光电信息技术第一章总复习
第一章 光电信息技术物理基础_§1.1理论基础
原子能级和结晶格能带之比较
（4）导体内的能带 以金属钠(Z=11)为例（如图）
空 带
半满带
3p
与1s 、2s 和 2p 原子能 级对应的能带:完全填满。 但 3s 能带:仅有一半被填 充。在外界电场的作用下，获 得额外的少许能量就可到能带 内附近许多空的状态去,形成电
3s
2p 2s
满 带 钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶体能带
U
UT
1)
）
当I = 0时，可以确定开路光电压Voc为
式中为Isc短路电流。
光生伏特效应的应用: (1)太阳电池;(2)光电探测 器件。
$1.1.5 热释电效应
热释电效应：某些晶体的电极化强度随温度变化而变化， 从而在晶体特定方向上引起表面电荷变化的现象。 此效应只能发生在不具有中心对称的晶体中。 某些晶体内正负电荷中心并不重合，有一定的电矩，其表 面容易吸附自由电荷以抵消总电矩所产生的宏观电场。温度变 化时，由于极化强度的改变而释放出表面吸附的部分电荷，从 而表现出热释电效应。
（2）杂质的电离能小于禁带宽度。
另外，因杂质原子数目少，所以杂质光电导效应
相对本征光电导来说也微弱得多。
掺有不同量砷施主杂质的掺金锗杂质光电导光谱分布曲线图 光电导在光子能量0.7eV附近陡起明显，表示本征光电导开始。在 本征光电导长波限左边(光子能量小于锗禁带宽度)的某一波长处曲线 迅速下降，这就是杂质光电导的长波限。此处光子能量为杂质电离能。
（b）n 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价 杂质元素（如磷、锑、砷等），即构成 N
型半导体(或称电子型半导体)。
每掺入一个杂质原子，就有一个额外电子。这些额外的电 子占有恰在导带下方的某些分立的能级 。
光电技术复习资料汇总
1、设受光表面的光照度为100lx ，能量反射系数0.6，求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。
（θcos dS dI L vv =）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单位表面反射的光通量为601006.0=⨯==入反ρφφLm/m 2这也就是该表面的光出射度M v。
对朗伯辐射体，其光亮度v L 与方向无关，沿任意方向（与法线方向成θ角）的发光强度θI 与法线方向发光强度0I 之间的关系为θθcos 0I I = 每单位面积辐射出的光通量除以π即为其光亮度：1.1914.360cos 1======πφθv S v v v dSdI dS dI L C d /m 2sr 附：朗伯体法向发光强度I 0与光通量v Φ的关系 由定义，发光强度ΩΦ=d d I v，所以在立体角Ωd 内的光通量：ϕθθθd d I Id d v sin cos 0=Ω=Φ在半球面内的光通量 ⎰⎰==Φπππϕθθθ2002/0sin cos I d d Iv2、计算电子占据比F E 高2KT 、10KT 的能级的几率和空穴占据比F E 低2KT 、10KT 能级的几率。
解：能量为E 的能级被电子占据的概率为)exp(11)(kTE E E f Fn -+=E 比E f 高2kT 时，电子占据比：1192.011)2exp(112=+=+=ekTkT f e E 比E f 高10kT 时，电子占据比：5101054.411-⨯=+=e f eE 比E f 低2kT 时，空穴占据比：1192.011)exp(112=+=-+=e kTE E f f pE 比E f 低10kT 时，空穴占据比：5101054.411-⨯=+=e f p3、设N －Si 中310105.1-⨯=cm n i ，掺杂浓度31610-=cm N D ，少子寿命s μτ10=。
如果由于外界作用，少子浓度P ＝0（加大反向偏压时的PN 结附近就是这种情况），问这时电子一空穴的产生率是多少？（复合率τPR ∆=，当复合率为负值时即为产生率）解：在本征硅中，2021025.2⨯==ii in p n ，在N 型硅中，少子浓度：4162021025.21011025.2⨯=⨯⨯==d i N n P产生率为： R `=9641025.210101025.2⨯=⨯⨯=∆-=--τP R每秒钟每立方厘米体积内可产生2.25×109个。
光电技术基础复习题纲
第1章光电技术及光电器件基础一、光电技术及其特点、应用与发展1、光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术P12、光电器件的主要用途：两个P13、信息传递的各个环节，光源、信息加载、光传输、光信号接收、处理存储P34、光电技术的应用范围：P5二、半导体物理基础1、三种类型的半导体：P72、平衡载流子P83、载流子运动的三种形式：P114、PN结空间电荷区、电流电压特性（正向、反向偏置）、电容：P14-175、PN结的击穿：P186、半导体吸收：本征、杂质吸收、载流子吸收、激子和晶格吸收P22三、光电效应1、光电效应的定义。
P252、光电效应的分类P26-30四、光电器件的分类1、按不同的方式进行划分P31-322、光电器件的主要特性P32-483、积分响应率（灵敏度）P334、噪声及其类型P39-40一、电致发光原理1、三种跃迁方式P532、电致发光的三种类型P533、三种输送类型P534、辐射复合、非辐射复合P545、量子效率的定义P556、量子效率的计算P56二、发光二极管1、发光二极管的工作模式：正向偏置P572、发光二极管选择的原则P583、发光二极管的特性P59-62三、半导体激光器1、激光的4个特点。
P643、激光产生的条件。
P65一、光电导型光电探测器1、光电导的三个主要参数P762、光电导的增益P77二、光敏电阻1、光敏电阻的符号P852、光敏电阻的特性P85-873、光敏电阻的噪声特性P884、光敏电阻负载两端的电压变化求解方法P895、光敏电阻的应用P93三、势垒型光电探测器件1、势垒型光电探测器的原理。
P942、势垒型光电探测器的分类。
P943、势垒型光电探测器与均质型光电探测器的主要区别。
P94四、光电池1、光电池的符号P972、PN结光电池分类P953、光电池的光谱响应特性曲线P98五、光电二极管1、光电二极管的符号、主要类型P101-1062、光电二极管的电压偏置特性P1063、光电二极管的性能参数六、光电三极管1、光电三极管的符号、主要类型P1092、光电三极管的电压偏置特性P1093、光电三极管的性能参数P1104、光电三极管与二极管的主要区别P112第4章真空光电器件1、常见的真空光电器件类型？P1152、二次电子发射？P1173、真空光电管主要由哪几部分组成？P1194、真空光电管的主要特性？P1215、真空光电管的产生暗电流的原因？P1236、充气光电管中充入的气体是什么？原因是？P1257、充气光电管较之真空光电管明显的优点是什么？P1278、光电倍增管主要应用于哪些方面？P1289、光电倍增管由哪几部分组成？P129各部分的主要功能是什么？10、倍增系统的几种觉结构形式是什么？各种形式有什么优缺点？P13211、光电倍增管的主要特性参数？P13412、光电倍增管的放大倍数？P1351、常见的光电成像器件P1442、变像管的主要功能？P1443、像管成像的三个过程P1464、像管中常用的电子光学系统有哪两种类型？P1495、光纤面板的选择要求？P1516、多级串联的像增强器的优缺点？P1637、离子反馈？P1708、摄像管的主要任务P1709、摄像管的基本工作过程P17110、摄像管的动态范围的含义？P1771、MOS电容器三种工作状态？P179-1802、CCD工作条件及要求？P1803、表面沟道？体内沟道？P1844、二相、三相、四相、二位、三位，N沟道？P184-1855、CCD的电荷转移效率P1896、造成电荷损失的主要原因？P1927、CCD的主要噪声P1928、MTF值的高低意味着什么？P195引起CCD的MTF下降的主要原因是什么？9、线阵、面阵CCD？P19810、构成微光CCD方法？P20711、CMOS与CCD的比较，最主要的区别是什么？Ｐ2121、光电耦合器件的优点、特点是什么？P2072、CTR？最高工作频率？P216.2173、光电耦合器件的主要应用场所？P221.2224、光电耦合器件应用实例。
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。
光电技术复习大纲
光电技术复习大纲本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March光电技术复习大纲1. 光电技术特征是什么它的核心是什么它的最基本的理论是什么（1）光电技术的特征：利用光电结合的原理和方法，实现信息的获取、发送、探测、传输、变换、存储、处理和重现等。
（2）核心：光与电之间的转换机理体现于光电器件之中最基本的理论：光的波粒二象性。
2. 什么是光电器件它的分类有哪些举例说明.3.（1）凡能完成光电或电光转换及在光电系统中能对光路传输，光电转换起到调节或控制作用的器件，都应归入光电器件。
（2）电光信息转换：1.发光二极管2.半导体激光器3.液晶显示器4.阴极射线管5.等离子体显示板光电信息转换：光电发射效应器件：光电倍增管；光电导效应器件：光敏电阻；光生伏特效应器件：光敏二极管；热释电效应器件：热释电探测器。
4. 光学具有哪些学说几何光学和波动光学它们研究内容主要是什么5.（1）光的粒子性，光的波动性，光的电磁学说，光的量子学说，几何光学，物理光学，量子光学，应用光学。
（2）几何光学是几个实验得来的基本原理出发的，来研究光的传播问题的学科。
用波动光学可以圆满的解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播，在进一步研究中观察到了光的偏振和偏振光的干涉。
6. 什么是光程发生全发射的条件是什么7.（1l 与该介质的折射率 n 的乘积（2）（n n <'）8.（1）1`频率相同；2.相位差恒定；3光矢量振动方向平行。
(2)光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，所发生的偏离直线传播的现象；(3)光的衍射现象与光的干涉现象其实质都是相干光波叠加引起的光强的重新分布；9. 辐射度量与光度量的根本区别是什么可见光的波段是多少10.(1)辐射度学： 对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学；是用能量单位描述光辐射能的客观物理量。
光电信息技术导论复习提纲
光电信息技术导论复习提纲一名词解释：1.LD与LEDLD LD，镭射影碟、激光视盘，用于电视、电影和卡拉OK的双面视频光盘。
LED，发光二极管。
在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
2. DWDM和CWDMDWDM，密集型光波复用，是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。
CWDM，稀疏波分复用器，是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。
3.LCD、CRT和PDPLCD，液晶显示器。
CRT一种使用阴极射线管的显示器。
PDP，等离子显示板，是一种利用气体放电的显示技术。
4.PWM和FRCPWM，脉冲宽度调制，是对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
FRC，动画专家，进一步提高电视画面动态清晰度。
D和JfETCCD，电荷耦合元件，能够把光学影像转化为数字信号。
JFET，N沟道(或P沟道)结型场效应管。
6.EDFA和FRAEDFA，掺饵光纤放大器。
FRA，高灵敏探测器。
7.OADM和OXCOADM，光分插复用器，在光域实现支路信号的分插和复用这样一种设备。
OXC，光交叉连接，是一种多功能OTN传输设备。
8.SDH和PDHSDH，同步数字体系，用于在物理传输网上传送经适配的净负荷。
PDH，准同步数字系列。
9.ICCTT和ITUCCITT，国际电报电话咨询委员会，是国际电信联盟（ITU）的常设机构之一。
ITU，国际电信联盟是联合国的一个专门机构。
10.SONET和STMSONET，同步光网络，是使用光纤进行数字化信息通信的一个标准。
STM，同步传送模块，STM是一种信息结构。
二、简答题11.产生激光的必要条件？1.受激幅射。
2.要形成激光，工作物质必须具有亚稳态能级。
3.在常温下，吸收多于发射。
4.有一个振荡腔。
5.使光子在腔中振荡一次产生的光子数比损耗掉的光子多得多。
12.激光医疗研究重点在哪？1.研究激光与生物组织间的作用关系；2.研究弱激光的细胞生物学效应及其作用机制；3深入开展有关光动力疗法机制、激光介入治疗、激光心血管成形术与心肌血管重建机制的研究，积极开拓其他新的激光医疗技术。
光电技术总复习
题型：选择 填空 名词解释 简答 计算第一章1. 辐（射）能和光能以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用符号Q e 表示，其计量单位为焦耳（J ）。
光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，以Q v 表示，其计量单位为流明秒（lm ·s ）。
2.辐（射）通量和光通量辐（射）通量或辐（射）功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率；或者说，在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称为辐（射）通量，以符号Φe 表示， 其计量单位为瓦（W ），即 tQ Φd d ee =• 对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见光谱，光通量Φv ，即tQ Φd d vv =Φv 的计量单位为流(明)（lm ）。
• 3.辐(射)出(射)度和光出(射)度• 对有限大小面积A 的面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量d Φe与该面元面积d A 之比，定义为辐(射)出(射)度M e ，即AΦM d d ee =M e 的计量单位是瓦（特）每平方米[W ／m 2]。
对于可见光，面光源A 表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量d Φv 、与面元面积d A 之比称为光出(射)度M v ，即AΦM d d νv =其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m 2]。
例 若可以将人体作为黑体，正常人体温的为36.5℃，（1）试计算正常人体所发出的辐射出射度为多少W/m2？（2）正常人体的峰值辐射波长为多少μm ？峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 为多少？（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 又为多少？解 （1）人体正常体的绝对温度为T =36.5+273=309.5K ，根据斯特藩-波尔兹曼辐射定律，正常人体所发出的辐射出射度为24,s ,e m /W 3.5205.309=⨯=σMm m Tm μμλ36.9)(2898==（2）由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为12155,s ,e 72.310309.1---=⨯=m Wcm T M m μλ（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为μm 32.9382732898=+=m λ发烧时的峰值光谱辐射出射度为12155,s ,e 81.310309.1---=⨯=m Wcm T M m μλ例 已知某He-Ne 激光器的输出功率为3mW ，试计算其发出的光通量为多少lm ？解 He-Ne 激光器输出的光为光谱辐射通量，发出的光通量为 Φv,λ=K λ,e Φe,λ=K m V(λ)Φe,λ=683×0.24×3×10-3=0.492(lm)光与物质作用产生的光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。
光电技术期末复习总结
光电技术期末复习总结光电技术期末复习内容第1章光电技术基础1.光的量子性成功的解释了光与物质作用时所引起的光电效应，而光电效应又充分证明了光电量子性。
2.光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即910-m量级。
只有波长为0.38~0.78μm的光才能引起人眼的视感觉，故称为这部分10-~3光为可见光。
3.光辐射的度量（光度参数，辐射度参数）4.热辐射：物体靠加热保持一定温度使内能不变而持续辐射的辐射形式，称为物体热辐射或温度辐射。
凡能发射连续光谱，且辐射是温度的函数体的物体，叫做热辐射体。
（热辐射光谱是连续光谱）5.发光：物体不是靠加热保持温度使辐射维持下去，而是靠外部能量激发的辐射，称为发光。
发光光谱是非连续光谱，且不是温度的函数。
（发光光谱是非连续光谱）6.能够完全吸收从任何角度入射的任意波长的辐射，并且在每一个方向上都能最大限度地发射任意波长辐射能的物体，称为黑体。
7.黑体的吸收系数为1，发射系数也为1。
8.锥状细胞的这种视觉功能称为白昼视觉或明视觉。
9.柱状细胞的这种视觉功能称为夜间视觉或暗视觉。
10.什么是内光电效应和外光电效应?答：被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象，称为内光电效应。
而被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象，称为外光电效应。
11.光电导效应分为哪两类？说明什么是本证光电导效应？答：光电导效应可以分为本证光电导效应和杂质光电导效应两种。
本征半导体或杂质半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带，产生本证吸收，导带中产生光生自由电子，价带中产生光生自由空穴。
光生电子与空穴使半导体的电导率发生变化。
这种在光的作用下由本证吸收引起的半导体电导率发生变化的现象，称为本证光电导效应。
第2章光电导器件1.光敏电阻在被强辐射照射后，其阻值恢复到长期处于黑暗状态的暗电阻R D所需要的时间将是相当长的。
光电信息物理复习_all
c、方向导数和梯度的关系
ˆ g ra d u = en ∂u ∂l
1.2梯度、散度和旋度
2、散度和高斯定理
a、散度定义：
b、高斯定理：
意义：任一矢量场A的散度的体积分等于该矢量场穿过该体积的闭合 曲面的通量。
1.2梯度、散度和旋度
3、旋度和斯托克斯定理来自a、旋度定义：计算公式：
b、斯托克斯定理：
意义：矢量场旋度的面积分等于该矢量场沿包围该曲面的闭合 路径的线积分。
−
EC − EV k BT
ni = ( N C N V )
1/ 2
e
E Fi =
1 ( EC + EV ) 2
杂质充分电离时的载流子浓度
N型半导体：掺杂浓度为ND n=Nd+p 根据 np=ni2，得 p(Nd+p)=ni2,解得：
p= 1 2 ( − N D + N D + 4ni2 ) 2
故，
r B
v v v c、三重矢量积： A × ( B × C ) 、三重矢量积：
v v v v v 矢积 A × ( B × C ) 与 B, C 共面
v A
r B
r C
矢积大小为： 矢积大小为：
v v v v v v v v v A × ( B × C ) = B( A • C ) − C ( A • B)
p E F = Ei − k B T ln( ) ni
例题[8-1]
型硅， 试计算300K和500K 设N型硅，施主浓度 N d = 1.5 × 10 cm ,试计算 型硅 试计算 和 时电子和空穴的浓度和费米能级的位置。已知温度在300K 时电子和空穴的浓度和费米能级的位置。已知温度在 时本征载流子浓度分别为： 和500K时本征载流子浓度分别为： 时本征载流子浓度分别为
光电技术与光纤基础(复习一)
第一章 基础知识
一．辐射度学和光度学的基本概念 二．半导体基础知识 三．基本定律 四．光电探测器的噪声和特性参数
辐射度学和光度学的基本概念
一、辐射度学基本物理量
1、辐射功率（辐射通量） e单位：W（瓦特） 、辐射功率（辐射通量） 单位： （瓦特） 2、辐射强度 、 3、辐射亮度 、
φ
Ie 单位 W / sr Le单位：W / sr ⋅ m2 单位：
Uoc1 Uoc2 Uoc3 Uoc4
E1
E2
U
E3 E4 RL2
硅光电二极管和三极管
• 一般在反向偏压下工作
E=0 E1 E2 光导工作区
qU kT
I
U
I L = I p − I0 ( e
− 1 ) ≈ IP + I0 ≈ IP = SEE
与光电池的比较
IL Ub
E=0 E1 E2
Ub=0 RL U RL
一．结型光电器件的工作原理 二．硅光电池 三．硅光电二极管和硅光电三极管 四．结型光电器件的放大电路 五．特殊结型的光电二极管 六．结型光电器件的应用实例——光电耦合 器件
结型光电器件的工作原理
• 热平衡状态下的PN结
– 外加偏压、反向饱和电流
• 光照下的PN结
– 光伏效应 – 电流方程
IL = I p − ID
了解！ 了解！
Hale Waihona Puke 体放电光源• 脉冲灯 • 原子光谱灯 • 汞灯
了解！ 了解！
固体发光光源
• 场致发光光源
– 了解
• 其他平板显示器件
– 液晶的电光效应
• 结型发光光源
– 发光二极管，偏压？
激光器
• 激光原理
光电技术复习资料.
“光电技术”复习资料一、回答问题：1、何谓光源的色温？辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。
2、费米能级的物理意义是什么？在绝对零度，电子占据费米能级f E 以下的能级，而f E 以上的能级是空的，不被电子占据。
温度高于绝对零度时，费米能级的电子占据率为50%，比费米能级能量高得愈多的能级，电子的占据概率愈小。
3、写出辐射度量学的基本物理量，并说明它们的定义。
辐射能：以辐射的形式发射、传播或接受的能量。
辐射通量：以辐射形式发射、传播或接受的功率。
辐射强度：在给定方向上的单位立体角内，离开点辐射源的辐射通量。
辐射出射度：面辐射源表面单位面积上发射的辐射通量。
辐射照度：接受面上单位面积所照射的辐射通量。
辐射亮度：辐射源表面一点处的面元在给定方向上的辐射强度除以该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。
光谱辐射量：辐射源发出的光在波长λ处的单位波长间隔内的辐射物理量。
4、写出光度学系统的基本物理量，并说明它们的定义。
光量：以可见光的形式发射、传播或接受的光的多少的量度。
光通量：单位时间内，以可见光的形式发射、传播或接受的光量。
光强度：在给定方向上的单位立体角内，离开点光源的光通量。
光出射度：面光源表面单位面积上发射的光通量。
光照度：接受面上单位面积所照射的光通量。
光亮度：辐射源表面一点处的面元在给定方向上的光强度除以该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。
5、什么是光谱光视效率（视见函数）？国际照明委员会根据对许多人的大量观察结果，确定了人眼对各种波长光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”光谱光视效率或光视见函数。
光谱光视效率分明视觉光谱光视效率（光强度大于3坎德拉）和暗视觉光谱光视效率（光强度小于0.001坎德拉），分别用)(λV 和)(λV '表示。
一般来说，光度学量和对应的辐射度量学量之间有如下关系：λλλχχd V K e m v )()(78.039.0⎰=式中v χ是光度学量，e χ是对应的辐射度量学量。
光电信息知识点总结
光电信息知识点总结一、光电信息的基本原理光电信息技术是基于光电子器件的技术，其基本原理是光电效应。
光电效应是指材料在受到光照射时，吸收光能并产生电子的现象。
光电信息技术通过利用光电器件将光能转换为电能来实现信息的传递、处理和控制。
光电信息技术的基本原理包括光电效应、光电转换、光电器件等。
其中，光电效应是指当光照射到材料表面时，光子的能量被材料吸收，激发出电子-空穴对，并在电场的作用下产生电流。
光电转换是指将光信号转换为电信号的过程，其过程包括光吸收、电子-空穴对的产生、电荷的运动、电流的输出等。
光电器件是利用光电效应来实现信息传递和控制的装置，包括光电二极管、光电晶体管、光电探测器等。
二、光电器件光电器件是利用光电效应来实现信息传递和控制的装置，主要包括光电二极管、光电晶体管、光电探测器等。
1. 光电二极管光电二极管是一种利用光电效应来实现光信号到电信号转换的器件，其工作原理是当光照射到PN结时，光子的能量被吸收，激发出电子-空穴对，使得PN结上发生电荷分离，产生光电流。
光电二极管广泛应用于光通信、光测量、光电控制等领域。
2. 光电晶体管光电晶体管是一种利用光电效应来控制电子流的器件，其工作原理是当光照射到PN结时，光子的能量被吸收，激发出电子-空穴对，使得PN结上发生电荷分离，进而在电场的作用下控制输出电流。
光电晶体管具有较高的灵敏度和速度，广泛应用于光电控制、光电调制等领域。
3. 光电探测器光电探测器是一种利用光电效应来检测光信号的器件，其工作原理是当光照射到探测器时，光子的能量被吸收，并产生光电流或光电压信号。
光电探测器主要包括光电二极管、光电晶体管、光电倍增管、光电子管等，广泛应用于光通信、光测量、光电控制等领域。
三、光通信光通信是一种利用光信号来传递信息的通信技术，其基本原理是光信号的发射、传输、接收和解调。
光通信具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点，已成为现代通信网络的主要传输方式。
光电复习资料配合杨永才光电信息技术教材
光电复习资料配合杨永才光电信息技术教材(总5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--光点复习资料1.从能带理论出发解释什么是导体、半导体、绝缘体？（书P2）导体：那些最高能带未被完全填满的固体。
半导体：价带和导带之间的能隙约为1eV或更小，比较容易用加热方法把电子从价带中激发到导带中的一些绝缘体。
绝缘体：它们的最上面的价带是满的，同时和下一个空带之间有几个电子伏特能隙的固体。
2.简述光电发射三大定律及性质。
（书P4）与阴极光电发射第一定律：当入射的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流IK成正比。
所吸收的光通量ΦK光电发射第二定律：发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大，而与入射光的光强无关。
光电发射第三定律：当光照射某一给定金属或某种物质时，无论光的强度如何，如果入，就不会产生光电子发射。
射光的频率小于这一金属的红限ν3.简述各种光电效应及光电器件制作机理。
（书P4和P95）①光电发射效应：在入射光能量作用下，某些物体内的电子逸出物体表面，向外发射电子，用此原理制成的光电信息转换器件有光电倍增管、真空光电管、充气光电管。
②光电导效应：在入射光线的作用下，半导体材料中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子的激发，将由价带越过禁带跃迁到导带，从而使导带中电子浓度加大，材料的电阻率减小。
基于这种原理的光电信息转换器件有光敏电阻等。
③光生伏特效应：在入射光能量作用下能使物体产生一定方向的电动势。
基于该效应制成的光电转换器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管等。
④光电热效应（热释电效应）：光照引起材料温度发生变化而产生电流，如热释电、碲镉汞等，这类器件称为热电探测器。
4.简述辐射度学和光度学的区别。
（书P12）辐射度学就是对光学辐射进行定量评价的一门实验科学。
光度学就是根据人类视觉器官的生理特性和某些约定的规范来评价辐射所产生的视觉效应。
光电技术复习
1. 半导体对光的吸收：本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收、晶 格吸收。
只有本征吸收和杂质吸收，能够直接产生非平衡载流子，引起光电 效应。
其余是光热效应。
2. 光生伏特器件的偏置电路：自偏置电路、零伏偏置、反向偏置3. 热辐射探测器件：热敏电阻、热电偶探测器、热电堆探测器、热释电器件。
4. 光电信息变换和处理：模拟光电变换和模数光电变换5. 光电倍增管的结构：（1）入射窗结构：端窗式和侧窗式（2）倍增极结构：聚 焦型和非聚焦型。
光窗、光电阴极、电子光学系统（电子透镜）、电子倍增系 统和阳极。
6.光敏电阻属于光电导器件，广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。
7. CCD 勺注入方式：光注入、电注入。
8. 已知禁带宽度Eg 求最大波长入maxhe 1 .24hv 亠 E g ■ LE g E g 9. 光电信息变换的基本形式：① 信息载荷于光源的方式；② 信息载荷于透明体的方式；③ 信息载荷于反射光的形式；④ 信息载荷于遮挡光的形式；⑤ 信息载荷于光学量化器的方式；⑥ 光通信方式的信息变换一类称为模拟量的光电信息变换，例如前 4种变换方式；另一类称为数字量 的光电信息变换，例如后2种变换方式。
10. 光电倍增管：阴极灵敏度定义光电倍增管阴极电流Ik 与入射光谱辐射通量之比为阴极的光谱灵 敏度，并记为I k S k , t =①ej若入射辐射为白光，则以阴极积分灵敏度，IK 与光谱辐射通量的积分之 比，记为SkI k S k = --------------------------------- 阳极灵敏度定义光电倍增管阳极输出电流 Ia 与入射光谱辐射通量之比为阳极的光 谱灵敏度，并记为若入射辐射为白光，则定义为阳极积分灵敏度，记为 Sa11. 黑体：能够完全吸收从任何角度入射的任何波长的辐射，并且在每一个方向 都能最大可能地发射任意波长辐射能的物体称为黑体。
显然，黑体的吸收系 数为1，发射系数也为112. 斯忒藩-波尔兹曼定律I aS a, x = ①e,x l a ： ：J e, xd 'S a :: 4 M e,s, d ■ - CT 5 42 n k _8 2 43 7=5.67 10 Wm K 15 h cM es 、 =1.3O9T 5灯0卫 W ・ cm-2 •卩 m-1 - K-5 13. 热释电效应：热电晶体材料因吸收光辐射能量而产生温升，导致晶体表面电 荷发生变化的现象。
光电技术复习资料.doc
光电技术复习资料1.半导体对光的吸收可分为本征吸收，杂质吸收，激子吸收，自由载流子吸收和晶格吸收。
2.光与物质作用产生的光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。
3.发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N 型半导体组合而成。
其发光机理可以分为PN结注入发光与异质结注入发光两种类型。
4.光电信息变换的基本形式信息载荷于光源的方式，信息载荷于透明体的方式，信息载荷于反射光的方式，信息载荷于遮挡光的方式，信息载荷于光学量化器的方式，光通信方式的信息变换。
D电极的基本结构应包括转移电极结构，转移沟道结构，信号输入单元结构和信号检测单元结构。
1.对于P型半导体来说，以下说法正确的是（D）A电子为多子B空穴为少子C能带图中施主能级靠近于导带底D能带图中受主能级靠近于价带顶2.下列光电器件,哪种器件正常工作时需加100-10月6日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型二、判断题（20分，2分/题，对用“√”、错用“×”标记）11、世界上第一台激光器是固体激光器。
(T)12、在辐射度学中，辐射能量Q是基本的能量单位，用J(焦耳)来度量。
(T)13、在声光晶体中，超声场作用像一个光学的“相位光栅”，其光栅常数等于光波波长l。
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2. 灵敏度与光谱特性
灵敏度是表征探测器将入射光信号转换成电信 号能力的特性参数。
U SU Φ
I SI Φ
光电流随波长λ的变化
关系称为探测器的光 谱特性（曲线）。
硅光电器的光谱特性
2 光学基础
电磁空间安全 －－光学波段
光学谱区 可见光区
0.01μm~1000μm 0.38μm~0.78μm
hc 1.24 m 0 Eg Eg
杂质吸收 电子 或 空穴
hc 1.24 hc 1.24 μm 或 0 μm 0 Ed Ed Ea Ea
本征吸收
0
杂质吸收
波长增大
非平衡载流子的注入和复合
非平衡载流子 （过剩载流子）
光生载流子 热生载流子
1．辐射能Qe
单位： J
2．辐射通量Φe 又称辐射功率， 简称功率 单位： W
计算光电探测器的光电转换能力常用辐射功率
分析强光对光电探测器破坏机理常用辐射能量
3．辐射强度
I e ( , )
Intensity
在给定方向上的立体角元内，辐射源发出的辐射 通量与立体角元之比
dΦe Ie , dΩ
2.2 光度量
人眼只能感知波长在0.38～0.78μm之间的辐射
人眼对不同波长的感光灵敏度不同
2.2.1．光谱光视效率 或视见函数
最大值在555 nm
明视觉光谱光视效率
• • λ/nm 385 395 • 415 V(λ) 6E-05 0.00022 0.00218 λ/nm 595 615 635 V(λ)
光电信息技术总复习
第一章 光电信息技术物理基础
1 半导体理论基础 2 光学基础 3电路基础 理解掌握 了解
1.1 原子能级与晶体能带
N个原子
……
自由电子
电子能 量
导带 Ec
禁 禁 带 带 Eg
最外层电子
价带 Ev
a)单个原子 b)N个原子 电子共有化，能级扩展为能带
……
电子能量
N个原子
禁 禁 (a) (b)
Qe Φe Ee Me Ie Le
Qv Φv Ev Mv Iv Lv
3．辐射度量与光度量间的换算关系
国际单位制中七个基本单位之一 ： 发光强度单位—坎德拉（Candela），记作cd。 即λ=555 nm时，有
1 lm 1 I v 1cd W/sr sr 683
λ=555 nm时
1W 683lm
非平衡载流子的注入和复合
产生： －－使非平衡载流子浓度增加的运动 复合： －－使非平衡载流子浓度减小的运动
载流子的扩散与漂移
1．扩散
载流子因浓度不均匀而发生的定向运动称 为扩散。 2．漂移
载流子受电场作用所发生的运动称为漂移。
1.3 半导体的光电效应
• 光电效应：物质受光照射后，材料电学性 质发生了变化（发射电子、电导率的改变、 产生感生电动势）现象。 包括： 外光电效应：产生电子发射 内光电效应：内部电子能量状态发生变化
红外区
紫外区
0.78μm~1000μm
0.01μm~0.38μm
光电技术常用的光波波段
远近紫外波段 近红外波段 远红外波段
8
可见光波段
中红外波段
导弹羽烟 警用紫外成像
红外制导 红外预警
激光雷达 激光通信
光电技术常用的光波波段
远近紫外波段 近红外波段 远红外波段
8
可见光波段
中红外波段
已开发利用波段
面辐射源沿不同方向的辐射能力 的差异
面辐射源元的辐射 能力
5．辐射照度Ee
dΦe Ee dS
单位：W/m2 （瓦/平方米）
dΦe Me dS
辐射接收面上单位面积 接受的辐射通量
比 较： 辐射照度Ee 辐射出度Me
6．光谱辐射量
光谱辐射量是该辐射量在波长λ处的单位波长间隔 内的大小，又叫辐射量的光谱密度，是辐射量随波 长的变化率。 光谱辐射通量Φe(λ)： 光谱辐射通量与波长的关 系：
待开发利用波段
2.1 辐射度量
辐射度学是一门研究电磁辐射能测量 的学科。 本课程限于光学波段的研究讨论。 辐射度学 电磁波 客观
光度学
可见光
主观（生理、心理）
2.1 辐射度量 电磁波（Emission ） －－辐射度量， Xe 可见光（Visible light ）
－－光度量， Xv
2.1 辐射度量
带 带
Eg
导带 Ec 价带 Ev
导带Ec
禁带Eg 价带Ev
特别指出：1.价带中电子，价电子－－不能参与导电 2.导带中电子，自由电子－－能参与导电 3.价电子--自由电子， 要吸收能量
绝缘体、半导体、金属的能带图
SiO Eg=5.2ev 电阻率1012Ω·cm
Si Eg=1.1ev 10-3—1012Ω·cm
0.69490
0.44120 0.21700
•
•
485
495 535 555 565
ห้องสมุดไป่ตู้
0.16930
0.25860 0.91485 1 0.97860
655
685 725 745 775
0.08160
0.00572 0.00074 0.00017 0.00002
•
• • •
2.2.1．光谱光视效率或视见函数
2．光度量的基本物理量 光度量的基本物理量与辐射度量一一对应
辐射度量 辐［射］能 辐［射］通量 或 辐［射］功率 辐［射］照度 辐［射］出度 辐［射］强度 辐［射］亮度 符号 单位名称 焦耳 (J) 瓦 (W) 瓦/平方米 (W· m-2) 瓦/平方米 (W· m-2) 瓦/球面度 (W· sr-1) 瓦/平方米球面度 (W· m-2 sr-1) 光度量 光能 光通量或 光功率 [光]照度 [光]出度 发光强度 [光]亮度 符号 单位名称 流明秒 (lm· s) 流明 (lm) 勒克斯 (lx=lm· m-2) 流明/平方米 (lm· m-2) 坎德拉 (cd=lm· sr-1) 坎德拉/平方米 (cd· m-2)
光度量 辐射度量
Φv ( ) 683 V ( )Φe ( )
日元 美元
辐射度学与光度学的基础知识 电磁辐射和光辐射 辐射通量和光通量 发光强度和光照度
单位：W/sr(瓦/球面度) 辐射强度反映了辐射源 能量分布的什么特点？ 辐射源多为各向异性的，即Ie随
( , ) 方向而改变
4．辐射出度Me与辐射亮度Le
辐射出度Me
Me dΦe dS
辐射亮度Le
dI e d 2Φe Le , dS cos dS dΩ cos
hc 1.24 m －截止波长 0 Eg Eg
特点： 产生电子－空穴 对
本征吸收：
(a)本征半导体；
(b)N型半导体；
(c) P型半导体
特别注意：
本征半导体和杂质半导体内部，都有可能发生本 征吸收！！！
非本征吸收：
光子能量不足以使价带中的电子激发到导带 ，包括 杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、晶格吸收
Eg=0 10-6—10-3Ω·cm
半导体具有独特光电特性－－重要应用价值
N和P型半导体能带
本征半导体
N型半导体
本征吸收
1.2半导体对光的 吸收
非本征吸收
本征吸收：
光子能量足够大，价带中的电子能激发到导带
(a)本征半导体；
(b)N型半导体；
(c) P型半导体
条件：
hv Eg
或
h
c
Eg
1W V 683lm
λ=？ nm时
3．辐射度量与光度量间的换算关系
λ=555 nm时 λ=？ nm时
1W 683lm
1W V 683lm
任意波长：
Φv ( ) 683 V ( )Φe ( )
－－其光度量
3．辐射度量与光度量间的换算关系
1 lm 1 I v 1cd W/sr sr 683
典型代表：光敏电阻
光
1.3.3 光伏效应
P
N
PN结
PN结受到光照时，可在PN结的两端产生电势差，这 种现象则称为光伏效应。
典型代表：光电池、光敏 二极管、光敏三极管
1.3.4 光电器件的特性参数
1．光电特性
光电特性是指电学参量与光辐射参量之间的函 数关系。
例如：I=f（Ф）
I=f（E） 例 1： 光电倍增管的 光电特性
光电效应分为：
光电导效应、光伏效应、光电子发射效应、
光子牵引效应和光磁电效应
1.3.1 光电发射效应
金属或半导体受到光照时，电子从材料表面 逸出这一现象称为光电发射效应。
－－又称外光电效应。逸出物质表面的电子 叫做光电子。
典型代表：光电倍增管
电子光学系统
1.3.2 光电导效应
当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收 引起载流子浓度的变化，因而导致材料电导 率变化，这种现象称为光电导效应。
(a)本征半导体；
(b)N型半导体；
(c) P型半导体
杂质吸收：
0
N型半导体 施主 束缚电子导带
P型半导体 受主 束缚空穴价带
hc 1.24 hc 1.24 μm 或 0 μm Ed Ed Ea Ea
本征吸收与非本征吸收比较：
本征吸收
电子 －空穴 对