、布拉格角、布拉格衍射的特点2.4 光波在磁光晶体中的传播磁光效应、光隔离器原理2.5 光波在光纤波导中的传播光纤波导的结构、弱导条件数值孔径及其意义光纤的色散、带宽、脉冲展宽及其相互关系2.7 光波在水中的传播前向散射、后向散射的特点、应用如何克服后向散射第3章光波的调制与扫描3.1. 光束调制原理调制的概念，载波，调制信号，按调制性质的分类振幅调制、频率调制、相位调制红和强度调制的概念和特点脉冲调制的概念和分类脉冲编码调制的过程3.2 电光调制纵向电光调制器的结构、原理、电光调制特性曲线、使调制器工作在线性区的措施、失真、倍频的原因横向电光调制器的结构、原理、优缺点电光相位调制的结构、原理3.3 声光调制声光调制器结构、工作原理基于拉曼-纳斯衍射和布拉格衍射的声光调制的特点3.5 直接调制直接调制概念半导体激光器、半导体发光二极管直接调制的电路原理图半导体激光器、半导体发光二极管直接调制的特点脉冲编码数字调制的概念和优点3.6 光束扫描技术电光扫描原理分析、双KDP楔形棱镜扫描器原理及电光偏转角的计算电光数字扫描的结构和原理*3.7 空间光调制器空间光调制器的概念、类型、应用泡克尔读出光调制器的结构、原理液晶空间光调制器的结构、原理第4章光辐射的探测技术4.1 光电探测器的物理效应光子效应、光热效应的概念和特点常见光子效应、光热效应光电发射效应概念、发生条件光电导效应的产生机理光电导体的电流增益、渡越时间光伏效应的产生机理什么是温差电效应什么是热释电效应，热释电效应的特点基本的光电转换定律4.2 光电探测器的性能参数积分灵敏度、光谱灵敏度、频率灵敏度的概念量子效率和灵敏度的关系通量阈、噪声等小功率、探测度、归一化探测度的定义、单位、意义4.3 光电探测器的噪声光电探测器的常见噪声和特点4.4 光电导探测器——光敏电阻光敏电阻的结构、特点、应用光敏电阻的基本工作电路、伏安特性，根据伏安特性对负载电阻、电源、输出信号、功耗等进行分析。
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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PN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：1.55um和1.3um。
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 Hz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：PIN、APD3. 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。
整个过程中遵守动量守恒和能量守恒。
10.在间接吸收过程中，为保持吸收过程的动量守恒，必须有哪种量参与？答：在间接吸收过程中，为保持吸收过程的动量守恒，必须有声子的参与。
11.吸收功率的计算。
答：12. 有效吸收对有源层厚度的要求。
答：13. 声子的产生过程？答：14. 杂质吸收的特点。
答：半导体材料中掺入杂质后，会在禁带内形成杂质能级，杂质能级往往是浅能级，因此杂质吸收所对应的吸收谱往往在红外甚至是远红外区。
杂质吸收的吸收系数一般很小，且须工作在极低温度下。
15. 长波长检测器的设计方案有哪些？各自特点？答：(1)本征检测器:☐ 需要窄带隙材料☐ 难以制作出高质量的器件（2非本征检测器：⏹ 工作条件苛刻（低温）⏹ 器件难以小型化（吸收层厚）16. 响应度描述的是什么？单位是？答：描述的是入射单位功率的光功率，能够从检测器中输出多大的电流,单位为：A/W 。
17. 器件效率的定义。
答：单位时间内对外输出的载流子个数与入射的光子个数的比值，描述了检测器将光信号转变为电信号的效率大小。
op Lph P J R =⇒eh R h P eJ ph op LQ ωωη==18. 体材料器件和应变量子阱器件对晶格匹配度的不同要求。
19. 实用的光电检测器以什么结构为基础？检测器形成的光电流主要有哪两类？各自特点如何？20. 根据PN结的电场分布特点，整个PN结可以分为哪三个部分？21. PN结的两种工作模式是什么？22. 在不同条件下，太阳光谱的辐射强度有何不同？答：在不同条件下，太阳光谱的辐射强度不同：（1）在不考虑大气吸收情况下，到达地面的太阳光功率密：1350W/m2（2） 考虑大气影响，晴朗天气，到达地面的光功率密度：952W/m2光功率密度最强的光波长为0.48 ，处于可见光光谱内。
23. 转换效率是什么？转换效率是指光电池对外输出的最大功率与输入的光功率的比值，它所表征的是光电池将光能量转换为电能量的效率高低。
（其中 和 分别是匹配电阻情况下（负载电阻与内阻相等），对外输出的电流和电压，在此条件下对外输出功率达到最大值）24. 非晶硅的制作原理及特点？答：制作原理是：在较低温度下（约600℃）析出硅膜，在此过程中，充入大量的氢原子，破坏了硅晶体中原子排列的周期性，从而改变了硅材料的性质，其特性表现在：（1）有效带隙增大，约1.6 eV 左右（Si 晶体为1.12eV ）；（2） 类似于直接带隙材料，吸收系数比Si 大得多，厚度通常在um 左右；（3）可以使用几乎所有的衬底材料，具有良好的使用灵活性。
25. 光电导检测器产生增益的原因是什么？答：产生增益的原因：每一个电子-空穴对并非只被电极收集一次，而是在复合之前器件的两个电极之间循环多次，每被电极收集一次，都会对电信号的形成有贡献，直到复合。
26. 什么是增益带宽积？答：增益带宽积是器件性能的重要参数，是器件增益与带宽之积，表征了器件的增益和带宽性能。
31. PIN 管结构特点？答：（1）PIN 管工作在反向偏置电压下，且偏置电压不能太高，以避免产生击穿效应；（2）两侧重掺杂p+区和n+区很薄，中间i 区要厚得多，i 区是光的主要吸收区。
光电流主要是由i 区产生的非平衡载流子定向运动所形成的；（3）与i 相邻的两侧区域都是重掺杂，加上外加反向偏置的作用，%100%100max ⨯=⨯=inm m in P V I P P ηm I m V ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=n p tr p ph t G μμτ11使i区成为完全耗尽区，其产生的电流为瞬态电流，响应速度很快，决定了PIN管具有较高的响应速度。
32. PIN管在器件设计阶段需要考虑的因素有哪些？33. 接收器件的灵敏度的定义？答：接收器件的灵敏度是指在满足一定的误码率条件下，器件能够检测到的最小信号功率。
34. PIN与APD的性能特点？答：PIN特点：无增益，但噪声小，SNR较高APD特点：噪声较大，但有较高增益，信号功率亦高，SNR较高两种器件都具有较高的信噪比，性能优良，广泛用于光纤通信系统35. APD中下列结构的作用？（1）抗反膜；（2）保护环；（3）热沉。
36. PIN和APD各自的光吸收区是哪个？37. 碰撞电离率的定义？答：定义为在单位距离上载流子碰撞电离出的电子-空穴对的数目。
38. APD的响应速度主要受到哪三种时间参数的影响？答：（1）电子穿越光吸收区的渡越时间；（2）雪崩过程所需要的时间；（3）雪崩过程中产生的空穴穿越吸收区所需要的时间。
第3章1. LED是通过自发辐射过程发光的器件，与通过受激辐射发光的半导体激光器相比，其优缺点是什么？答：LED是通过自发辐射过程发光的器件，与通过受激辐射发光的半导体激光器相比，其不同之处在于：结构简单；☐价格低廉；☐可靠性高。
但其不足之处在于：⏹响应速度低；⏹输出功率小；⏹输出频谱宽。
2. LED器件内部的主要光电过程？答：3. 电子-空穴对的复合过程有哪两种？答：●辐射复合：产生光子；●非辐射复合：不产生光子，能量以其他形式散失。
4. 间接带隙材料内部的复合过程大多属于什么过程？答：间接带隙材料内部的复合过程大多属于非辐射复合，例如俄歇过程。
5. 辐射效率的定义。
答：其定义为：在载流子复合过程中，辐射复合在总的复合过程中所占的比例。
6. 在正向偏置条件下，注入PN结的电流由哪三部分构成？答：在正向偏置条件下，注入PN结的电流由三部分构成：（1）注入到P区的电子扩散电流Jn；（2）注入到N区的空穴扩散电流Jp；（3）中间耗尽层中由陷阱复合导致的电流JGR7. 什么是外量子效率？答：外量子效率表征的是器件的总的发光效率，也称为表观效率，即器件从外界来看的总发光效率。
8. 出光效率的定义及其影响因素是什么？答：（1）定义：指从发光面出射的光子数占发光区产生的总的光子数的比例。
发光区产生的光子并非都能出射，这是因为在半导体材料中存在多种导致光子损耗的因素：（2）发光区产生的光子需要穿过一定厚度的材料才能到达出射面，在此过程中材料会吸收光子，产生电子-空穴对；到达出射面的光子，由于界面的菲涅尔反射，有一部分光子无法出射，形成菲涅尔反射损耗；在出射界面处，若入射角大于临界角，会发生全反射，因而只有有限角度范围内的光子能够出射。
9. 提高出光效率的措施有哪些？答: （1）尽量减小吸收损耗；（2）降低菲涅尔损耗；（3）降低表面全反射损耗；10. 双异质结结构为何能提高注入效率？答：双异质结结构可使注入的电子和空穴被两侧势垒有效束缚在中间有源区，使有源区汇聚了较高浓度的载流子，提高了注入效率。
11. 为什么在同质结LED中，应该使电子注入电流尽量大，空穴注入电流尽量小，而在异质结LED中，并不需要这样做？答：12. 与普通的面发射LED相比较，为什么边辐射LED与光纤之间的耦合效率更高？13. 简述LED的P-I特性。
答：（1）注入电流较小时，输出光功率与注入电流是线性关系，输出光功率随注入电流的增大而线性增加；（2）注入电流越大，器件发热越明显，俄歇复合逐渐加剧；（3）当注入电流增大到一定程度，俄歇复合更加明显，消耗了大量的载流子，输出光功率不再随注入电流增加而增大，即器件的输出达到“饱和”状态。
14. LED在低注入和高注入条件下谱宽的估算。
：15. LED发光的温度特性是什么？答：温度对LED的工作特性有重要影响，这种影响从两个方面体现出来：(1)在较高温度下，更多的载流子以漏电流的形式到达电极区，而不是相互复合产生光子；(2)温度越高，俄歇复合越强，降低了器件的发光效率。
16. 简述要提高LED的输出光功率，器件设计器件设计时需要的因素。
答：（1）注入载流子密度；（2）器件横截面积；（3）有源区厚度。
17. 影响LED寿命的因素有哪些？（即LED的失效有哪三类？）答：影响LED寿命的因素主要包括：（1）早期失效；（2）反常失效；（3）渐变失效。
第4章1. 激光器是利用受激辐射产生光子，其激励方式(能量注入方式)有哪些？答：（1）电流注入（利用PN结结构的载流子注入）；（2）电子束注入；（3）激光注入；（4）碰撞电离。
2. 自发辐射特点。
答：（1）自发辐射是随机过程；（2）发出的光波是非相干光；（3）光子能量大体相等，约等于材料带隙；（4）相位与方向各不相同。
3. 受激辐射特点：答：（1）发出的光是相干光；（2）光子相位、方向与引起辐射的光子一致。
4. LD产生激光出射的过程？答：（1）正向偏置下，首先由器件内部的有源区自发辐射产生光子，这些光子中的极少一部分会引起受激辐射，这些光子就是LD受激辐射发射激光的源头；（2）LD工作在高电场条件，即外界激励很强，载流子浓度高，有源区达到粒子数分布反转；（3）光谐振腔的存在，使其中一部分光子因满足谐振条件而迅速增强，逐渐在整个光波中占有绝对优势，最终克服器件损耗，形成稳定的激光输出。