《光电子器件》笔记
光电子技术知识点
光电子技术知识点光电子技术是一门研究光与电子相互作用的学科，它涉及到光的产生、传输、操控以及光与电子的相互转换等方面的知识。
光电子技术在现代科学和工程领域中具有广泛的应用，包括通信、能源、医学、材料科学等多个领域。
本文将介绍一些光电子技术的基本知识点。
第一，光的特性。
光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
光的波长和频率决定了它的颜色和能量。
光的传播速度是光速，约为3×10^8米/秒。
光的传播可以受到材料的折射、反射和散射等现象的影响。
第二，光的产生。
光可以通过多种方式产生，例如热辐射、激光、荧光等。
其中，激光是一种特殊的光源，具有单色性、相干性和定向性等特点，被广泛应用于科学研究、医疗、通信等领域。
第三，光的传输。
光的传输可以通过光纤实现。
光纤是一种具有高折射率的细长材料，可以将光信号通过全反射的方式传输。
光纤具有低损耗、大带宽和抗电磁干扰等优点，在通信领域得到广泛应用。
第四，光的操控。
光的操控可以通过光学器件实现。
光学器件包括透镜、棱镜、偏振器等，可以对光进行聚焦、分光、偏振等操作。
光学器件在光通信、成像、激光加工等领域中起着重要的作用。
第五，光与电子的相互转换。
光与电子的相互转换可以通过光电效应和光伏效应实现。
光电效应是指当光照射到金属或半导体表面时，产生电子的释放现象。
光伏效应是指当光照射到半导体材料中时，产生电子和空穴的产生和分离现象。
光电效应和光伏效应在太阳能电池、光电二极管等器件中得到应用。
综上所述，光电子技术是一门研究光与电子相互作用的学科，涉及到光的特性、产生、传输、操控以及光与电子的相互转换等知识点。
光电子技术在现代科学和工程领域中具有广泛的应用前景，为我们的生活和工作带来了许多便利和创新。
随着科技的不断进步，光电子技术将继续发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
《光电子器件》笔记
.光电子器件第一章1、光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比，即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为响应率 .光谱响应率（ Rλ）：光电器件在单色 (在波长λ附近一个很小的波长范围里 ) 辐射功率作用下产生的信号电压或信号电流。
du s di s R R u R i R( )dP dP R m——其中 Rm 为光谱响应率的最大值——光谱电压响应率和光谱电流响应率合并称为光谱响应率Rλ（单位： A/W ）R R(λ )R m 1.0R i1.24光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。
2. 器件的光谱响应与光源辐射功率谱密度紧密相关，它们之间的匹配系统α—称为器件与光源的光谱匹配系数，它反映了器件响应的波长范围同光源光谱的吻合程度。
在光源固定的情况下,面积 A1 是不变的 ,如果与曲线重合得愈多,面积 A2 愈大 , α愈大，也就是光谱匹配愈好;反之 ,如果两曲线没有重合之处,α =0,即二者完全失配 ,则该光电器件对光源辐射没有探测能力。
光谱匹配是选择光电子器件,如像管、光电倍增管、红外成像器件的材料的重要依据。
R( )P( )11A2R()P ( )A1A1A23.光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下无规则的、随机的起伏，称为噪声。
噪声是物理过程所固有的，人为不可能消除。
它的计算是在足够长时间内求其平方平均或均方根。
.光电探测器的 噪声来源主要 有热噪声、散粒噪声、温度噪声、放大器噪声、频率噪声、复合噪声等。
Pu nPminu s u nR u当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率叫做最小可探测辐射功率，也叫做噪声等效功率 NEP 。
Pmin 越小，器件的探测能力越强。
对 Pmin 取倒数可作为衡量探测器探测能力的参数，称为探测率 。
研究指出 :探测率与器件的面积和工作带宽成反比。
4.光吸收厚度 ：设入射光的强度为I0，入射到样品厚度为 x 处的光强度为 I ，则：I Iexα为线吸收系数，单位为（ 1/cm ）α大时，光吸收主要发生在材料的表层；α小时，光入射得深。
电子技术基础教程第9章光电子器件及其应用优选全文
光敏电阻将光的强弱变化转变为电阻值的差异，从而
可以由流过电流表的不同电流直接显示亮度。其中R1、 R2用于调节表面刻度，RW用于控制表头的灵敏度。
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（2）红外测温仪的前置放大电路
调制光入射光敏电阻后转化为电信号，然后送放大
器进行放大。输出uO的大小即可反映温度的高低。
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光电耦合器件：光电器件与电光器件的组合。
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2
9.1 发光二极管（LED）
9.1.1 发光二极管的工作原理 1.发光二极管的外形、电路符号和伏安特性
外形图：
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3
电路符号和伏安特性
•LED的正向工作电压UF一般为1.5～3V； •反向击穿电压一般大于5V；
•正向工作电流IF为几毫安到几十毫安，且亮度随IF的增加而
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9.2.1 光电器件及其应用
箭头与
LED符号
1.光电二极管外形、电路符号及工作原理 的区别
外形
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光导模式
电路符号
光伏模式
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2.光电二极管的应用
（1）光电二极管的简单应用电路
光照射，2CU导 通，有电压输出
光照射2CU, VT导通， KA吸合。
简单光控电路
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光控继电器电路
增大；
•发光二极管正向工作电压的大小取决于制作材料；
•不同的半导体材料及工艺使发光二极管的颜色、波长、亮度、
光功率均不相同。
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4
2EF系列发光二极管的主要参数
型号
工作 电流
IF/mA
正向 发光 电压 强度
光电子器件笔记
光电子器件第一章1、 光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比，即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为响应率.光谱响应率（R λ）：光电器件在单色 (在波长λ附近一个很小的波长范围里) 辐射功率作用下产生的信号电压或信号电流。
——其中Rm 为光谱响应率的最大值R λ（单位：A/W ）光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。
2. 器件的光谱响应与光源辐射功率谱密度紧密相关，它们之间的匹配系统 α—称为器件与光源的光谱匹配系数，它反映了器件响应的波长范围同光源光谱的吻合程度。
在光源固定的情况下,面积A1是不变的,如果与曲线重合得愈多,面积A2愈大, α愈大，也就是光谱匹配愈好;反之,如果两曲线没有重合之处,α=0,即二者完全失配,则该光电器件对光源辐射没有探测能力。
光谱匹配是选择光电子器件,如像管、光电倍增管、红外成像器件的材料的重要依据。
3.光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下无规则的、随机的起伏，称为噪声。
噪声是物理过程所固有的，人为不可能消除。
它的计算是在足够长时间内求其平方平均或均方根。
dP du R s u λλ=dP di R s i λλ=mR R R λλ=)( λR m R 1.24λλη)(λ R λ 12A A =α光电探测器的噪声来源主要有热噪声、散粒噪声、温度噪声、放大器噪声、频率噪声、复合噪声等。
当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率叫做最小可探测辐射功率，也叫做噪声等效功率NEP 。
Pmin 越小，器件的探测能力越强。
对Pmin 取倒数可作为衡量探测器探测能力的参数，称为探测率。
研究指出:探测率与器件的面积和工作带宽成反比。
4.光吸收厚度：设入射光的强度为 I0，入射到样品厚度为x 处的光强度为 I ，则：α为线吸收系数，单位为（1/cm ）α大时，光吸收主要发生在材料的表层；α小时，光入射得深。
当厚度d=1/α时，称为吸收厚度，有64%的光被吸收。
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。
光电子器件概念总结
1.光的基本属性：光的波粒二象性。
2.激光的特性：方向性好、单色性好、亮度高、相干性好。
3.玻尔假说：定态假设和跃迁假设。
定态假设：原子存在某些定态，在这些定态中不发出也不吸收电磁辐射能。
原子定态的能量只能采取某些分立的值，而不能采取其它值。
跃迁假设：只有当原子从较高能量的定态跃迁到较低能量的定态时，才能发射一个能量为h 的光子。
4.光与物质的共振相互作用的三种过程：自发辐射、受激吸收和受激辐射。
5.自发辐射跃迁几率的意义：在单位时间内，E2能级上N2个粒子数中自发跃迁的粒子数与N2的比值；也可以理解为每一个处于E2能级的粒子在单位时间内发生自发跃迁的几率。
6.自发辐射跃迁寿命：粒子在E2 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。
τ=1/A217.亚稳态：寿命特别长的激发态称为亚稳态。
8.受激辐射的光子性质：放出光子的频率、振动方向、相位都与外来光子一致。
9.受激吸收和受激辐射这两个过程的关系及其宏观表现：在外来光束照射下，两能级间受激吸收和受激辐射这两个过程总是同时存在，相互竞争。
当吸收过程比受激辐射过程强时，宏观看来光强逐渐减弱；反之，当吸收过程比受激辐射过程弱时，宏观看来光强逐渐加强。
10.受激辐射与自发辐射的区别：最重要的区别在于光辐射的相干性，由自发辐射所发射的光子的频率、相位、振动方向都有一定的任意性，而受激辐射所发出的光子在频率、相位、振动方向上与激发的光子高度一致，即有高度的简并性。
11.光谱线加宽现象:实际上光强分布总在一个有限宽度的频率范围内,每一条谱线都有一定的宽度, v = v0只是谱线的中心频率.这种现象称为光谱线加宽。
12.谱线加宽的原因:由于能级有一定的宽度。
13.谱线加宽的物理机制分为哪两大类？它们的区别？可以根据谱线加宽的物理机制，将谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽。
均匀加宽：引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的。
发光粒子的光谱因物理因素加宽后中心频率不变,由它们迭加成的光源光谱形状与发光粒子相同。
光电子知识点总结
光电子知识点总结一、光电效应光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会产生电子的现象。
光电效应是光电子学的基础，也是研究光与电子相互作用的重要实验现象。
1.1 光电效应的原理光电效应的原理是光子与金属表面的电子相互作用。
当光子能量大于金属表面的功函数时，光子可以激发出金属表面的电子，使得电子逃离金属表面，形成自由电子。
这就是光电效应的基本原理。
1.2 光电效应的实验现象光电效应的实验现象包括光电流的产生和光电子动能的大小与光频率和光强度的关系。
通过实验可以验证光电效应的相关理论。
1.3 光电效应的应用光电效应的应用包括光电二极管、光电倍增管、光电导致等光电子器件。
这些器件在光学测量、光通信、光电探测、光电存储等方面有重要应用。
二、半导体光电子器件半导体光电子器件是指利用半导体材料制成的光电子器件，包括光电二极管、光电导致、激光二极管、光电晶体管等。
2.1 光电二极管光电二极管是一种能够将光信号转换成电信号的器件。
它的工作原理是当光照射到PN结上时，光子的能量被用来克服PN结的势垒，从而在PN结上产生电子和空穴对，并产生电流。
2.2 光电导致光电导致是一种利用半导体材料制成的光电子器件，它具有高速、高灵敏度的特点。
光电导致可用于光信息处理、光通信、光探测等方面。
2.3 激光二极管激光二极管是一种利用激光效应制成的光电子器件。
它具有结构简单、体积小、功耗低等优点，是激光器件中的一种重要形式。
2.4 光电晶体管光电晶体管是一种基于光电效应制成的光电子器件，广泛应用于光通信、光探测、光信息处理等领域。
三、激光技术激光技术是一种利用激光器件制造激光束，进行激光照射、激光加工、激光测量和激光信息处理等技术的总称。
3.1 激光的原理激光是一种具有相干性和高亮度的光束，它是一种特殊的光波。
激光的产生是通过将能量较高的光子能级转移到能量较低的光子能级上，使得光子能够集中到一个狭窄的空间内。
3.2 激光器件激光器件是制造激光束的主要设备，包括激光二极管、激光放大器、激光共振腔等。
光电子器件 第1章_光电导探测
th
hc
Ei
1.24 (m)
Ei (eV )
光电导探测器
1.2 光电导探测器原理
❖ 内光电效应: 材料在吸收光子能量后，出现 光生电子空--穴，由此引起电导率变化或电 流电压现象，称之为内光电效应，是相对于 外光电效应而言的。
❖ 光电导效应：当半导体材料受光照时，吸收 光子引起载流子浓度增大，产生附加电导率 使电导率增加，这个现象称为光电导效应。
的带宽等，测量 值的D(T, f,f)如(500, 900,
5) 。
为了描述单色情况，还引入光谱探测率 D* (, f , f )
它表示器件对波长为 的辐射的探测率.
D 目前基本上用D
取代了D，若无特殊说明，本书所称的
探测率均指
而言。
1.1.3 光吸收系数
❖ 光入射到材料，会发生吸收、色散、反射、 折射等现象。对半导体而言，材料吸收光的 原因，在于光与处在各种状态的电子、晶格 原子和杂质原子的相互作用。
I I0e x
如果样品厚度为d，则样品吸收的光强度ΔI为：
I I0 (1 e d )
可见吸收系数大，光吸收主 要发生在材料的表层。吸收 系数小，光入射得深。
❖ 当36厚%，度此d=时1/的α时厚，度光称强为I=吸I收0/e厚, 约度为，入有射64光%强的的光在 1/α厚度内被吸收，即在吸收厚度内吸收了大部分 的光，如图1-5。
场强度成正比。
Vd =μE
μ称为电子迁移率，表示单位电场下电子的平均漂
移速度，单位m2/V·s， μ值与材料特性有关，
❖ 电导率和迁移率间的关系
J neE E
ne
3．半导体的电导率
E0
E
电子漂移方向
光电子技术期末知识点总结
光电子技术期末知识点总结一、光电子技术概述光电子技术是指利用光电效应，将光与电子相互转换的一种技术。
光电子技术主要应用于：信息传输、信息显示、信息储存、光学仪器、光电子器件等领域。
二、光电效应光电效应是指当光照射到物质表面时，物质会产生电子的现象。
光电效应实验证明了光的粒子性，同时也说明了光的能量是离散分布的。
光电效应的主要特点有：阈值频率、最大电子动能、光电流等。
三、半导体光电子器件1. 光电二极管（Photodiode）光电二极管是一种能将光能直接转换为电能的器件，主要用于光电探测和光电转换。
光电二极管的特点有：高响应速度、高量子效率、低噪声等。
2. 光电倍增管（Photomultiplier Tube）光电倍增管是一种利用光电效应将光信号放大的器件，主要用于弱光信号的检测和测量。
光电倍增管的工作原理是：光电效应 - 光电子倍增 - 电子放大。
3. CCD（Charged Coupled Device）CCD是一种能将光信号转换为电信号并储存起来的器件，主要用于图像传感和图像采集。
CCD的特点有：高灵敏度、低噪声、高分辨率等。
4. 光电晶体管（Phototransistor）光电晶体管是一种带有光电二极管和晶体管结构的器件，能够将光能转换为电能并放大。
光电晶体管的特点有：高增益、高速度、低功耗等。
五、光通信技术光通信技术是利用光信号传递信息的一种通信技术。
光通信技术主要包括：光纤通信、光无线通信和光备份通信。
1. 光纤通信光纤通信是利用光纤传输光信号的一种通信方式。
光纤通信的优点有：大容量、传输距离远、抗干扰能力强等。
2. 光无线通信光无线通信是一种通过空气中传输光信号的通信技术，无需光纤。
光无线通信的优点有：无线传输、容量大、传输速度快等。
3. 光备份通信光备份通信是一种利用光信号进行备份传输的通信方式，常用于保护重要数据的传输。
六、光电信息显示光电信息显示技术主要包括：光电显示器、光电显示模块等。
光电子技术 Chap0 第1-2章知识要点
D(r , t) 0E(r, t) P(r, t) (r , t)E(r , t)
极化强度
P
(
0)E
( 0
1)0E
( r
1)0E
0 E
极化率 r 1
相对介电常数 r 1
折射率 n r 1
电介质分类：简单介质、各项异性介质、色散介质、谐振介质
5 麦克斯韦方程组 麦克斯韦总结了库仑、安培和法拉第等人的电磁学研究成果，用两个基本假设【涡旋电
4
《光电子技术》知识要点（2015 版） 场和位移电流，其基本思想是认为变化的磁场会产生电场，变化的电场也会产生磁场】 将电磁学理论统一起来，归纳出了电磁场的基本方程组。
感应电场与静电场，位移电流与传导电流的异同 麦克思维方程组中每一个方程的物理含义
通常所说的光学区域(或光学频谱)包括红外线、可见光和紫外线；由原子外层电子跃迁 产生
2
《光电子技术》知识要点（2015 版） 中、远红外等是物体发射的一种热辐射，所以也叫热红外 可见光的波长范围 400nm-760nm；人眼对于不同波长的光的相对灵敏度不同，可见光区 中心波长约为 555nm 的黄绿光，人眼感觉最敏感 紫外线的粒子性较强，能使各种金属产生光电效应
r 柱面波： E(r ) A eikr
r
9 利用电磁学知识推导折射反射定理 s 分量、p 分量 菲涅耳公式 反射系数、透射系数 反射率、透射率 会分析 s、p 分量反射系数、透射系数曲线（两种情况）
根据全反射时候，透射波电场：
Et
Eto
exp[ki (sin2 i
n22 n12
1
)2
光电子器件的原理与应用
光电子器件的原理与应用光电子器件是指将光电效应、光伏效应、光致电子效应等光电转换过程直接转换为电信号的电子元器件。
根据其原理和应用，可以分为光电导、光敏、光电二极管、光电晶体管、光电晶体管阵列、光耦合器件等。
一、光电子器件的原理1. 光电转换原理：光电子器件是利用光电转换现象而设计制造出来的器件。
这种器件在光作用下，会产生电子和空穴，从而实现电能的转换。
其主要原理是光学能转化为电子能，并通过对载流子分离而实现电信号输出。
2. 光电导原理：光电导器件采用的是半导体的性质，光照射在半导体上后可以引起电荷的运动，从而改变电阻率。
因此，它可以将光信号转化为电信号，并送至电路中进行处理。
3. 光敏原理：光敏器件在光照射下可以发生电学性质的变化，将光信号转化成为电信号。
它的作用就像摄像头，将光信号传递给接收器。
4. 光电二极管原理：光电二极管采用半导体的电学特性，能够将光强度转化为电流或电压信号。
光照射在PN结上，产生电子和空穴，在电场作用下，由PN结受控的方向将电子和空穴分离，并产生电流或电压信号。
5. 光电晶体管原理：光电晶体管是一种光电转换器件，结构与普通晶体管类似。
它的主要特点是它能够将光转化为电流，从而在它的集电极和发射极之间输出控制电流信号。
6. 光电晶体管阵列原理：光电晶体管阵列是集成了多个光电晶体管的器件。
它将多个光电晶体管封装到一个芯片中，通过电路将它们互联起来，构成一个高级工具，可实现对复杂光场的控制和调制功能。
7. 光耦合器件原理：光耦合器件将LED等光源和光敏器件相连，使得电信号能在光信号的控制下传递和控制。
光耦合器件通常由光源、光电芯片、驱动电路和封装组成。
二、光电子器件的应用光电子器件在电子技术、通信技术、信息技术以及光学、光通信、智能人机界面等领域有着广泛的应用。
下面分别介绍一下光电子器件的应用：1. 通讯：光纤通讯普及以及无线通讯应用的发展推动了光电子器件的广泛应用。
光电子器件可以实现光电信号转换、光信号调制、激光调制、光通信等功能。
华中科技大学光电子器件导论2010级A卷参考答案
一 10
二 20
三 20
四 16
五 20
六 14
总分 100
所在年级、班级
注意
四、试卷印刷不清楚。可举手向监考教师询问。 三、考生在答题前应先将姓名、学号、年级和班级填写在指定的方框内。 二、姓名、学号不许涂改，否则试卷无效。
在其单模工作的截止值以下(3 分)。大的包层直径是为了保证足够厚的包层以限制以 消逝波形式渗透到包层中的光的损失。(2 分) 一般而言，多模光纤主要用于短途通信。大的纤芯直径可以允许多模在光纤中传播， 所以光谱宽度不很重要。而且大的纤芯直径可以得到较大的接收角，这样发光二极管 就非常适用(2 分)。尽管在短途通信中从包层逸出的光的损失比较少，但是大的包层 直径同样可以保证足够厚的包层以限制以消逝波形式渗透到包层中的光的损失 (2 分)。此外，在工业上，标准化的生产设备也很重要(1 分)。
2 n2 − n1n3 1.52 − 1 × 4 如果用SiO2作防反射涂层，则n2= =1.5， Rmin = = 0.0784 (3分) 2 2 n2 + n1n3 1.5 + 1 × 4 2 n2 − n1n3 2.32 − 1 × 4 如果用TiO2作防反射涂层， 则n2=2.3 ， Rmin = = = 0.0193 (2分) 2 2 n2 + n1n3 2.3 + 1 × 4 2 2 2 2
装
所在年级、班级
L=40cm ，两端镜面反射率分别接近于 95% 和 100%. 线宽 Δυ 为 1.5GHz ，损耗系数 γ 为 0.05/m，自发衰减时间常数τsp约为100ns，He-Ne混合气体的折射率n ≈1。该激光器的阈 值增益系数和阈值粒子数反转分别是多少?
(完整word版)光电子课后习题答案汇总
第一章1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？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、光显示器件。
光源器件分为相干光源和非相干光源。
相干光源主要包括激光器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。
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。
光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。
光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。
光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。
2．谈谈你对光电子技术的理解。
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。
⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL），LED显示。
第二章：光学基础知识与光场传播规律⒈ 填空题⑴ 光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性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、偏振等。
⑵ 两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定；最典型的干涉装置有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪；两束光相长干涉的条件是(0,1,2,)m m δλ==±±L L ，δ为光程差。
⑶两列同频平面简谐波振幅分别为01E 、02E ，位相差为φV ，则其干涉光强为22010201022cos E E E E φ++V ，两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±±V L L ⑷波长λ的光经过孔径D 的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22f D λ。
氮化物半导体技术功率电子和光电子器件
阅读感受
书中的章节设计也极具匠心，不仅有详尽的理论解析，还有对于行业前沿动 态的深入剖析。这使得我在阅读过程中，不仅能够获得知识，还能够紧跟科技发 展的步伐，对于我个人的学习和职业发展都起到了积极的推动作用。
阅读感受
当然，作为一本技术性极强的书籍，《氮化物半导体技术功率电子和光电子 器件》也有其难度。在阅读过程中，我时常需要反复研读某些章节，才能更好地 理解其中的内容。但正是这种深入的阅读和学习过程，使我对于氮化物半导体技 术有了更为扎实和系统的认识。
目录分析
该部分主要介绍了氮化物半导体的基本概念、发展历程、晶体结构以及能带 工程等。这些基础知识为后续深入探讨氮化物半导体的特性与应用奠定了基础。
目录分析
该部分重点阐述了氮化物半导体的材料制备技术，包括化学气相沉积、激光 脉冲沉积、金属有机化学气相沉积等技术。这些制备技术对于实现高质量的氮化 物半导体材料至关光电子器件》的目录结构清晰，内容覆盖全 面。从宏观上看，全书共分为六大部分，分别是氮化物半导体的基础知识、氮化 物半导体材料制备技术、氮化物半导体器件物理、氮化物半导体功率电子器件、 氮化物半导体光电子器件以及氮化物半导体的应用与展望。这六大部分相互关联， 层层递进，构成了完整的氮化物半导体技术体系。
作者简介
作者简介
这是《氮化物半导体技术功率电子和光电子器件》的读书笔记，暂无该书作者的介绍。
谢谢观看
目录分析
该部分深入探讨了氮化物半导体器件的物理机制，包括载流子输运、界面态 与电荷控制、量子效应等。这对于理解器件性能，优化器件设计具有指导意义。
目录分析
该部分主要介绍了氮化镓（GaN）基功率电子器件的基本原理、结构设计、制 备工艺以及性能表征。还对其他新型的氮化物半导体功率电子器件进行了概述。
光电元件知识点总结
光电元件知识点总结一、光电元件的定义光电元件是一种可以把光信号转换成电信号的器件，或者把电信号转换成光信号的器件。
光电元件具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好等特点，广泛应用于光通信、光电子、光电测量、光电开关等领域。
二、光电元件的分类光电元件主要包括光电探测器、光电脉冲调制器、光发射器件等几大类。
其中光电探测器主要包括光电二极管、光电三极管、光敏电阻、光电场效应管等；光电脉冲调制器主要包括光电开关、光电倍增管、光电触发器等；光发射器件主要包括LED、LD、光电继电器等。
三、光电二极管光电二极管是一种将光信号转换为电信号的器件。
它主要由PN结及PN结两侧的金属电极组成。
当光线照射到PN结上时，光子能量会导致PN结的电子和空穴对被激发出来，从而产生电流。
光电二极管的工作波长范围取决于所使用的半导体材料，一般包括可见光和红外光等不同波长范围。
四、光电三极管光电三极管是一种依靠光信号控制电信号的器件。
它是在三极管基础上加上一个光敏电阻接在基极和发射极间的器件，当光线照射到光敏电阻上时，会改变光敏电阻的电阻值，从而影响基极与发射极之间的电流。
光电三极管的输出电流与输入光信号的强度呈线性关系。
五、光敏电阻光敏电阻是一种可以将光信号转换为电阻信号的器件。
它是一种半导体材料加工成薄膜状，当光线照射到其表面时，光子能量会激发出电子和空穴对，从而改变材料的电阻值。
光敏电阻的灵敏度取决于其材料的光敏特性和加工工艺。
六、光电场效应管光电场效应管是一种可以将光信号转换为电信号的器件。
它采用光电效应和场效应相结合的原理来实现。
当光线照射到场效应管的栅极上时，会激发出光电子，从而改变栅极和源极之间的电流，实现光信号的转换功能。
七、光电开关光电开关是一种利用光信号控制电信号开关的器件。
它主要由发光器件和光敏探测器两部分组成，当光线照射到光敏探测器上时，会产生电信号，从而控制开关的闭合和断开。
八、光电倍增管光电倍增管是一种可以将光信号转换为电信号并进行放大处理的器件。
电子元器件认识与电子工艺入门笔记
电子元器件认识与电子工艺入门笔记小伙伴们！今天咱来聊聊电子元器件认识与电子工艺入门的那些事儿，这可是咱电子相关专业的基础呢，我特意整理了这份笔记，大家一起来看看哈。
一、电子元器件认识。
咱得先知道啥是电子元器件呀，简单来说，就是组成电子电路的基本元素。
就好比盖房子的砖头瓦块，没它们可不行。
1. 电阻。
这玩意儿可常见啦，就像一个小管家，能控制电流的大小。
电阻的单位是欧姆，用字母Ω表示。
咱常见的电阻有碳膜电阻、金属膜电阻啥的。
它在电路里的作用可大了，比如说限流、分压啥的。
比如说，在一个简单的串联电路里，电阻就能根据自身的阻值，把电压按照一定比例分配给其他元件，就像一个公平的分配员。
2. 电容。
电容就像是一个小仓库，能储存电荷。
它的单位是法拉，不过一般咱用的比较多的是微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）。
电容有好多种类，像陶瓷电容、电解电容等。
它在电路里的作用也不少，比如滤波、耦合、储能等。
就拿滤波来说吧，它能把电路里那些杂七杂八的干扰信号给过滤掉，让有用的信号顺利通过，就像一个忠诚的卫士。
3. 电感。
电感这东西呢，有点像一个小弹簧，当电流通过它的时候，它会产生磁场，而且还会阻碍电流的变化。
电感的单位是亨利，用字母H表示。
常见的电感有空心电感、铁芯电感等。
它在电路里主要起到滤波、振荡、扼流等作用。
比如说在一些电源电路里，电感就能防止电流突然变大或者变小，起到稳定电流的作用，就像一个稳压器。
4. 二极管。
二极管就像一个单向阀门，电流只能从它的正极流向负极，反过来可就不行啦。
它主要有整流、检波、稳压等作用。
比如说在整流电路里，二极管就能把交流电变成直流电，就像一个神奇的转换器。
常见的二极管有普通二极管、发光二极管、稳压二极管等。
发光二极管还能发光呢，咱生活中好多地方都能见到，像手机屏幕、交通信号灯啥的。
5. 三极管。
三极管可厉害了，它就像一个放大器，能把微弱的电信号放大成比较强的信号。
它有三个极，分别是基极、发射极和集电极。
第二版《光电子技术》课后习题答案
1・1可见光的波长.频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400-760nm频率：385T~790THz 400T-750THz能量：l ・6~3・2cV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度 戢？为了泄量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特 性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的左量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参 数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区別在于：前者是物 理（或客观）的讣量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐 射谱区，对辐射量进行物理的计量：后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看 见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于 O.38~O.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何 意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的il •算公式中不能出现光度量.光源在 给定波长入处，将入〜X+dX 范囤内发射的辐射通M d<Pe,除以该波长入的光子能量h V,就得到光源在入处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3 -只白炽灯，假设齐向发光均匀，悬挂在离地而l ・5m 的髙处，用照度计测得正下方地 而的照度为301X,求出该灯的光通量。
0>=L*4 n R A 2=30*4*3.14* 1.5A 2=848.2引x1・4 一支氨■就激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW.该激光束的平而发散角 为lmrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通呈:、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85,求该屏 上的光亮度。
= 683x0.265x2x107 = 0.3 62/,77 "令・(>1) _ 0.362 7lS _ XO.OOO52 Z = 10/zz » r = O.OOO5ZZ7 (P6), d /• 2 A7 = O.85^v = 0.85——:——— = 0.85 ・疋厶 — v v as cose v /2c 如0.85 £厶,升 r —= =1 55cd / m dGdS cos 3 dG 2兀 1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升2兀Rh s Q =-—— = 2兀(1 — cos △e、（几） 2兀（1 — cos &） 0.362 2兀(1 — cos 0.00 1) "40)= △e 。
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光电子器件第一章1、 光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比,即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为响应率.光谱响应率（R λ）：光电器件在单色 (在波长λ附近一个很小的波长范围里) 辐射功率作用下产生的信号电压或信号电流。
——其中Rm 为光谱响应率的最大值R λ(单位：Ａ/W ）光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定,而与光源无关。
2. 器件的光谱响应与光源辐射功率谱密度紧密相关，它们之间的匹配系统 α—称为器件与光源的光谱匹配系数,它反映了器件响应的波长范围同光源光谱的吻合程度。
在光源固定的情况下，面积A1是不变的,如果与曲线重合得愈多,面积A2愈大, α愈大，也就是光谱匹配愈好;反之,如果两曲线没有重合之处,α=0,即二者完全失配,则该光电器件对光源辐射没有探测能力。
光谱匹配是选择光电子器件,如像管、光电倍增管、红外成像器件的材料的重要依据。
3.光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下无规则的、随机的起伏,称为噪声。
噪声是物理过程所固有的,人为不可能消除。
它的计算是在足够长时间内求其平方平均或均方根。
dP du R s u λλ=dP di R s i λλ=mR R R λλ=)( λR m R 1.24λλη )(λ λ12A A =α光电探测器的噪声来源主要有热噪声、散粒噪声、温度噪声、放大器噪声、频率噪声、复合噪声等。
当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率叫做最小可探测辐射功率，也叫做噪声等效功率NEP 。
Pm ｉn 越小,器件的探测能力越强。
对Pm ｉn 取倒数可作为衡量探测器探测能力的参数,称为探测率。
研究指出:探测率与器件的面积和工作带宽成反比。
4.光吸收厚度：设入射光的强度为 I0,入射到样品厚度为x 处的光强度为 I,则:α为线吸收系数,单位为（1/ｃｍ)α大时，光吸收主要发生在材料的表层;α小时，光入射得深。
当厚度d ＝1/α时，称为吸收厚度，有6４％的光被吸收。
5.本征吸收：价带中的电子吸收了能量足够大的光子后,受到激发,越过禁带，跃入导带，并在价带中留下一个空穴，形成了电子空穴对,这种跃迁过程所形成的光吸收称为本征吸收。
本征吸收条件：光子的能量必须大于或等于禁带的宽度Eg 。
6． 内光电效应: 材料在吸收光子能量后,出现光生电子-空穴，由此引起电导率变化或电压、电流的现象，称之为内光电效应。
光电导效应:当半导体材料受光照时，吸收光子引起载流子浓度增大,产生附加电导率使电导率增加,这个现象称为光电导效应。
在外电场作用下就能得到电流的变化。
光电导效应分为本征型和非本征型。
７．设本征半导体在没有光照时，电导率为 (称为暗电导率）当有光注入时,半导体电导率：电导率的增量称为光电导率：8． 增加载流子寿命:好处：增益提高,灵敏度提高，响应率提高。
缺点:惰性增加,频率响应特性变差。
所以增益和惰性不可兼得。
9. 影响光谱响应的两个主要因素:光电导材料对各波长辐射的吸收系数和截流子表面复合率。
光电导光谱响应特点：都有一峰值,峰值一般靠近长波限(长波限约为峰值一半处所对应的波长）。
unn s Ru u u P P ==min x e I I α-=00σP n e p e n μμσ000+=P n p p e n n e μμσ)()(00∆++∆+=0()n P e n p σσσμμ∆=-=∆+∆1０．光敏电阻是利用光电导效应制成的最典型的光电导器件。
光敏电阻器均制作在陶瓷基体上,光敏面均做成蛇形,目的是要保证有较大的受光表面。
上面带有光窗的金属管帽或直接进行塑封，其目的是尽可能减少外界(主要是湿气等有害气体）对光敏面及电极所造成的不良影响，使光敏电阻器性能保持稳定,工作可靠。
光敏电阻光谱响应特性主要由所用的半导体材料所决定，主要是由材料禁带宽度所决定，禁带宽度越窄，则对长波越敏感。
但禁带很窄时,半导体中热激发也会使自由载流子浓度增加,使复合运动加快，灵敏度降低,因此采用冷却光敏面的办法来提高灵敏度是很有效的。
光敏电阻一般用于与人眼有关的仪器,在使用时,必须加滤光片修正光谱。
第一章作业1、什么是光谱响应率？根据器件与光源的光谱曲线说明光谱匹配系数α的意义。
2、某光电二极管，受波长为1．５5um的6x１０12 个光子的照射,其间输出端产生2ｘ1012个光子。
试计算该光电子器件的量子效率和响应度。
3、什么是器件的最小可探测辐射功率和探测率？探测率表达式的意义如何？4、半导体发生本征光吸收的条件是什么？第二章１．光生伏特效应:两种半导体材料或金属/半导体相接触形成势垒，当外界光照射时,激发光生载流子,注入到势垒附近形成光生电压的现象。
结型光电探测器与光电导探测器的区别:(1）产生光电变换的部位不同。
(２）光电导型探测器没有极性,且工作时必须有外加电压,而结型探测器有确定的正负极,不需外加电压也可把光信号变为电信号。
(3）光电导探测器为均质型探测器，载流子驰豫时间长，频率响应特性差。
而结型探测器频率特性好,灵敏度高。
雪崩式光电二极管、光电三极管还有内增益作用，可以通过较大的电流。
2. 外接电路开路(断路）时，光生载流子积累在PＮ结两侧,光生电压最大,此时的光生电动势Ｕｏc称为开路电压。
外接电路短路时,流过电路的电流Isc称为短路电流,就是光生电流。
3. 光电池在受光表面上涂保护膜,如镀SｉＯ2、ＭｇＦ２。
目的是减小反射损失，增加对入射光的吸收,同时又可以防潮防腐蚀。
上电极一般多做成栅指状，其目的是便于透光和减小串联电阻。
通常在用单片光电池组装成电池组时,可以采用增加串联片数的方法来提高输出电压，用增加并联片数的方法来增大输出电流。
4. 光电二极管与光电池的主要区别：(１)结面积大小不同,光电二极管的要小很多。
结电容很小,频率特性好;（2）PN结工作状态不同，光电池ＰＮ结工作在零偏置状态下。
而光电二极管工作于反偏工作状态下，光电流小。
光电二极管分类：按工作基础分：有耗尽型及雪崩型。
按特性分:有PN结、PＩN结、异质结、肖特基势垒及点结触型等。
按对光的响应分：紫外、可见光、红外型；按制造工艺：平面型、生长型、合金型、台面型。
5.PN结型光电二极管:根据衬底材料不同分为２DU和2CＵ型两种。
2DU型易形成表面漏电流流到前极，它是暗电流(噪声）的大部分，应禁止它流过负载。
温度特性:光电二极管受温度影响最大的是暗电流。
频率特性：有两决定因素：１)光生载流子在耗尽层的渡越时间；２)结电容Ｃj和负载电阻ＲL所构成的时间常数RLＣj 光电二极管等结型光电器件的噪声主要是电流散粒噪声和电阻的热噪声。
6.PIN型光电二极管特点：(1）光生电流较大,灵敏度高。
因为I层比PN结宽得多,光生载流子要多得多,光生载流子在内建电场和反向电场作用下的漂移移动会形成较大的光电流输出，灵敏度得以提高。
（2）响度速度快,频率特性好。
一般说,扩散运动的速度比漂移运动的速度低得多，PIＮ管由于扩散运动被抑制，所以响应速度提高了。
时间响应特性主要取决于结电容和载流子渡越耗尽层所需要的时间。
由于PIN耗尽层变宽,因此结电容变小了；同时由于I区电阻高，可承电压高,电场强，载流子渡越耗尽层时间缩短了,所以时间特性变好了(频率带宽可达10GHz）。
（3）响应波段宽由硅材料制成的ＰＩN管,长波段能响应到1.１ｕｍ,可以探测到１．06μm的激光。
7．雪崩型光电二极管(APD)ﻫ1、雪崩光电二极管原理PＮ结加上相当大的反向偏压（略低于反向击穿电压）—高电场—光生载流子加速—晶格原子-新载流子—晶格原子-新载流子—雪崩式载流子倍增。
频率特点:载流子运动速度快,渡越时间短（10-1０s量级），所以时间特性非常好,响应频率可达1０５MHｚ，是目前响应速度最快的一种光电二极管。
8．光电三极管不仅能实现光－电转换,还能放大光电流。
第二章作业1、结型光电探测器与光电导探测器的主要区别有哪些？2、用波长为0．８3μm、强度为３mW的光照射在硅光电池,无反射，其量子效率为0.85，并设全部光生载流子能到达电极。
求：（１）光生电流。
(2）T=300K、反向饱和电流为１０-8A时，求光电池的开路电压。
3、已知2CR太阳能电池的参数为UＯC＝０．54V,ＩSC＝５0mA，若用它进行串并联组合对0.5A，６V的蓄电池充电,需要多少个这样的电池?4、光电二极管与光电池的主要区别是什么？5、某光电二极管的结电容为5pF，要求带宽为10MHz，求允许的最大负载电阻是多少？6、PIN管的时间响应特性为什么比普通光电二极管好？7、说明雪崩型光电二极管的工作原理和频率特点。
第三章1. 真空光电器件的突出特点：1) 易于在管内实现快速、高增益、低噪声的电子倍增。
用于探测极微弱的光辐射和变化极快的光辐射。
如光子计数器。
２) 易于制取大面积均匀的光敏面,像元密度大,可得到很高的分辨率。
用于较高要求的精密测量,如光谱分析仪，扫描电镜等。
2.将半导体光电发射的物理过程归纳为三步：(1)半导体中的电子吸收入射光子的能量而被激发到高能态(导带）上；（2)这些被激发的电子在向表面运动的过程中因散射而损失掉一部分能量；(3)到达表面的电子克服表面电子亲和势E Ａ而逸出。
3. 把电子从体内导带底逸出真空能级所需的最低能量称为有效电子亲和势EAeff ,以区别于表面电子亲和势E Ａ。
4. 如果给半导体的表面作特殊处理,使表面区域能带弯曲，真空能级降低到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负值,经过这种特殊处理的阴极称作负电子亲和势光电阴极(NEA)。
N ＥA 电子传输特性：1)参与发射的电子是导带的未热化的冷电子;2)NEA 阴极中导带的电子逸入真空几乎不需作功。
5. 真空光电管光电管是根据外光电效应原理工作的光电探测器，它把光能转变为电能，属于非成像型的光电器件。
光电倍增管目前普遍采用而且最有效的探测微弱光辐射的器件是光电倍增管，它是光电阴极和二次电子倍增器的结合。
光电倍增管结构主要由四部分组成：光电阴极、电子光学输入系统(光电阴极至第一倍增极的区域），倍增系统(或称打拿极系统）、阳极（或称收集极)。
光电倍增管工作原理: 光子透过入射窗口入射在光电阴极上,电子受光子激发发射到真空中,光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增级上，倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电子,入射电子经N 级倍增极倍增后,光电子就放大Ｎ次，最后由阳极收集形成光电流。
光电阴极在结构形式上分为反射型侧窗式和透射型端窗式。
二次电子发射系数：二次发射系数不仅与倍增极的二次发射材料有关，且与它极间电压VD 有关。
电子倍增系统结构分类： 根据工作原理可分为两类：聚焦型、非聚焦型。
6.光电倍增管的主要特性和参数光电倍增管的频率响应主要受到电子渡越时间散差限制。