光电子技术-绪论

光电⼦技术光电⼦技术题型:1，缩略词5分2，填空题5题共10分（基本概念、常识性）3，选择题10题共20分（综合性题⽬）4，简答题7题共35分（不要⼀句话解决）5，计算题+画框图（作图并说明原理）3题共30分考点：绪论1，光电探测器系统的组成：掌握主动探测系统以及被动探测系统的框图P2 举例-主动：光纤通信被动：红外夜视仪第⼀章光辐射源1.1辐射度学与光度学的基础知识1，光的能量公式P11（1-1）2，两套基本单位（辐射度量、光度量）辐射度量特点：与物理学中对电磁辐射量度的规定完全⼀致，适⽤于整个电磁波谱（当然也包括可见光）光度量特点：以⼈的视觉特性为基础⽽建⽴起来，只适⽤于可见光波段。

3，可见光范围：0.38~0.78um红外光范围：约从0.78um向长波⽅向延伸⾄1000um紫外光范围：约从0.38um向短波⽅向延伸到0.01um4，光度量和辐射度量之间的换算关系P15（1-13）坎[德拉]:发光强度的单位5，辐射度学和光度学中的两个基本定律①辐强度余弦定律②距离平⽅反⽐定律1.2半导体的基础知识1，吸收定律P22（1-29）2，本征吸收与⾮本征吸收的区别是什么？①杂质吸收光⼦的截⽌波长⼤于本征吸收的截⽌波长②本征吸收能同时产⽣电⼦-空⽳对；杂质吸收只能产⽣电⼦或空⽳。

1.3⿊体辐射1，什么是⿊体能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体叫绝对⿊体－－简称⿊体。

2，研究⿊体辐射的意义⿊体是各种辐射体和物质吸收（发射）特性的⽐较基准。

1，⿊体模拟器2，近似⿊体，如太阳、地球、海⽔······ 3，⽤⿊体某些特性表征光源和辐射体。

3，⿊体辐射中的定律普朗克辐射定律：⿊体光谱辐出度与波长和温度的关系---随着温度的升⾼：1，⿊体的总辐出度迅速增加2，峰值波长向短波⽅向移动维恩位移定律：⿊体辐出度峰值对应的波长与⿊体的绝对温度的乘积为⼀定值P31（1-58）斯蒂芬-玻⽿兹曼定律：⿊体的全光谱辐出度与其温度的4次⽅成正⽐P31（1-59）1.4典型光辐射源1，⾊温如果热辐射光源发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。

光电子技术基础作业（第一次）第一章 光电子学绪论1、（朱京平p7－1）光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？第三章_激光原理与技术1、（朱京平p105－2）试简单说明以下光电子学术语的科学含义（1） 受激辐射。

（2） 谱线的多普勒加宽。

（3） 谱线的自然加宽。

（4） 光放大。

2、（朱京平p105－3）计算与推导（1）λ=0.5m μ时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T=300K 时，什么波长下自发辐射率与受激辐射率相等？（2）He-Ne 激光器的反射镜间距为0.2m ，求最靠近632.8nm 跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。

如果增益曲线宽度为1.5⨯910Hz ，则最可能引起的纵模总数是多少？（3）红宝石激光器的工作物质300K 处有特性：N 2-N 1=5⨯107/cm 3，∆υ≈01()g υ=2⨯1011Hz ， s τ=3⨯10-3s, υ=4.326⨯1014Hz, n=1.78,求其在中心频率处的增益系数()G υ。

3、（朱京平p105－4）简述题：（3）试推导爱因斯坦关系式。

（5）以一个三能级原子系统为例，说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。

（6）分析四能级与三能级激光器相比所具有的有点。

（7）分析激光产生的条件。

（10）激光器按激光工作介质来划分可以分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典型波长、转换频率、典型有点。

（13）激光调Q 技术与锁模技术的脉宽分别在哪个量级？（14）常见的调Q 方法有哪几种？分别简述之。

（15）分别简述几种常见的激光锁模实现方法。

（16）激光选模技术分哪几大类？。

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。

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。

光电子技术光电子技术是一门涵盖了光学和电子学的交叉学科，是现代科技中非常重要的一个领域。

光电子技术的发展，不仅在通信、计算机、医疗等行业中起到了关键作用，还在环境监测、安全检测、空间探测等领域有着广泛的应用。

本文将介绍光电子技术的相关知识和应用，并展望其未来发展的趋势。

光电子技术是将光学和电子学相结合的一门学科。

光学是研究光的性质和光的相互作用的学科，而电子学则是研究电子器件和电子电路的学科。

光电子技术的核心是光、电子和光电子器件的相互作用。

光电子器件是利用光、电子、半导体材料等的相互作用制作的器件，如光电二极管、光电三极管、光电开关等。

光电子技术在通信领域中发挥着重要作用。

光纤通信是一种基于光学信号传输的现代通信方式，其核心就是光电子技术。

光纤通信具有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等优点，已成为现代通信的主要手段。

光电子器件中的光电二极管可以将光信号转换为电信号，而光电开关则可以实现光信号的开关控制。

除了通信领域，光电子技术还在计算机领域中得到广泛应用。

光存储器是一种利用光来存储和读取信息的存储器。

与传统的电子存储器相比，光存储器具有高速读写、容量大、耐久性好等优点。

光电子技术还可以应用于光学传感器、显示器、光电显示器等领域，提高设备的性能和功能。

光电子技术在医疗行业中也扮演着重要的角色。

光纤内镜是一种利用光纤传输图像的内窥镜，可以实现非侵入式的检查和诊断。

利用光电子技术，可以将图像传输到显示器上供医生观察和分析，有助于提高医疗诊断的准确性。

光电子技术还可以应用于光疗、激光手术等医疗器械，为治疗提供更好的手段。

光电子技术还可以应用于环境监测和安全检测领域。

利用光电子技术可以制造出高精度的光谱仪，对空气、水质等进行检测分析。

光电子技术还可以应用于火灾报警系统、安全监控系统等领域，提高安全防护的能力。

未来，随着科技的不断发展，光电子技术将有更广阔的应用空间。

例如，光量子计算机可能成为取代传统计算机的新兴技术。

光电子技术简介光电子技术是一门研究光与电子相互作用的学科，它利用光的性质传输、控制和处理信息。

随着信息技术的不断发展，光电子技术在通信、显示、数据存储等领域得到了广泛的应用，并且逐渐成为了推动科技进步的重要支撑。

一、光电子技术的基本原理1. 光的本质光是电磁波的一种，具有波粒二象性。

光电子技术利用光的波动和粒子性质，通过光的电离、散射、吸收等过程与电子相互作用。

2. 光电效应光电效应是光与物质发生相互作用时，电子从物质表面或内部被激发并释放出来的现象。

这种现象是光电子技术的基础，也是实现光电子器件的核心原理。

3. 光电子器件光电子器件是指利用光的电离、散射、吸收等效应，将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号的器件。

常见的光电子器件包括光电二极管、光敏电阻、光电晶体管等。

二、光电子技术的应用领域1. 光通信光通信是利用光信号传输信息的通信方式。

相比传统的电信号传输方式，光通信具有传输速率高、带宽大、抗干扰性强等优势，被广泛应用于长距离传输和高速数据传输领域。

2. 光显示技术光显示技术主要包括液晶显示、有机发光二极管（OLED）显示等。

光显示技术通过控制光的强弱、颜色等来实现图像和文字的显示，广泛应用于电视、手机、平板电脑等消费电子产品中。

3. 光存储技术光存储技术利用光的非接触性、高密度存储等特点，实现数据的读写、存储和擦除。

光存储技术能够实现更大容量和更快速度的数据存储，被广泛应用于光盘、蓝光光碟等介质。

4. 光电子传感器光电子传感器利用光的散射、吸收等特性，将光信号转化为电信号，实现对环境的检测和测量。

常见的光电子传感器包括光电二极管、光电晶体管、光纤传感器等。

三、光电子技术发展趋势与挑战1. 高速与高频随着通信和数据传输需求的增加，光电子技术需要不断提高传输速率和工作频率，以满足高速、高频的需求。

2. 小型化与集成化光电子器件的小型化与集成化是发展的趋势。

研究人员正在努力将光电子器件集成在芯片上，实现更高的性能和更小的尺寸。

光电子技术的工作原理
光电子技术是利用光的性质和光与电子的相互作用来实现各种功能的技术。

其工作原理可以分为光电效应、光电导效应和光电放大效应等基本原理。

1. 光电效应：光电效应是指当光照射到某些物质表面时，物质会发射出电子的现象。

它的工作原理是光子与物质中的电子发生相互作用，使得光子的能量被转移给电子，使其具有足够的能量克服束缚力逃离物质表面。

这种现象是基于量子力学的观点，光电效应的发生与光的频率有关，而与光的强度无关。

2. 光电导效应：光电导效应是指在某些半导体材料中，当光照射到材料表面时，电导率会发生改变的现象。

这是由于光子的能量被吸收，使得半导体内部的电子跃迁到导带，并形成自由电子和空穴。

这种现象是利用光电效应和半导体的导电性质相结合，在某些特定材料中实现的。

3. 光电放大效应：光电放大效应是指通过光电倍增管、光电二极管等器件将光信号转换成电信号，并通过电信号放大的过程。

光电放大器件通常由光阴极、光电子倍增部分和电子吸收部分组成。

当光照射到光阴极上时，光电效应使得光子能量转移到光电子上，然后通过倍增部分将光电子数量倍增，最后在电子吸收区产生电流放大效应，实现光信号到电信号的转换和放大。

需要注意的是，光电子技术的工作原理还涉及到一系列相关的光学、电子学和材料科学知识，例如光学元件的设计与制备、
光电探测器的性能优化等。

这些都是在不同光电子器件中实现特定功能时需要考虑和解决的问题。

电子电气工程中的光电子技术光电子技术是电子与电气工程领域中的重要分支之一，它涉及到光学和电子学的交叉，旨在利用光的性质来实现各种电子设备和系统的功能。

在现代科技发展的背景下，光电子技术在通信、能源、医疗和信息处理等领域扮演着至关重要的角色。

一、光电子技术的基础原理光电子技术的基础原理主要涉及到光的传播、光的相互作用以及光的探测与转换。

光的传播是指光在介质中的传输过程，这涉及到光的折射、反射和散射等现象。

光的相互作用是指光与物质之间的相互作用，例如光的吸收、放射和散射等。

光的探测与转换是指将光信号转换为电信号或其他形式的能量信号，这包括光电二极管、光电倍增管和光电转换器等器件。

二、光电子技术在通信领域的应用在现代通信系统中，光纤通信技术已经成为主流。

光纤通信利用光的高速传输特性，实现了信息的远距离传输和大容量传输。

光纤通信系统主要由光源、光纤、光探测器和光电转换器等组成。

光电子技术在光纤通信系统中的应用包括光纤通信设备的制造、光纤传输的信号放大和光信号的解调等。

三、光电子技术在能源领域的应用光电子技术在能源领域的应用主要包括太阳能光伏发电和光热发电。

太阳能光伏发电利用光电效应将太阳能转化为电能，通过光电池将光能转换为电能。

光热发电则利用聚光镜或反射镜将太阳光集中在一个点上，通过热能转换器将光能转化为热能，再将热能转换为电能。

光电子技术在能源领域的应用不仅可以实现清洁能源的利用，还可以提高能源的利用效率。

四、光电子技术在医疗领域的应用光电子技术在医疗领域的应用主要包括医学成像和光治疗。

医学成像利用光的特性，通过光学显微镜、光学断层扫描等设备观察和分析生物组织的结构和功能。

光治疗则利用光的能量来治疗疾病，例如激光手术、光动力疗法等。

光电子技术在医疗领域的应用不仅可以提高医学诊断和治疗的准确性和效果，还可以减少对患者的创伤和痛苦。

五、光电子技术在信息处理领域的应用光电子技术在信息处理领域的应用主要体现在光存储器和光计算器等方面。