光电子物理基础
物理电子的基础知识点总结
物理电子的基础知识点总结1. 电子的基本概念电子是原子的基本组成部分之一，是一种带负电荷的基本粒子。
电子的质量很小，约为9.11×10^-31千克，与质子和中子相比，电子质量极轻。
电子的电荷为基本电荷的负一倍，即-1.6×10^-19库仑。
由于电子带有负电荷，它们可以被受正电荷吸引或受负电荷排斥。
2. 电子的结构电子由三个基本属性组成：质量、电荷和自旋。
电子的质量非常小，且几乎可以忽略不计。
电子的电荷使它们与其他带电粒子产生相互作用，并在电场中受到力的作用。
自旋是电子的另一个重要特征，它表征了电子的角运动动量和磁矩。
3. 电子的运动电子在原子轨道中围绕原子核运动，这种运动呈现波动性质。
波恩-布拉赫假说指出，电子在原子轨道中的运动类似于波的运动，即波粒二象性。
电子的波动性质导致了光电效应、康普顿散射等现象的发生。
4. 电子的能级和轨道电子在原子中的能级和轨道描述了其在原子中的位置和能量。
电子的能级是指电子的能量状态，而轨道则描述了电子可能存在的位置。
原子中的电子能级分布是量子力学的主题之一，量子力学规定了能级的取值和排布。
电子轨道根据其能级的不同分为s、p、d和f四种。
5. 带电粒子在电场中的运动当电子处于电场中时，它会受到电场力的作用，从而产生加速或减速运动。
根据电场力的大小和方向，电子的加速度和速度会发生变化。
在均匀电场中，电子的加速度与电场强度成正比，速度与时间成线性关系。
6. 带电粒子在磁场中的运动当电子处于磁场中时，它会受到洛伦兹力的作用，从而产生圆周运动。
洛伦兹力是由磁场力和电场力共同作用产生的，它使电子向垂直于磁场和速度方向的方向上运动。
磁场力对电子的轨道运动有显著的影响，在物理学和工程技术中有广泛应用。
7. 电荷守恒和电场定律电荷守恒是物理学中的基本原理之一，它规定了在任何封闭系统中，电荷的总量始终保持不变。
电场定律描述了电荷之间相互作用的规律，包括库伦定律和电场叠加原理等。
电子光学基础
由此得
＝ h/(2emU)1/2
代入h=6.62×10-34J.S, m=9.11×10-31kg， e=1.60×10-19c
＝12.25/U1/2
U的单位用伏特，的单位为Å 。
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前面计算的过程中，电子的质量采用 的是静止时的质量，但根据相对论理论， 在高速运动的情况下，其质量有变化：
第1章 电子光学基础
§1.1 电子显微镜概述 §1.2 电子显微镜的诞生过程 §1.3 电子光学基础
1、分辨率 2、电子波的波长 3、电磁透镜 §1.4 电子显微镜的类型及用途
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§1.1 电子显微镜概述
电子显微镜是以电子束为照明源，通过电子 流对样品的透射或反射及电磁透镜的多级放大 后在荧光屏上成像的大型仪器。
➢1942：剑桥大学的马伦首次制成世界第一台 扫描电镜。
➢1965年，英国剑桥仪器公司生产出了第一台 商品扫描电子显微镜，分辨率可达250Å.
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我国第一台电子显微镜的研制是在1958年，由中 国科学院长春光机所制造，比国外晚了20多年，但 发展迅速。
1975年开始，我国自行设计制造扫描电子显微镜。 80年代初，中国科学院科学仪器厂制造的DX-5型扫 描电子显微镜，其分辨率为60Å，放大倍数10万倍。 1985年，该厂生产的KYKY-AMRAY1000B型扫面电子显 微镜分辨率为60Å，放大倍数25万倍。其它厂家也都 已批量生产。
m＝m0/[1-(v/c)2]1/2
v为电子运动的速度，c为光速。
波长与电压的计算公式应校正为： ＝12.25/[U(1+0.9788×10-6U)]1/2
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光电子技术基础
光电子技术基础•光电子技术概述•光源与光辐射•光电探测器与光电转换目录•光学系统与光路设计•光电子器件与工艺•光电子技术应用实例光电子技术概述01CATALOGUE光电子技术的定义与发展光电子技术的定义光电子技术是研究光与电子相互作用及其应用的科学领域，涉及光的产生、传输、调制、检测和处理等方面。
光电子技术的发展历程自20世纪初爱因斯坦提出光电效应以来，光电子技术经历了从基础研究到应用研究的逐步发展，现已成为现代科技领域的重要分支。
光电子技术在通信领域的应用主要包括光纤通信、无线通信和卫星通信等，实现了高速、大容量的数据传输。
通信领域光电子技术在显示技术方面的应用如液晶显示、有机发光显示等，为现代电子产品提供了丰富多彩的视觉体验。
显示技术光电子技术在太阳能利用、光伏发电等领域的应用，为可再生能源的开发和利用提供了技术支持。
能源领域光电子技术在生物医学领域的应用如光学成像、光动力疗法等，为疾病的诊断和治疗提供了新的手段。
生物医学随着微电子技术的发展，光电子器件将越来越微型化、集成化，实现更高的性能和更小的体积。
微型化与集成化人工智能和自动化技术的引入将进一步提高光电子系统的智能化水平，实现更高效的运行和管理。
智能化与自动化环保意识的提高将推动光电子技术向更环保的方向发展，如开发低能耗、无污染的光电子器件和系统等。
绿色环保光电子技术与材料科学、生物医学等学科的融合将产生更多的交叉学科和创新应用。
跨学科融合光源与光辐射02CATALOGUE利用物体加热到高温后产生的热辐射发光，如白炽灯、卤钨灯等。
具有连续光谱、色温低、显色性好等特点。
热辐射光源利用气体放电时产生的可见光辐射发光，如荧光灯、高压汞灯等。
具有高效、节能、长寿命等优点。
气体放电光源利用固体发光材料在电场或光场激发下产生的发光现象，如LED 、OLED 等。
具有节能环保、响应速度快、可调控性强等特点。
固体发光光源光源的种类与特性表示光源发出的总光能量，单位是流明（lm ）。
光电子物理基础第一章-物质中光的吸收和发射
• 有限范围内成立；需修正
2)禁戒的直接跃迁 • 在某些材料中，k=0的直接跃迁是禁止 的,k≠0的直接跃迁是允许的， Wif正比于k2， 正比于(hν-Eg)，则αd＝α(hν-Eg)3/2，其中
α = 2 / 3 ⋅ B(2mr / m) f if' / hνf if
直接跃迁的吸收系数随频率的 变化
1.3.2 激子吸收
基本吸收中，认为被激发电子变成了导带中自 由粒子，价带中产生的空穴也是自由的。但是 受激电子与空穴会彼此吸引(库仑场)，有可能 形成束缚态，称为激子。电中性 能在晶体中自由运动的激子称自由激子，又称 瓦尼尔(Wannier)激子。不能自由运动的激子 称束缚激子，又称弗伦克尔(Frankel)激子。
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1.3.3 杂质吸收
三个方面 1）从杂质中心的基态到激发 态的激发，可引起线状吸收 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 红外区
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。 几率小。 浅受主能级到导带的跃迁 吸收跃迁系数
α = AA N A (hν − E g + E A )1/ 2
中红外范围内，自由载流子吸收按λ2规 律变化。近红外区不再适用。 电子在导带中跃迁，不同能量状态间跃 迁，则必须改变波矢量，为了动量守恒， 电子动量的改变可由声子或电离杂质的 散射来获得补偿。 近红外区域，M.Becker等人指出①电子 受到声学声子散射， α ∝λ1.5②电子受到 光学声子散射， α ∝λ2.5 ③受杂质散射， α ∝λ3∼3.5
（1）允许的跃迁 （2）禁止的跃迁
3)布尔斯坦-莫斯移动 重掺杂半导体的本 征吸收限向高频方 向移动，布尔斯坦 －莫斯移动 4)带尾效应 • 直接跃迁吸收系数 的光谱曲线，吸收 系数随光子能量减 小呈指数衰减
光电子技术基础题库
光电子技术基础题库一．填空题1、光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件，光源器件分为 光源和 光源。
2、某一半导体材料的禁带宽度为3.1 电子伏特，则该半导体本征吸收的长波极限为 纳米。
3、最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是1960年由美国家的梅曼制作的激光器。
4、当受激辐射大于受激吸收的时候，物质对外表现为光 ，当受激辐射小于受激吸收时候，物质对外表现为光 。
5、激光器的基本结构包括 ， ， 。
6、受激辐射产生的光的特点是： 好， 好， 好。
7、发光的方式很多，但根据余辉的长短可将发光大致分成 和 两类。
8、光电探测器的物理效应可以分为三大类： 、和 。
9、太阳能电池是利用半导体的 原理直接把光能转化为电能的装置。
10、光纤由传导光的 和外层的 两同心圆形的双层结构组成，且12n n 。
外面再包以一次涂覆护套和二次涂覆护套。
11.根据液晶的分子不同可以将其分为 、 和 液晶。
12. 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 衍射和 衍射 。
13. 在间接带隙半导体中，电子由价带顶跃迁到导带底时，需要同时吸收或发射 ，以补偿电子准动量的变化。
14.光波在光纤中传播有3种模式，导模（传输模），和。
15. 光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示与频率的关系，虚部表示物质与频率的关系。
16、液晶显示所用的液晶材料是一种兼有和双重性质的物质，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。
17、某一半导体材料的禁带宽度为2.6 电子伏特，则该半导体本征吸收的长波极限为纳米。
18、光纤通光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件，光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等)、和等。
19、受激辐射产生的光的特点是：好，好，好。
20、激光器按工作方式区分可分为和激光器。
21.光电子技术主要研究光与物质中的电子相互作用及其的相关技术，是一门新兴的综合性交叉学科。
光电子技术基础习题答案
光电子技术基础习题答案第一章绪论1.光电子器件按功能分成哪几类？每类大致包含哪些器件？光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件。
光源器件分成电磁波光源和非电磁波光源。
电磁波光源主要包含激光和非线性光学器件等。
非电磁波光源包含照明设备光源、表明光源和信息处理用光源等。
光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。
光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。
光探测器件分成光电导型探测器、光伏型探测器、冷伏型探测器、各种传感器等。
光存储器件分成光盘(包含cd、vcd、dvd、ld等)、光驱、光盘塔等。
2．谈谈你对光电子技术的认知。
光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。
3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。
20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就就是各种激光器的相继问世。
20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟特别是量子阱激光器的问世以及ccd的问世。
20世纪80年代，发生了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的获得了快速发展；也发生信汇偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。
20世纪90年代，掺铒光纤放大器(edfa)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，形成了光纤通信产业；。
另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已成为计算机存储数据的重要手段。
21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性快速增长对信息的收集、传输、处置、存储与表明都明确提出了紧迫的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的进一步增强等都更加依赖信息的广度、深度和速度。
⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。
例如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。
光电物理知识点总结大全
光电物理知识点总结大全1. 光电效应光电效应是光和电子之间的基本相互作用过程。
它是指当金属表面或半导体中的电子受到光的照射时，会被激发出来并形成光电流的现象。
光电效应是建立现代光电子学的基础，它揭示了光子的能量和动量对于材料中电子能级的激发影响。
光电效应有三种主要类型：外光电效应、内光电效应和光电发射效应。
2. 波粒二象性波粒二象性是指光和电子都具有波动性和粒子性。
在某些实验中，光和电子表现出波动特性，而在其他实验中，它们又表现出粒子特性。
这一概念的提出解决了红外灾变、飞行时间技术、光学和粒子散射中的许多问题。
波粒二象性的发现是量子力学的重要基础，它为光电物理的发展提供了关键的理论基础。
3. 光的波动性质光的波动性质是指光是一种电磁波，它在传播过程中表现出波动的特性。
光波动性质的研究揭示了光的干涉、衍射、偏振等现象，为光电物理的研究与应用提供了理论基础。
光的波动性质在光学、光电子学、光通信等领域具有重要的应用价值。
4. 光的粒子性质光的粒子性质也称为光子性质，是指光在相互作用过程中表现出粒子的特性。
光的粒子性质的研究揭示了光的能量、动量和频率对材料中电子的激发影响，为光电子学、半导体器件等领域的应用提供了理论支持。
5. 光电子发射光电子发射是指金属或半导体中的电子受到光照射时，把部分能量吸收，并运动到离开金属或半导体表面的位置。
光电子发射是光电效应的重要现象之一，它在光电子学、半导体器件和光学信息处理等领域具有重要的应用价值。
6. 光电晶体光电晶体是由光子晶体和电子晶体组成的一种新型功能材料。
它具有光学周期结构和电子周期结构的双重优势，能够在光电效应的基础上实现光与电子的相互转换和控制。
光电晶体在半导体器件、光通信、光电信息处理等领域具有重要的应用前景。
7. 光电导现象光电导现象是指当半导体材料受到光照射时，导电性能会发生变化的现象。
光电导现象的研究为半导体光电子器件的设计和应用提供了技术支持，包括太阳能电池、光电导光纤、光电探测器等。
生物医学光电子学的基础与应用
生物医学光电子学的基础与应用生物医学光电子学是物理学、化学、医学等多学科交叉的前沿领域。
它利用光和电磁波来探测和治疗生物体内的异常和疾病。
随着科技的不断发展，生物医学光电子学的应用范围也越来越广泛，涉及到医学诊断、治疗、生物学基础研究等方面。
本文将从基础原理和应用领域两方面入手，探讨生物医学光电子学的基础与应用。
一、基础原理生物医学光电子学的基础原理主要涉及到物理学、化学、医学等学科的相关知识。
其中主要包括以下内容：1.光子的特性光子是光与物质相互作用的基本粒子，具有波粒二象性。
在与物质作用时，光子的波动特性主要表现为光的波长、频率和相位等；而在能量传递过程中，光子的粒子性则表现为能量的单位。
2.激光技术激光技术是生物医学光电子学中应用最广泛的基础技术之一。
激光束由能量高、波长窄、相干性强的光子组成，具有高聚焦、高功率、高能量密度等特性，可以实现对细胞、分子等微观结构的精确控制。
3.光学成像技术光学成像技术是生物医学光电子学的另一项重要技术。
它通常使用显微镜、摄像机等设备将样品的光信号转化为电信号，通过图像处理技术得到高分辨率的图像数据。
常见的光学成像技术包括：荧光成像、光学相干断层扫描等。
二、应用领域生物医学光电子学的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1.医学诊断生物医学光电子学在医学诊断中应用很广泛，常见的应用包括光学断层扫描（OCT）、荧光成像、光动力疗法等。
其中光学断层扫描（OCT）技术是一种可以实现纳米级分辨率的无创检测技术，可用于眼科、皮肤科等多个医学领域的疾病检测。
荧光成像技术则可以实现对细胞分子的精确定位和成像，可应用于肿瘤的早期筛查和药物研究等领域。
2.生物学基础研究生物医学光电子学在生物学基础研究中也有很大应用，可以实现对生物学体系的高分辨率成像、化学分析和操控等。
例如，磁控共振成像技术可以取代传统的显微镜，实现对细胞、组织等生物体系的三维成像和精细分析；激光拖曳技术可以实现对细胞、单分子等微观结构的精细操作。
光电子器件的物理学基础
光电子器件的物理学基础光电子器件是一种综合了光学和电子学的高科技产品。
在现代工业和生活中，光电子器件的应用广泛，包括LED发光二极管、光电传感器、激光器等等。
光电子器件的物理学基础是研究这些器件如何通过光子和电子之间的相互作用实现光电转换的机理和原理。
光电转换是指将光能转换为电能或将电能转换为光能的过程。
光电子器件可以将光子能量转化为电子能量，也可以将电子能量转化为光子能量。
因此，光电子器件在能源转换和信息传输方面具有广泛的应用。
光电子器件的物理学基础主要包括下列几个方面：一、光电子效应的物理学基础光电子效应是指光子与物质相互作用时，物质中的电子被激发出来的现象。
它是光电子器件的基础。
光电子效应的主要物理学原理是光子的能量被吸收后，会激发物质中的电子运动，造成电子从固体中逸出的现象。
这种现象被称为“逸出”。
逸出电子的能量与光子的能量有关。
由于光子具有粒子性和波动性双重性质，因此光子具有一个确定的能量和一个确定的频率。
当光子的能量大于物质中某个电子的结合能时，就会激发这个电子的运动，使其逸出。
这种现象被称为“外光电效应”。
除了外光电效应外，还有“内照电效应”和“光致电子发射效应”等。
内照电效应是指当物质中有光子产生时，会使材料中的电子被激发并产生电流。
光致电子发射效应是指当光线照射在材料中时，会激发电子从材料中逸出并形成电流。
二、半导体物理学基础半导体是一种具有介于导体和绝缘体之间电导率的晶体材料。
半导体物理学是研究半导体材料的物理和电学性质的学科。
半导体的物理学基础是外加电场引起的载流子漂移、热运动和复合等基本现象。
半导体材料的载流子包括电子和空穴。
在晶体内，电子和空穴以它们的带电体积密度存在。
在半导体PN结的结构中，由于两侧材料的导电性质不同，PN结上经常发生复杂的电荷重排，形成像二级电场一般的电位，使得载流子在PN结上受到约束，从而使二极管具有截止和导通两种正反向导电状态。
三、光电传感器的物理学基础光电传感器是利用光电效应进行信息检测和测量的设备。
《电子工程物理基础》课后习题解答
《电子工程物理基础》习题参考答案第一章1-1一维运动的粒子处在下面状态(0,0)()0(0)xAxe x x x λλψ-⎧≥>=⎨<⎩①将此项函数归一化；②求粒子坐标的概率分布函数；③在何处找到粒子的概率最大?解：（1）由归一化条件，知 22201x A x e dx λ∞-=⎰得到 归一化常数 2A λλ= 所以 归一化波函数为2(0,0)()0(0)xxe x x x λλλλψ-⎧≥>⎪=⎨<⎪⎩（2）粒子坐标的概率分布函数{32224(0,0)0(0)()()x x e x x w x x λλλψ-≥><==（3）令()0dw x dx = 得到 10,x x λ==，根据题意x=0处，()w x =0，所以1x λ=处粒子的概率最大。
1-2若在一维无限深势阱中运动的粒子的量子数为n 。
①距势阱的左壁1/4宽度内发现粒子概率是多少? ②n 取何值时，在此范围内找到粒子的概率最大?③当n→∞时，这个概率的极限是多少?这个结果说明了什么问题?解：（1）假设一维无限深势阱的势函数为U （x ），0x a ≤≤，那么距势阱的左壁1/4宽度内发现粒子概率为2/4/4202()()()11sin 422a a P x x dx n x dx a an n πψππ===-⎰⎰sin（2）n=3时，在此范围内找到粒子的概率最大max 11()+46P x π=。
（3）当n→∞时，1()4P x =。
这时概率分布均匀，接近于宏观情况。
1-3一个势能为221()2V x m x ω=的线性谐振子处在下面状态，2212()()x m x Aeαωψα-==求①归一化常数A ；②在何处发现振子的概率最大；③势能平均值2212U m x ω=解：类似题1-1的方法 （1）归一化常数由*1dx ψψ+∞-∞=⎰ 得到 1/4A απ=（2） 振子的概率密度 222()()xw x x e ααψπ-==由()0dw x dx= 得到x=0时振子出现概率最大。
电子基础知识点整理
电子基础知识点整理
1. 什么是电子？
电子是指带有一定电荷的基本粒子。
在物理学中，电子是元素质子和中子之外的第三种基本粒子。
电子具有负电荷，并以质量极小而闻名。
2. 电子的特性
- 电子带有负电荷，通常表示为 "e"。
- 电子质量很轻，约为9.11 x 10^-31千克。
- 电子在原子中围绕原子核运动，形成电子云。
- 电子在电磁场中会受到力的作用，如吸引或排斥。
3. 电子的重要性
电子在现代科学和技术中起着重要作用，包括以下方面：
- 电子器件：电子构成了许多电子设备的基础，如计算机、手机、电视等。
- 通信技术：电子的运动和操控使得信息传输成为可能，如无线电、卫星通信等。
- 原子和分子物理学：研究电子可以帮助理解原子和分子之间的相互作用。
- 能源技术：电子在能源生产和转换中发挥着重要作用，如太阳能电池板、风力发电机等。
4. 电子的生成和操控
- 电子可以通过许多方法生成，包括热激发、光激发、化学反应等。
- 电子可以通过电场和磁场进行操控和控制。
- 电子可以通过半导体材料进行控制和放大。
5. 电子的应用
- 电子应用广泛，如电子工业、通信、医疗、能源等领域。
- 在电子工业中，电子器件被广泛应用于电路设计、控制系统、自动化等方面。
- 通信技术中的电子应用包括无线通信、卫星通信、电视广播等。
- 医疗领域的电子应用包括诊断设备、治疗仪器等。
- 能源技术中电子的应用包括太阳能电池板、能量转换设备等。
以上是关于电子基础知识点的简要整理，希望对您有所帮助。
光电子学基础及其在信息科学中的应用
光电子学基础及其在信息科学中的应用光电子学是一门研究光与电相互作用以及在半导体、光纤、光电器件等领域中应用的学科。
在信息科学中，光电子学的应用越来越广泛，例如光纤通信、激光印刷、光学存储等等。
本文将从基础方面介绍光电子学的涉及内容，并探讨其在信息科学中的应用。
1. 光的性质光的基本性质是电磁波，具有电场和磁场的特性。
其中电场是与光传播方向相垂直的振荡性质，磁场也遵循相同的规律。
光的波长决定了它在介质中的速度，光在真空中的速度是光速，约为3×10^8 m/s。
2. 半导体物理半导体在光电子学中起着核心作用。
它是指在晶体中，某些能级缺失电子（空穴）或多余电子（自由电子），可以带电的固体物质。
半导体材料的最优字段是红外区域，从而实现高响应、大量产和低成本的光电器件。
3. 光电器件光电器件是指那些具有光电转换功能的器件。
常见的光电器件有光电二极管和光敏电阻。
光电二极管是利用半导体材料进行光电转换，将光信号转化成电信号；光敏电阻则是根据光的强度对电阻进行调节。
4. 光纤通信光纤通信是将信号转换成光信号进行传输的通信方式。
在光纤通信中，信息通过激光器转换成光信号，再通过光纤进行传输，通过光电探测器转换回电信号，接收端再将其转换为原始信息。
相比其他通信方式，光纤通信的传输速度更快、距离更远、更稳定。
5. 激光印刷激光印刷是一种通过通过激光器制作模板来给物体表面直接刻画的印刷。
激光印刷可以制造精细图案或文字，并且可以在许多材料上使用，例如金属、塑料和玻璃。
激光印刷取代了传统的印刷方式，更加灵活和高效。
6. 光学存储光学存储是一种利用光记录信息并在之后读取的存储方式。
在光学存储中，光通过激光器发送到介质上，然后烧录或烤制物质以记录信息。
读取时，激光通过介质并检测跟踪光信号。
总之，光电子学在信息科学中的应用日趋广泛。
它在通信、印刷、存储和其他领域都有着重要的作用。
我们期望光电子学在未来得到更广泛的应用，为人们带来更多的便利。
光电信息物理基础
光电信息物理基础1. 引言光电信息物理基础是光电信息科学与技术的基础课程之一，主要涉及光电物理学和光电子学的基本原理和应用，为研究光电传感器、光电器件以及光电子设备的设计和应用打下基础。
本文将介绍光电信息物理基础的主要内容，包括光电物理学和光电子学的基本原理、光电器件的种类和特性以及光电子设备的应用领域。
2. 光电物理学基本原理光电物理学是研究光与物质相互作用的学科，主要涉及光的传播规律、光的吸收和发射以及光与物质相互作用的基本过程。
常见的光电物理学原理包括：2.1 光的传播光的传播遵循光的几何光学理论和波动光学理论。
几何光学理论描述了光束在直线传播时的基本规律，如光的反射和折射。
波动光学理论则从波动的角度解释了光的传播现象，如衍射和干涉。
2.2 光的吸收和发射光的吸收与发射是光与物质相互作用的基本过程。
光通过与物质的相互作用，可以被物质吸收或者物质发射光。
这些过程可以通过光的能量和频率来描述。
2.3 光与物质相互作用光与物质相互作用包括光与原子、分子以及固体材料之间的相互作用。
光的能量可以激发物质的电子跃迁，产生吸收和发射现象。
其中，电子跃迁是光与固体材料相互作用的主要过程。
3. 光电子学基本原理光电子学是研究光电子器件和系统的学科，主要涉及光的探测、放大、调制和转换等原理和技术。
常见的光电子学原理包括：3.1 光电效应光电效应是指物质受到光照射后，电子从物质中被激发并逸出的现象。
根据光电效应的不同特征，可以将光电效应分为外光电效应和内光电效应。
外光电效应是光照射到材料表面产生的光电效应，常用于光电传感器的设计与应用。
内光电效应是光照射到材料内部产生的光电效应，常用于光电探测器和光电放大器等光电器件。
3.2 光电器件光电器件是用于探测、放大和转换光信号的设备。
常见的光电器件包括光电二极管、光敏电阻、光电导、光电二极管阵列等。
这些器件基于光电效应的原理工作，可以将光信号转化为电信号或者电信号转化为光信号。
光电子技术基础14
3. 频率灵敏度Rf(响应频率fc和响应 时间t)
若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if将 随调频f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf，
定义为
Rf
if P
if是光电流时变函数的付里叶变换，通常
if
i f 0
1 (2f )2
τ称为探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外 电路决定。
D 1 (瓦1) NEP
这样，D值大的探测器就表明其探测力高。 常需要在同类型的不同探测器之间进行比较，发现“D
值大的探测器其探测能力一定好”的结论并不充分。
主要是探测器光敏面积A和测量带宽Δf对D值影响甚大。
探测器的噪声功率N ∝Δf，所以
于是由D的定义知
in (f )
1
D (f ) 2
另一方面，探测器的噪声功率N∝ A
7. 其它参数
光电探测器还有其它一些特性参数，在 使用时必须注意到，例如光敏面积，探测器 电阻，电容等。
特别是极限工作条件，正常使用时都不允 许超过这些指标，否则会影响探测器的正常 工作，甚至使探测器损坏。
通常规定了工作电压、电流、温度以及光 照功率允许范围，使用时要特别加以注意。
光敏电阻
光电二极 管
光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系i＝f (P)， 称为探测器的光电特性。
灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即
Ri
di dP
i P
(线性区内) (安/瓦)
Ru
du dP
u P
(线性区内) (伏/瓦)
R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为 电表测量的电流、电压有效值。
光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。
光电信息物理基础
光电信息物理基础涵盖了光电子学、量子光学、光电半导体、光纤通信等多个领域。
在现代通讯和信息技术领域中，光电子学和光电物理学的研究和应用越来越广泛。
在光电子学领域中，研究的主要问题是如何将光子与电子结合起来，开发出新的光学器件。
例如，光电二极管、光电导、光电输运器件等，这些设备可以将光信号释放为电信号，反之亦然。
另外，量子光学是研究光和物质的基本相互作用规律，这项研究的重点是利用量子力学与光的相互作用打开新突破口。
在光电半导体领域中，研究着关于半导体材
料的光发射现象。
半导体中，电洞与导带之
间能的大小决定了固体能带图像，光晕的出
现和消失受到了极大的影响。
光电半导体技
术的发展应用非常广泛，从LED的研发到太阳能电池，从光纤通信到激光器。
光纤通信是另一个光电子领域，其使用了光
纤作为传输媒介，将光的信号通过光纤传输，并将其转换为电信号。
光纤通信比起以往的
通信手段有很多优势，例如数据传输速度快、抗干扰性能强等。
总的来说，光电信息物理基础的研究和应用
为现代通讯、信息技术领域提供了非常重要
的支持，并且其发展前景广阔。
光辐射物理基础(二)
E2
入射光
初态
E1
hν＝E2 − E1
E2
入射光
终态
hν＝E2 − E1 hν＝E2 − E1
受激辐射光
E1
光电信号检测
dN 21 = B 21 N 2ρνdt
入射的单色辐射能密度 ρν ，高能级跃迁到低能级的 电子数N21，在高能级上的粒子数N 受激发射系数B 电子数N21，在高能级上的粒子数N2， 受激发射系数B21 受激发射几率
E2
入射光
初态
E1
hν＝E2 − E1
E2
终态
原子吸收入射光子并跃迁至高能级
E1
光电信号检测
３、受激辐射
处于高能级E2的原子， 处于高能级E2的原子， E2的原子 在频率为 ν ，能量为 hν 的外来光子的激励下， 的外来光子的激励下，受 激跃迁到低能级E1 E1， 激跃迁到低能级E1，并发 射一个能量为 hν＝E2 − E1、 且与外来激励光子处于同 一光子态的光子， 一光子态的光子，这两个 光子又可以去诱发其他发 光原子， 光原子，产生更多状态相 同的光子。这样， 同的光子。这样，在一个 入射光子作用下， 入射光子作用下，就可以 产生大量运动状态相同的 光子。这种过程称为受激 光子。这种过程称为受激 辐射过程。 辐射过程。 过程
光电信号检测
跃迁： 跃迁：从一种能量状态变到另一种能量状态 无辐射跃迁: 如果跃迁过程没有吸收和发射光子， 无辐射跃迁: 如果跃迁过程没有吸收和发射光子，则称 为无辐射跃迁。 为无辐射跃迁。 辐射跃迁: 辐射跃迁:跃迁时所吸收或释放的能量必须等于发生跃迁 的两个能级之间的能量差． 的两个能级之间的能量差．如果吸收或辐射的能量都是 光能则： 光能则：
二、大气特性及其对辐射传输特性的影响
电子工程物理基础课件
基尔霍夫定律
描述了电路中电压和电流之间的关系。电路中电压和电流的约束关系。基尔霍夫定律包 括基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL）。KVL指出，对于电路中的 任意一闭合回路，各段电压的代数和为零；KCL指出，对于电路中的任意一节点，流入
和流出该节点的电流代数和为零。
电路分析
02
电子工程物理基础概念
电场与电场力
电场
电荷在空间中激发的场，对其中电荷 施加作用力。
电场力
电荷在电场中受到的作用力，与电荷 的电量和电场强度有关。
电流与电阻
电流
电荷的定向移动形成电流，单位时间内通过导体横截面的电 荷量称为电流强度。
电阻
导体对电流的阻碍作用，与导体的材料、长度、截面积和温 度有关。
电机设计与控制
基于物理原理设计和控制电机，如直流电机、交流电 机等。
新能源技术中的电子工程物理
太阳能利用
研究太阳能电池的工作原理和优化方法，提高光 电转换效率。
风能转换
基于物理原理研究风能转换技术，如风力发电机 的设计和优化。
核能控制与利用
研究核能利用中的物理原理，如核反应堆的控制 和核能的转换。
交流电与交流电路
交流电的概念
描述交流电的基本特征和产生方式。交流电的基本特征 和产生方式。交流电是指方向随时间周期性变化的电流 ，其基本特征包括频率、幅值和相位等。交流电的产生 方式有多种，如机械振动产生交流电、交流发电机等。 了解交流电的基本特征和产生方式是研究交流电路的基 础。
交流电路的分析方法
电容与电感
电容
容纳电荷的能力，由电容器极板面积、间距和介质决定。
电感
线圈的自感系数，与线圈的匝数、直径、长度和磁导率有关。
5第五章光电子器件物理基础pgl
5.1.3 非半导体材料
LiNbO3、LiTaO3具有优异的电光、声光、磁光、 热光等性能（光开关、调制器）。 电光效应:外加电场引起介质的光学，如折射率性能 的变化。
4
5.1.4 其它材料 光波导材料：玻璃材料和聚合物材料。
5
5.2 材料特性
5.2.1 折射率
材料的折射率n是决定光学传播规律的基本参 数。
cv
(2mr )3/2
2 2 3
Hale Waihona Puke (Eg )1/2单位能量范围内的单位体积 的 状态数
R受激（）
Ec B(E1 ,E2 ) fc (E2 )[1 fv(E1)]cv emdE2
受激辐射速率
R吸收（）
Ec B(E1 ,E2 ) fv (E2 )[1 fc(E1)]cv emdE2
吸收辐射速率
26
36
p-n结两侧附近没有相应的导带电子和价
带空穴与之中和，我们把它们称为空间电 荷。于是在p-n结两侧形成了空间电荷区， 如图所示。n区一侧带正电，p区一侧带负 电，正负电荷之间产生一个内建电场ε，其 方向由正电荷指向负电荷，即从n区指向p 区。
p-n结两侧空间电荷区的形成
37
内建电场使导带电子和价带空穴作漂 移运动，很明显漂移运动的方向与扩 散运动的方向相反。当两块典型半导 体刚接触时，扩散运动占优势，空间 电荷区逐渐扩展，内建电场也随之增 强，于是漂移运动不断加强，最后达 到平衡。这时扩散作用与漂移作用相 抵消，空间电荷区不再扩展，保持一 定的宽度，相应存在一定的内建电场。
34
p-n结的形成
p型和n型半导体并不能直接用来制造半 导体器件。通常是在n型(或p型)半导体 的局部再掺入浓度较大的三价(或五价) 杂质，使其变为p型(或n型)半导体，在p 型和n型半导体的交界面就会形成p-n结 ，而p-n结是构成各种半导体微电子和光 电子器件的基础。
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2.光学历史
墨经 前468-376 欧几里德的«光学» 前330-275
• 对光学本质的研究 1669年牛顿的微粒说 1678年惠更斯(Huygens)的波动说 1863年麦克斯韦(Maxwell)电磁波理论 1905年爱因斯坦(Einstein)”光子” 论
3. 二十世纪五十年代电学电子学发展成熟 4. 激光器的发明 1917年爱因斯坦提出自发辐射和受激辐射的 区别，这是激光产生的理论基础 1954年 美国Townes, Gordon, Zeiger 研制成 功第一台氨微波激射器，第一次实现受激辐 射 1957年美国Bloembergen,苏联Prokhorov, Basov分别制成第一台毫米波段运转的微 波受激放大器
城市亮化
激光水幕电影
激光喷泉
春晚
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教材课程内容
• • • • • • • 第一章 光的发射和吸收 第二章 激光的产生（补充：光束的传输） 第三章 激光的控制（不讲） 第四章 光纤传输 第五章 光的检测（不讲） 第六章 集成光学 实验（增益，激光模式）
光电子物理基础
Fundamental of Optoelectronics Physics
绪论
1.光电子学：光子+电子 以光频电磁波的电子学效应基本理论 和应用原理为研究对象。并由近代光学 与电子学相互交叉与渗透而形成的一门 新兴分支学科。研究内容： 1）光子的产生 2）光子的运动 3）光子的转化
激光切割
激光皮革切割
激光焊接
激光打标
激光内雕刻
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激光雕刻
3)激光医学与激光生物学
• • • • • • • 手术 治近视 美容 光动力 理疗 育种 光镊
激光美容
光动力治疗食道癌
返回
4)激光武器
• • • • 制导 致盲 雷达 水下探测
激光制导
EGBU-27激光制导炸弹
中国激光制导炸弹
1958年美国Schawlow, Townes 在Phys.Rev. 上发表“红外与光学激射器”将量子电子 学放大原理扩展到光频 1960年美国休斯实验室Maiman制成第一台 激光器 1961年中国长春光机所研制成我国第一台激 光器 1964年中国确定“激光”名称 钱学森
5.激光及其特点
laser—Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation * 激光器的出现和激光技术的发展使得传统电 子学原理、技术延伸到光波段→光电子学 激光的特点： 单色性 方向性 高能量 相干性
未来激光战场
激光摧毁卫星
激光摧毁小行星
激光炮
激光雷达
5)信息处理
• • • • • 光存储 全息 显示 光计算 集成光学
光存储
光全息
激光电视
6)科学研究
• • • • 激光光谱 强光光学 同位素分离 激光核聚变
激光拉曼光谱
激光核聚变
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7）激光舞台 城市亮化
• 城市亮化 • 激光喷泉，水幕电影 • 舞台
6.激光光电子应用
1)光通讯 2)激光加工 3)激光医学与激光生物学 4)激光武器 5)信息处理 6)科学研究 7)文化娱乐
1)光通讯
分为空间通讯、光纤通讯 特点：容量大、抗干扰强、保密性好、 价格低
星际激光通讯
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2）激光加工
• • • • • • 切割 焊接 热处理 打孔 打标 雕刻
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