光电子技术复习

4)
种。 具体的激光光束的调制方法，常见的有电光调制、声光调制、磁光调制、直接调制 等。
计算题
1、 波长 1.55μ m 的光从空气中射入纤芯直径 8μ m，纤芯折射率n1 =1.458 的阶跃折射率光 纤中，求 (1) 若包层折射率n2 =1.440，求其数值孔径与最大入射角； (2) 在这样情况下，它是单模传输还是多模传输？包层折射率应在何范围内方能维持单 模传输？ （1） 数值孔径 N.A= n1 2 − n2 2 = 1.4582 − 1.4402 =0.228 最大入射角 由n0 sinφmax =0.228 得 φmax =arcsin0.228=13.18° （2） 由归一化频率 V=
得
max arcsin
0.542 24.050 1.33
V 2.405
由于是单模传播，故
2 a
0
2a <
2 n12 n2 2.405
2.405 π
0
1 n 1 2 −n 2 2 r
=1.864
m
3、 在玻璃 （ r =2.25， =1） 上涂一种透明的介质膜以消除红外线 （ =0.75μ m） 的反射。 求该介质膜应有的相对介电常量及厚度。 （1） n=
2π a
0
N. A=
π 8×10 −6 1.55×10 −6
0.228=3.70
由于 V 大于 2.405，因此，在这种情况下，它是多模传输。 若要单模传输，则 V=
2π a
0
N. A<2.405 1.4582 − n2 <2.405 得出 n2 > 1.450
π 8×10 −6 1.55×10 −6
r =1.5 正入射时，当 n= n0 nG 时，膜系起到全增透作用
n= n0 nG = 1.0 × 1.5=1.225， 因此，该介质膜应有的相对介电常数位 r =n2 =1.2252 =1.50 正入射下相应的薄膜厚度最薄为 H=
= =0.153μ m 4n 4×1.225
10 z
0
简述
1、 简述光子效应和光热效应 1) 光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应；探测器 吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。 2) 光热效应和光子效应完全不同，探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电 子状态的改变，而是把其转化为晶体的热动能，引起探测元件温度上升，由此引起 探测元件的电学性质或其它物理性质发生变化。 3) 光子效应常见的有：光电发射效应、光电导效应、光伏效应、光电磁效应等。 4) 光热效应常见的有：温差电效应、热释电效应等。 2、 简述液晶显示器的主要特点 1) 低功耗（几微瓦~几十微瓦/立方厘米） ，利用电池即可长时间运行，为节能型显示 器。 2) 低电压运行（几十伏） ，可由 IC 直接驱动，驱动电路小型、简单。 3) 元件为薄型（几毫米） ，特别适用于便携式装置。 4) 属于非主动发光型显示，即使在明亮的环境，显示也是鲜明的。 5) 容易实现彩色显示，因此便于显示功能的扩大及显示的多样化。 6) 响应时间与环境温度有关，低温（-40℃~-30℃）时工作不能充分保证。 3、 试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理 1) 注入式电致发光 2) 由直接装在晶体上的电极注入电子和空穴，当电子于空穴在晶体内再复合时发光的 现象。 3) 高场电致发光
1、 光的基本属性是光具有波粒二象性，光的粒子性质的典型现象有光的吸收、发射以及光 电效应等。光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振。 2、 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。 声波相互作用可以分为拉曼-奈斯衍射和声波拉 格衍射两种类型。 3、 根据调制器与激光器的关系，光束的调制方法可以分为内调制和外调整两种。内调整是 指将待传信息直接加载到激光器上，以改变激光器的输出特性来进行调制，于是激光器 输出的激光器输出的激光束就包括了待传输的信息，从而使其所发出的激光随待传信号 变化，以实现信号调制。 4、 根据调制器与激光器的关系，光束的调制方法可以分为内调制和外调制两种。内调整是 指加载信号时在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变 激光器输出特性以实现调制。 5、 光电二极管是指以光导模式工作的结型光伏探测器。 常见的光电二极管有 Si 光电二极管、 PIN 光电二极管、雪崩光电二极管等。 6、 CCD 的基本工作过程包括信号电荷的产生、存储、传输和检测。 7、 光热探测器由热敏元件、热链回路、大热容量的散热器三部分构成，常见的光热探测器 有热敏电阻、热释电探测器等。 8、 光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的带宽或传输容量；多模光纤的色 散主要有材料色散、波导色散、多模色散。 9、 激光的特点主要表现在以下四个方面：1 激光具有极好的方向性；2 激光的单色性非常 好；3 激光的相干性好；4 激光具有极高的亮度和单色亮度。信息光学电子技术中所用 的光源，着重单色性、高速脉冲性、方向性、可调谐性和高能量密度等。 10、 光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应， 其主要 特点有：对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。 11、 介质波导常用的有平面（薄膜）介质波导（或平面波导） 、条形介质波导（或条形 光波导）和圆柱形介质波导（或光纤） 。 12、 依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声课大致分为低频噪声、产生-复合噪 声、热噪声三类。 13、 利用晶体的电光效应可以实现对晶体中传播光波的控制， 改变传播光的幅度、 频率、 偏振态、传播方向等，这种基于光电效应的原理对光进行的调制就称为电光调制。包括 强度调制。包括强度调制、相位调制、脉冲调制等方式。 14、 热释电型红外探测器是由具有极化现象的（热晶体）或称“铁电体”制作的，铁电 体的极化强度（单位表面积的束缚电荷）与温度有关。通常其表面俘获大气中的浮游电 荷而保持电平衡状态。 15、 根据探测方式不同可将光电探测器分为直接探测和外差探测。 16、 内光电探测器可分为光电导探测器、光伏型探测器、光电磁探测器。 17、 热电型光探测器包括热敏电阻、热电偶。热释电器件等。
名词
1、 声光调制：声波的应变场也能改变某些晶体的折射率，由于声波的周期性，会引起折射 率的周期性变化，产生类似于光栅的光学结构，从而对入射光波产生调制，这种调制称 为声光调制。 2、 光电探测器的量子效应：是指每一个入射光子所释放的平均电子数。 η
I c e I c hν P hν eP
3、 介质光波导：能够引导光束的传播，使光束的能量在横截面方向上受到限制并使损耗达 到最小。这种设备称为介质光波导。 4、 子午光线：入射角通过圆柱轴线，且大于临界角时，光将在柱面上不断发生反射，形成 曲线折射光纤，传导光纤的轨迹始终处于入射与轴线决定的平面，这样的光纤称为子午 光线。 5、 光电探测器的灵敏度 S：探测器输出信号电流 Is 与输入光功率 P 之比长的光纤中，若末端收到功率为 40μ W，则每公里光纤 的损耗为多少 dB/km？若光纤长 20km，则输出光功率为多少？ 光纤损耗α = lg P i = 0.5 lg 40 = 1.938dB/km
o
P
10
50
则若光纤长 20km 的总损耗为 38.764dB 由公式α =
10 z
lg
Is P
6、 场致发光：某些物质加电压后会发光，人们把这种固体发光材料在电场激发下发光的现 象称为场致发光或电致发光。 7、 电光效应：介质在外加直流或低频电场作用下，介质内的电子分布将发生变化，以致介 质的极化强度以及折射率也各向异性地发生变化，影响到光波在介质中的传播特性。这 种现象称为电光效应。 8、 光伏效应：光伏效应指光照事不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电 位差的现象。 9、 光电探测技术：光电探测技术就是把被调制的光信号转换成电信号并将信息提取出来的 技术。 10、 光电导效应： 光电导效应是光照变化引起半导体材料电导变化的现象。 当光照射到 半导体材料时，材料吸收光子的能量，使得非传导态电子变为传导态电子，引起载流子 浓度增大，从而导致材料电导率增大。 11、 光纤：光纤是一种由高度透明石英（或其它材料）经复杂工艺拉制而成的光波导材 料，它是用于传送光的一种圆形介质波导。
2、波长为 1.32μ m 的光射入单模阶跃折射率光纤，其芯区与包层折射率分别为 n1 1.52 ，
n2 1.42
若将其至于水（折射率为 1.33）中，则其数值孔径、最大入射角及芯径分别为多少？ 数值孔径
2 N . A. n12 n2 1.522 1.422 0.542
N. A. n0 sin max
高场电致发光是荧光粉中的电子或由电极注入的电子再外加强电场的作用下在晶 体内部加速，碰撞发光中心并使其激发或离化，电子再回复基态时辐射发光。 4、 试说明 OLED 器件发光的基本原理 OLED 的发光机制简单地说是阴极注入的电子和阳极注入的空穴在发光层相互作用形成 受激的激子。激子从激发态回到基态时，将其能量差以光子的形式释放出来。 5、 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？ 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。 2) 光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源包括激光和非线性光学器件等。非 相干光源包括照明光源。显示光源和信息处理用光源等。 3) 光传输器件分为光学元件（如棱镜、透镜、分束器等） 。光波导和光纤等。 4) 光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器、各种传感器等。 5) 光存储元件分为光盘（包括 CD、VCD、DVD、LD 等） 、光驱、光盘等。 6、 简述光存储的工作原理 1) 光存储包括信息写入和读出过程。 2) 信息写入就是利用激光的单色性和相干性， 将要存储的模拟或数字信息通过调制激 光器聚集到记录介质上，使介质的光照微区发生物理、化学等变化，从而实现信息 的记录效果。 3) 信息读出是利用低功率密度的激光扫描信息轨道， 利用光电探测器检测信号记录区 与未记录区反射率的差别，通过解调取出所要的信息的过程。 7、 简述平面波导中电磁场分布的特点 波导中的电磁场主要集中在波导层（或芯区） ，但并非封闭与芯区，在存底与覆盖层中 也有电磁场存在，它紧贴着导波区，并沿其外法线方向指数衰减。 8、 什么是光纤中的导波模式，并简述导波模式的特点 导波模式：由导波模的解确定的、能在光纤中传播的光场的一个空间分布，这种空间分 布称为导波模的模式，简称模式。 导波模特点： 在传播的过程中只有相位的变化， 没有形态的变化， 且始终满足边界条件。 9、 声光相互作用可以分为拉曼-奈斯衍射和布喇格衍射两种类型。 简述它们产生的条件和特 征。 1) 产生拉曼-奈斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作 用长度 L 较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光 介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅” 。 2) 由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的 多级衍射光，这就是拉曼-奈斯衍射的特点。 3) 产生布喇格衍射条件：声波频率较高，声光作用长度 L 较大，光束与声波波面间以 一定的角度斜入射，介质具有“体光栅”的性质。 4) 衍射光各高级衍射光将互相抵消，只出现 0 级和+1 级（或-1 级）衍射光，这是布喇 格衍射的特点。 10、 简述光束调制的基本原理。 1) 以激光为载体，将信息加载到激光的过程，称为调制或光束调制。 2) 光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量，可以应用某些物理的方法，使其 参量之一按照调制信号的规律变化，实现光束的调制，所以光束的调制可以分为振 幅、调相、调频和强度调制等。 3) 实现激光光束调制的方法根据调制器与激光器的关系，可以分为内调整和外调整两 4)