第6章 光电发射器件 6.1节

光电发射器件的原理和应用1. 引言光电发射器件是一类能够将光能转换为电能的器件，在光通信、光电探测、太阳能电池等领域有着广泛的应用。

本文将介绍光电发射器件的原理和具体的应用。

2. 光电发射器件的原理光电发射器件主要基于光电效应原理工作。

光电效应是指当光照射到物质表面时，会使物质产生电子或电子空穴对的解离。

在光电发射器件中，通常采用半导体材料作为光电转换材料。

2.1 光电效应光电效应是由爱因斯坦提出的，他认为光是由光子组成的，而光子具有能量和动量。

当光子碰撞到物质表面时，如果其能量大于物质表面电子的结合能，光子就会将电子激发出来，产生电流。

这种现象就是光电效应。

光电发射器件利用这一原理将光能转换为电能。

2.2 光电发射器件的结构光电发射器件通常由光电转换材料、电极和其他必要的组件构成。

光电转换材料的选择主要考虑其能带结构和光学特性。

电极的设计和界面优化能够提高光电发射器件的效率和稳定性。

3. 光电发射器件的应用光电发射器件在各个领域都有着广泛的应用。

下面列举了一些常见的应用。

3.1 光通信光通信是指利用光作为传输介质进行信息传输的技术。

光电发射器件扮演着重要的角色，将电信号转换为光信号并进行传输。

光电发射器件的性能直接影响到光通信系统的传输速率和传输距离。

3.2 光电探测光电探测应用广泛，包括红外线探测、紫外线探测、光谱分析等。

光电发射器件能够将光信号转换为电信号，提供给其他电路进行分析或处理。

3.3 太阳能电池太阳能电池利用光电效应将太阳光转换为电能。

其中的光电发射器件起到关键的作用，将光能转化为电能。

太阳能电池的应用范围广泛，包括太阳能发电、无线传感器等领域。

3.4 其他应用除了以上应用外，光电发射器件还广泛应用于光学传感、光学成像、激光器、光伏发电等领域。

4. 总结光电发射器件是一类能够将光能转换为电能的器件，主要基于光电效应原理工作。

它在光通信、光电探测、太阳能电池等领域有着广泛的应用。

随着技术的不断进步，光电发射器件的性能将会继续提升，为各个领域的应用带来更多可能性。

《光电材料与器件》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：光电材料与器件英文名称：Optoelectronics Materials and Devices二、课程代码及性质专业选修课程三、学时与学分总学时：32学分：2四、先修课程无五、授课对象材料及材料加工类专业本科生六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）【注：教学目的要突出各项“能力”，且与表1中的某项指标点相对应】本课程是功能材料专业的选修课之一，其教学目的包括：1、掌握激光的产生机制，光纤的传导机制以及熟悉光调制的基本原理。

2、理解光电技术在信息传输，光探测以及光伏等领域的应用原理。

3、能够关注和了解光电材料与技术在日常生活中的应用。

掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。

能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。

七、教学重点与难点：课程重点：（1）光电材料的工作原理和应用。

本课程重点介绍针对半导体材料的电学性能和其在激光领域的应用。

（2）在了解半导体材料相关物理理论知识的基础上，重点学习基于半导体的光电器件的种类、应用和影响性能的因素等。

（3）重点学习的章节内容包括：第2章“激光”（6学时）、第3章“波导”（6学时）、第5章“光探测器”（4学时）。

课程难点：（1）通过本课程的学习，充分理解基于半导体材料的激光基本原理，激光器的基本构造以及应用范围。

（2）通过对光电材料及其光电器件的学习，了解影响光电材料与器件性能的因素和改进策略，从而具备设计和改进光电器件响应性能的能力。

八、教学方法与手段：教学方法：（1）课程邀请相关科研工作者做前沿报告，调动学生学习积极性。

（2）课堂讲授和相关多媒体小视频相结合，提高学生听课积极性，视频与课程内容相关，加深记忆和理解概念；（3）通过期末专题报告的形式，让学生讲解生活中与课程相关的知识或技术，台下的学生听众提问，而台上的学生为自己的观点进行辩护，从而产生互动，加深记忆和理解，更主要是能激发学生的兴趣。

光电器件基础讲义中研传输业务部汪微1．概述光电器件分为发光器件和光探测器两大类，发光器件是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。

性能好、寿命长、使用方便的不源是保证光纤通信可靠工作的关键。

光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。

其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。

第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。

第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传高速脉冲。

第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。

第六，电－光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。

第七，光源应省电，光源的体积、重量不应太大。

光探测器则是将光信号转换为电信号的光电子器件，作为光通信系统用的光探测器需要满足以下要求：首先，其响应波长范围要与光纤通信的低衰耗窗口匹配，第二，具有很高的量子效率和响应度，第三，具有很高的响应速度，第四，具有高度的可靠性。

2．光电器件原理2.1半导体中光的发射和激射原理2.1-1半导体价带、导带、带隙与发光半导体单晶材料的原子是按一定规律紧密排列的。

在各个原子之间保持一定的距离，是由于在各原子之间存在着互相作用力的结构，这些结合力就是共价键。

固体物理学告诉我们，单晶中各个原子的最外层轨道是互相重叠的，这样就使分立的能级变成了能带。

与原子的最多层轨道的价电子相对应的能带叫做价带。

价带上面的能带称为导带。

在温度低至绝对零度的情况下，晶体中的电子均在价带之中，而导带是完全空着的。

如果价带中的电子受热或光的激发，则受激发的电子就会跃迁到上面的导带中去。

这样一来，晶体材料就可以导电了。

把导带底的能量记作E C，把价带顶的能量记作E VO在E C和E V之间是不可能有电子的，故称为禁带。

把E C与E V之差记作E g，称为禁带宽度或带隙。

如果Eg较大，则需要较大的激励能量把价带中的电子激发到导带中去。

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。