光电子技术基础9

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光电子技术基础09

第六页，编辑于星期六：十六点三十一分。
式中，x，y，z为介质的主轴方向，也就是说在晶体内沿着这些方向的电位移D和电场强度E是互相平行的；nx，ny，nz为折射率椭球的主折射
率。
当晶体施加电场后，其折射率椭球就发生“变形”，椭球方程变为如下形式：
1 n2
1
x2
1 n2
2
y2
1 n2
3
z
2
1.电致折射率变化
对电光效应的分析和描述有两种方法：一种是电磁理论方法，但数学推导相当繁复；另一种是用几何图形───折射率椭球体(又称光率体)的方法，这种方法直观、方便，故通常都采用这种方法。
在晶体未加外电场时，主轴坐标系中，折射率椭球由如下方程描述：
x2 nx2
y2
n
2 y
z2 nz2
1
(3)
n2
63 z
n2
63 z
n2
0
0
e
这就是KDP类晶体沿Z轴加电场之后的新椭球方程，如图所示。其椭
球主轴的半长度由下式决定：
第十四页，编辑于星期六：十六点三十一分。
y
y' x'
450
x
图1加电场后的椭球的形变
第十五页，编辑于星期六：十六点三十一分。
1 nx2
1 no2
63Ez
1
n
2 y
1 n02
n x
2
nx L
2L
(n0
1 2
n03
63
Ez
)
n y
2
nyL
2L
(n0
1 2
n03
63
Ez
)
第二十一页，编辑于星期六：十六点三十一分。

光电子教学大纲

《光电子技术》教学大纲课程编码：课程英文名称: Optoelectronics Technology学时数：60学时学分：3.5学分适用专业：电子科学技术专业教学大纲说明一、课程的性质、教学目的与任务课程性质：光电子技术是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的，是一门新兴的综合性交叉学科，已经成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分，以光电子学为基础的光电信息技术是当前最为活跃的高新技术之一。

光电子技术课程是电子科学与技术专业学生的必修专业课程，它的开设为培养合格的专业技术人才提供了必备的理论和实践基础，本门课程不仅是本专业学生在校学习的重要环节，而且对学生毕业后的工作和进一步学习新理论、新技术都将发生深远的影响。

教学目的：该课程介绍光电子技术的理论和应用基础，内容可以分为四大主要部分：(1) 激光原理基础及典型激光器；(2) 光的耦合与调制技术；(3) 光电探测器及其应用；(4) 光电子集成器件及光电子器件在光通信中的应用。

主要介绍了光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展。

该课程在阐明基本原理的同时，突出应用技术，使学生能够把握光电子技术的总体框架，有兴趣、有信心投入实践和创新活动。

教学任务：通过本课程的学习，使学生熟悉光电子技术的基础知识以及实际应用，为今后从事光电子技术方面的研究和开发工作打下一定的基础。

并通过实验教学环节使学生加深光电子技术课程的理论知识的掌握，通过一定的实验，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，获得相应技术、实验方法和技能锻炼。

二、课程教学的基本要求本课程以课堂讲授为主，课下自学为辅。

对自学的内容布置讨论及思考题，提高学生独立思考及解决问题的能力。

适当增加flash动画、视频材料，同时安排一些课外科技学术报告，使学生了解到本学科的最新前沿进展。

通过本课程的学习，应使学生掌握光电子技术的基本原理、基本概念，了解光电子技术的应用实例，了解光电子领域的新成果和新进展，对光电子技术有比较全面、系统的认识和理解。

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。
2024/10/9
19
（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。
2024/10/9
光电耦合器件：光电器件与电光器件的组合。
2024/10/9
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
10
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
2024/10/9
光导模式
电路符号
光伏模式
11
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

光电子技术基础题库

光电子技术基础题库一．填空题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，光源器件分为光源和光源。

2、某一半导体材料的禁带宽度为3.1 电子伏特，则该半导体本征吸收的长波极限为纳米。

3、最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是1960年由美国家的梅曼制作的激光器。

4、当受激辐射大于受激吸收的时候，物质对外表现为光，当受激辐射小于受激吸收时候，物质对外表现为光。

5、激光器的基本结构包括，，。

6、受激辐射产生的光的特点是：好，好，好。

7、发光的方式很多，但根据余辉的长短可将发光大致分成和两类。

8、光电探测器的物理效应可以分为三大类：、和。

9、太阳能电池是利用半导体的原理直接把光能转化为电能的装置。

10、光纤由传导光的和外层的两同心圆形的双层结构组成，且12n n 。

外面再包以一次涂覆护套和二次涂覆护套。

11.根据液晶的分子不同可以将其分为、和液晶。

12. 按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为衍射和衍射。

13. 在间接带隙半导体中，电子由价带顶跃迁到导带底时，需要同时吸收或发射，以补偿电子准动量的变化。

14.光波在光纤中传播有3种模式，导模（传输模），和。

15. 光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示与频率的关系，虚部表示物质与频率的关系。

16、液晶显示所用的液晶材料是一种兼有和双重性质的物质，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。

17、某一半导体材料的禁带宽度为2.6 电子伏特，则该半导体本征吸收的长波极限为纳米。

18、光纤通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，光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等)、和等。

19、受激辐射产生的光的特点是：好，好，好。

20、激光器按工作方式区分可分为和激光器。

21.光电子技术主要研究光与物质中的电子相互作用及其的相关技术，是一门新兴的综合性交叉学科。

光电子技术概论

§1、问题的提出及概述
•什么是“光电子学”； •什么是“光电子技术”； •什么是“光电子技术基础”；
光电子技术
光通信
无线光通信
量子通信
宽带、高速、长距离（干线，点对点）
城域网
无线接入网
光传感
光纤传感
医疗诊断
生物信息
环境监测
安全监测
其它：光盘、存储、条形码、加工、武器……
波分复用光通信系统
Wavelength Division Multiplexing (WDM)Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)
➢ 将电子学使用的电磁波频率提高到光频，产生电子学所不可能产生的许多新功能。
➢
以前由电子方法实现的任务现在用光学方法来
完成 ——光电子学，研究光子与束缚电子的
相互作用，是光子学的第一个阶段。
➢ 激光器的发明(1960年)是20世纪的重大成就之一是继原子能、半导体、计算机后的又一重大发明
➢ 计算机延伸了人的大脑而激光延伸了人的五官是探索大自然奥秘的超级“探针”
光电子技术
ELECTRONIC TECNOLOGY
本书主要内容
绪论第1章光电系统中的常用光源第2章光辐射的调制第3章光辐射探测器第4章光电成像器件第5章光存储器第6章平板显示器件
绪论
➢ §1、问题的提出及概述 ➢ §2、光电子学与光电子技术简介 ➢ §3、光电子信息产业的重要性 ➢ §4 、光电子技术的应用 ➢ §5 、本课程的主要内容 ➢ §6 、本课程学习方法、要求
信号
λ1
发射机
光放大器
λ1
功放
预放
λn 复用器
光通信：光波频率~ 1016Hz, 允许高频调制，

光电子技术基础习题答案

光电子技术基础习题答案第一章绪论1.光电子器件按功能分成哪几类？每类大致包含哪些器件？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。

光源器件分成电磁波光源和非电磁波光源。

电磁波光源主要包含激光和非线性光学器件等。

非电磁波光源包含照明设备光源、表明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。

光探测器件分成光电导型探测器、光伏型探测器、冷伏型探测器、各种传感器等。

光存储器件分成光盘(包含cd、vcd、dvd、ld等)、光驱、光盘塔等。

2．谈谈你对光电子技术的认知。

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。

3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。

20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就就是各种激光器的相继问世。

20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟特别是量子阱激光器的问世以及ccd的问世。

20世纪80年代，发生了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的获得了快速发展；也发生信汇偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。

20世纪90年代，掺铒光纤放大器(edfa)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，形成了光纤通信产业；。

另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已成为计算机存储数据的重要手段。

21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性快速增长对信息的收集、传输、处置、存储与表明都明确提出了紧迫的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的进一步增强等都更加依赖信息的广度、深度和速度。

⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。

例如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。

光电子技术基础与应用习题答案

6 第六章光电探测技术（十一、十二讲）
7 第七章光电显示技术（十三、十四、十五讲） 8 第八章光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲） 9 第九章光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲） 10 第十章表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲） 11 第十一章连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲）
8. 从麦克斯韦通式(2-28)出发，推导波动方程(2-44)。
1. 填空题：
第二章习题答案(1)
第二章习题答案(2)
第二章习题答案(3)
6. 输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和 ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系数大于99.5％？
6. 输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和 ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层才能使镜面反射系数大于99.5％？
7. 有m个相距为d的平行反射平面。一束光以倾角投射至反射面。设每一反射平面仅反射一小部分光，大部分光仅透射过去；又设各层的反射波幅值相等。证明当sin=/2d时，合成的反射波强度达到最大值，这一角度称为Bragg角。
第三章复习思考题(13)
4. 简述题（8）简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线线型函数的类型。
第三章复习思考题(14)
4. 简述题（8）简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线线型函数的类型。
4. 简述题
第三章复习思考题(15)
第三章复习思考题(16)
4. 简述题（10）激光器按激光工作介质来划分可分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典型波长、转换效率、典型优点。

光电子技术基础复习资料

选择题1、光电子技术在当今信息时代的应用主要有（abcd ）A.信息通信B.宇宙探测C.军事国防D.灾害救援2、激光器的构成一般由（a ）组成A.激励能源、谐振腔和工作物质B.固体激光器、液体激光器和气体激光器C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料D. 电子、载流子和光子3、光波在大气中传播时，引起的能量衰减与（abcd ）有关A.分子及气溶胶的吸收和散射B.空气折射率不均匀C.光波与气体分子相互作用D.空气中分子组成和含量4、2009年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11、可见光的波长范围为（C ）A. 200—300nmB. 300—380nmC. 380—780nmD. 780—1500nm12、电荷耦合器件分（A ）A. 线阵CCD和面阵CCDB. 线阵CCD和点阵CCDC. 面阵CCD和体阵CCDD. 体阵CCD和点阵CCD填空题1、黑体是指一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射。

2、色温是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。

其并非热辐射光源本身的温度。

3、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，声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。

《光电子技术基础》(第二版)

第8章光通信无源器件技术
大家好
1
第8章光通信无源器件技术
❖ 8.1光纤连接器 ❖ 8.2光衰减器 ❖ 8.3光耦合器 ❖ 8.4光波分复用器 ❖ 8.5光隔离器 ❖ 8.6 光开关
• 光纤通信、光纤传感及其他光纤应用领域不可缺少的光器件，
• 工作原理：遵守光线理论和电磁波理论， • 各项技术指标、计算公式、测试方大法家等好与纤维光学、集成光学息息相关。2
大家好
26
8.1.5光纤固定连接器（固定接头或接线子）
作用：
使一对或几对光纤之间形成永久性连接，
要求
要求损耗低、后向反射光小、操作简便、性能稳定。对互换性、重复性没有要求
制作方法：
➢熔接法：应用最广。插损很小，无后向反射光，理想接头 ➢V形槽法：多芯连接。插损小，后向反射小，小巧、操作简 ➢毛细管法：插损小，一定后向反射光，小巧、操作简，适合野外作业 ➢套管法：插损小，一定后向反射光，小巧、操作简便，适合野外作业
大家好
10
8.1.2 影响插入损耗的各种因素(3)端面间隙损耗
❖ 由于光纤连接端面处存在间隙Z而引起的损耗 ❖ 多模渐变光纤在模式稳态分布时，端面间隙损耗：
ILZ 10lg14Za1nn0
n0：空气折射率，Z: 端面间隙。
❖ 单模光纤端面间隙Z引起的损耗：
IZ L 1 l1 g 0 Z 2 n 2 w 2 2 1
RL10lgPr (dB) P0
其中RL为插损，Pi 为输入端光功率， Pr为后向反射光功率。
• 回损越大越好，以减少反射光对光源和系统的影响。 • 典型值初期要求应不小于25dB，现要求不小于38dB。
大家好
5
8.1.1 光纤连接器主要指标—(3)重复性与互换性

电工电子技术基础课件——9

9.2 三相异步电动机的基本控制电路 9.2.1 直接控制电路 1．手动控制电路如图9-1a、b、c所示，图a中仅使用组合开关SA或刀开关QS实现对电动机的控制，合上SA，电动机M起动运行；断开SA，电动机M断电停止。这种电路器件少，电路简单、可靠，适用于小容量电动机不频繁起动的场合。图b中使用铁壳开关或胶盖刀开关QS—FU，这种电路控制原理与上面相同，并具有短路保护措施。
图c中使用短路器QF，该电路不仅具有手动控制电动机M的起动、停止的功能，而且具有短路保护、过载保护、失电压、欠电压保护的功能。
a)
b)
c)
图 9-1 手动控制电路
2．点动控制电路
手动控制仅能实现对小容量电动机的不频繁起动、停止控制，不能
实现远距离控制。
如图9-2所示，采用接触器和按钮等组合，实现对电动机的点动控制
2）停止过程：按下动断按钮SB1，接触器KM的线圈断电，KM 的主触点断开，切断三相交流电源，电动机停止运转；同时接触器 KM的辅助触点因断电而断开，控制电路自锁解除，松开动断按钮 SB1，对电路无影响。
9.2..3 正反转控制电路 1．组合开关控制的电动机正、反转控制电路如图9-4所示，利用组合开关SA进行手动切换。SA打在“Ⅰ”位置，电动机M获得正相序电源正转；SA打在“Ⅱ”位置，电动机M获得逆相序电源反转；SA打在“O”位置，电动机停止。
第9章电气控制基础
本章要点常用低压电器三相异步电动机的基本控制电路可编程控制器简介单片机简介
教学要求本章介绍常用低压电器、三相异步电动机的基本控制电路、可编程控制器简介和单片机简介等内容。通过对本章的学习，要求掌握常用低压电器的主要参数、选择和使用，掌握三相异步电动机的基本控制电路工作原理，会进行电路分析和排故。了解可编程控制器和单片机。

光电子技术基础知识

光电子技术根底知识什么是光电子技术呢？收集知道或者学习了哪些光电子技术根底知识？光电子技术根底知识：光源选择的根本知识判断机器视觉的照明的好坏，首先必须了解什么是光源需要做到的！显然光源应该不仅仅是使检测部件能够被摄像头〞看见〞。

有时候，一个完整的机器视觉系统无法支持工作，但是仅仅优化一下光源就可以使系统正常工作。

比照度：比照度对机器视觉来说非常重要。

机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征及需要被忽略的图像特征之间产生最大的比照度，从而易于特征的区分。

比照度定义为在特征及其周围的区域之间有足够的灰度量区别。

好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。

亮度：中选择两种光源的时候，最正确的选择是选择更亮的那个。

当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。

第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的比照度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。

其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。

另外，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。

鲁棒性：另一个测试好光源的方法是看光源是否对部件的位置敏感度最小。

当光源放置在摄像头视野的不同区域或不同角度时，结果图像应该不会随之变化。

方向性很强的光源，增大了对高亮区域的镜面反射发生的可能性，这不利于后面的特征提取。

在很多情况下，好的光源需要在实际工作中及其在实验室中的有一样的效果。

好的光源需要能够使你需要寻找的特征非常明显，除了是摄像头能够拍摄到部件外，好的光源应该能够产生最大的比照度、亮度足够且对部件的位置变化不敏感。

光源选择好了，剩下来的工作就容易多了！机器视觉应用关心的是反射光。

物体外表的几何形状、光泽及颜色决定了光在物体外表如何反射。

机器视觉应用的光源控制的诀窍归结到一点就是如何控制光源反射。

如何能够控制好光源的反射，那么获得的图像就可以控制了。

因此，在机器视觉应用中，当光源入射到给定物体外表的时候，明白光源最重要的方面就是要控制好光源及其反映。

光电子技术基础知到章节答案智慧树2023年东北石油大学

光电子技术基础知到章节测试答案智慧树2023年最新东北石油大学绪论单元测试1.世界上第一台激光器是 ( )。

参考答案:红宝石激光器2.光电子学是光子学与电子学相合而形成的一门学科。

（）参考答案:对3.光电子学的研究对象是光波段的电子学。

（）参考答案:对4.世界上第一台激光器是氦氖激光器。

（）参考答案:错5.信息技术的支柱产业包括光电子技术和计算机技术。

（）参考答案:错第一章测试1.欲使光在两种介质的界面上发生全反射，下面说法正确的是（）。

参考答案:光从介质射向空气，入射角大于临界角2.可见光的波长范围为（）。

参考答案:400-760nm3.光密介质中的场为均匀平面波。

（）参考答案:错4.一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布儒斯特角则在界面的反射光为完全偏振光。

（）参考答案:对5.光密介质中合成场的电场和磁场分量的相位差为（）。

参考答案:π/2第二章测试1.1966年，（）等提出了实现低损耗光纤的可能。

参考答案:高锟2.要使光纤导光必须使（）。

参考答案:纤芯折射率大于包层折射率3.光纤的数值孔径与（）有关。

参考答案:相对折射差4.在非对称平板波导中，基模可以在任何频率下存在，但在对称的平板波导中则必须在入射光频率高于一定值时才能实现基模传输。

（）参考答案:错5.在平面介质波导中，当所有满足θ>θ12>θ13时，入射角均可形成导波。

参考答案:对第三章测试1.当一束光射入某些晶体时，出射光会分为两束偏振方向不同的光，向两个方向折射，该性质体现了晶体的（）。

参考答案:各向异性2.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了（）。

参考答案:45°3.发生拉曼-纳斯声光衍射必须满足的条件是（）。

参考答案:超声波频率低，光束传播方向垂直于声波的传播方向，声光作用长度短4.晶体的光轴是指晶体中固定的方向，光沿该方向传播时有双折射现象产生。

（）参考答案:错5.晶体的电光系数越大，对应的半波电压也越大。

光电子技术课件ppt2[1]

22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
2024/10/13
光电子技术与应用
27
由得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I

光电子技术答案

工作物质能实现能态集居数反转分布的条条件？ 2）工作物质能实现能态集居数反转分布的条条件？上述条件是必要条件还是充分条件？为什么？述条件是必要条件还是充分条件？为什么？三能级E 三能级E3 泵浦吸收带内部条件寿命较长的亚稳态外部条件四能级E 四能级E4 产生激光的上能级
要求泵浦光足够强（要求泵浦光足够强（Vp＞VG）
四能级产生激光的能级是激发态E3和E2能级，在产生激光的能级是激发态E 能级，产生激光的能级是激发态泵浦的作用使大量基态E 离子受激吸收受激吸收跃迁到泵浦的作用使大量基态E1的Nd3+离子受激吸收跃迁到达能带E 离子在E 寿命极短，达能带E4内，但Nd3+离子在E4上寿命极短，很快通过非辐射驰豫过程（用曲线箭头S 表示）非辐射驰豫过程（用曲线箭头S43表示）跃迁到寿命过程较长的亚稳态E3上。而能级E2的寿命又很短，进入该较长的亚稳态E 而能级E 寿命又很短，亚稳态能态的粒子又很快非辐射跃迁（表示）到基态，能态的粒子又很快非辐射跃迁（又S21表示）到基态，非辐射跃迁所以N 约为0 这样N 在能态E 和能态E 所以N2约为0，这样N3≥N2，在能态E3和能态E2间实现集居数分布反转。三能级模型与四能级模型相比，了集居数分布反转。三能级模型与四能级模型相比，在实现集居数分布反转上，要比四能级困难。在实现集居数分布反转上，要比四能级困难。困难
∆nt ≤ n
,
所以三能级系统的阈值能量或阈值功率要比四能级系
光学谐振腔的作用？（两种）？（两种 7）光学谐振腔的作用？（两种）
选择激光模式，提高激光的相干性。 ①选择激光模式，提高激光的相干性。 ②提供光的正反馈，实现光的受激辐射放大。提供光的正反馈，实现光的受激辐射放大。

光电子技术基础

光电子技术基础
光电子技术是一种新型的技术，是光学与电子学技术的结合，其基本特性来自于光学
和电子技术，它可以实现光学传输、电子控制、信号处理、信号分析等功能，在许多研究
领域得到广泛应用，并作用于如通讯、精密仪器仪表等工业领域。

光电子技术的基础是光学和电子学，而光学是研究光的分布规律，光的性质，光的传
播行为，光祯现象，光的控制以及与电磁波的相互作用的一门学科。

光学的概念的应用，
涵盖着从宇宙射线至紫外线的电磁波及比紫外线更小的电磁辐射，从动物视觉到人眼，以
及可以常识性地解释视觉特性，色彩、传播、像、成像、光纤等重要概念都涉及这门学科。

而电子学是研究基于电子在物理学现象、力学物理量及外加电场控制的物理系统的应用的
一门学科，电子学关注电话机、集成电路以及其他电子器件的设计和运行原理；此外，电
子学也关联量子力学、电磁波、传播，以及气体电子学。

从二者的融合演变中可以看到，光电子技术把以上两门学科的原理和理论都融入其中，开发出各种光电子器件，如激光器、激光显示器、光电池、图像传感器等，该技术还可以
实现以光信号为媒介进行传输的信息处理，如在沟通、视频调制解调、卫星通信、图像处
理等工程中，给相关行业带来了极大的发展。

光电子技术基础考试题及答案

光电子技术基础考试题及答案一、选择题1.光通量的单位是（ B）.A.坎德拉B.流明C.熙提D.勒克斯2.辐射通量力e的单位是（B ）A焦耳（J） B瓦特（W） C每球面度（W/Sr） D坎德拉（cd）3.发光强度的单位是（ A）.A.坎德拉B.流明C.熙提D.勒克斯4.光照度的单位是（ D）.A.坎德拉B.流明C.熙提D.勒克斯5.激光器的构成一般由（ A ）组成A.激励能源、谐振腔和工作物质B.固体激光器、液体激光器和气体激光器C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料D.电子、载流子和光子6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。

适当偏置是（D）A 恒流B 自偏置C 零伏偏置D 反向偏置7.2009年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8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D）A.电光调制器B.声光调制器C.磁光调制器D.压光调制器9.电光晶体的非线性电光效应主要与（C ）有关白内加电场B.激光波长C.晶体性质D.晶体折射率变化量10.激光调制按其调制的性质有（ C ）A.连续调制B.脉冲调制C.相位调制D.光伏调制11.不属于光电探测器的是（ D）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D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13.LCD显示器，可以分为（ABCD）A. TN 型B. STN 型C. TFT 型D. DSTN 型14.掺杂型探测器是由（D）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。

A.禁带B.分子C.粒子D.能带15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（ B ）A色性好B单色性好C吸收性强D吸收性弱16.红外辐射的波长为（ D）.A 100-280nmB 380-440 nmC 640-770 nmD 770-1000 nm17.可见光的波长范围为（ C ）.A 200—300nmB 300—380nmC 380—780nmD 780—1500nm18. 一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，该灯的光通量为（A）.A .848lxB .212lxC .424lxD .106lx19.下列不属于气体放电光源的是（ D ）.A .汞灯B .氙灯C .铊灯D .卤钨灯1.33口是（A ）A.液晶显示器B.光电二极管C.电荷耦合器件口.硅基液晶显示器1.255mm的视像管，靶面的有效高度约为10mm,若可分辨的最多电视行数为400,则相当于（A ）线对/mm.A.16B.25C.20D.1822. 光电转换定律中的光电流与（ B ） .A温度成正比B光功率成正比C暗电流成正比D光子的能量成正比23. 发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是（ A ）A 超声波频率低,光波平行声波面入射,声光作用长度短B 超声波频率高,光波平行声波面入射,声光作用长度短C 超声波频率低,光波平行声波面入射,声光作用长度长D 超声波频率低,光束与声波面间以一定角度入射,声光作用长度短24.光束调制中，下面不属于外调制的是 ( C )A声光调制B电光波导调制C半导体光源调制D电光强度调制25.激光具有的优点为相干性好、亮度高及 ( B )A多色性好B单色性好C吸收性强D吸收性弱26.能发生光电导效应的半导体是 ( C )A本征型和激子型B本征型和晶格型C本征型和杂质型D本征型和自由载流子型27.电荷耦合器件分 ( A )A线阵式口和面阵式口 B线阵CCD和点阵CCDC面阵式口和体阵CCD D体阵CCD和点阵CCD28.电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输和( C )A计算B显示C检测D输出29.光电探测器的性能参数不包括(D)A光谱特性B光照特性C光电特性D P-I特性30.光敏电阻与其他半导体电器件相比不具有的特点是(B)A.光谱响应范围广B.阈值电流低C.工作电流大D.灵敏度高31.关于LD与LED下列叙述正确的是(C)A. LD和LED都有阈值电流B .LD调制频率远低于LED C. LD发光基于自发辐射D .LED可发出相干光32.光敏电阻的光电特性由光电转换因子描述，在强辐射作用下（A）A. ?=0.5B.? =1C. ?=1.5D. ?=233.硅光二极管主要适用于[D]A紫外光及红外光谱区B可见光及紫外光谱区C可见光区D可见光及红外光谱区34.硅光二极管主要适用于[D]A紫外光及红外光谱区B可见光及紫外光谱区C可见光区D可见光及红外光谱区35.光视效能K为最大值时的波长是（A）A．555nm B.666nm C．777nm D.888nm36.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37.下列光电器件，哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压（C）A Si光电二极管B PIN光电二极管C雪崩光电二极管D光电三极管38.对于光敏电阻，下列说法不正确的是：（D）A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系B 光敏面作成蛇形，有利于提高灵敏度C 光敏电阻具有前历效应D 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动39. 在直接探测系统中, （B）A 探测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相位B 探测器只响应入射其上的平均光功率C 具有空间滤波能力D 具有光谱滤波能力40.对于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）来说，下列说法正确的是（D）A LD只能连续发光B LED的单色性比LD要好C LD内部可没有谐振腔D LED辐射光的波长决定于材料的禁带宽41.对于N型半导体来说，以下说法正确的是（A）A费米能级靠近导带底B空穴为多子C 电子为少子D 费米能级靠近靠近于价带顶42. 依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: （D）A 光电二极管B 光电三极管C 光电倍增管D 光电池43. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。

光电子技术(基础光学知识)

短波
超短波
微波
光红外波线
可见光
主要形成手段电子线路
波长范围 3~30km 200m~3km 10~200m 1~10m
行波管、调速管、磁控管
1mm~1m
热体
激 0.76um~1mm 光
电弧灯
0.40~0.76um
频率范围/MHz 目前的主要应用
0.01~0.1
越洋长距离通讯、导航
0.1~1.5
• 由自然光得到偏振光的过程称为起偏，所用器件为起偏器，常见起偏方式有以下几种：
• （1）基于晶体双折射原理的起偏，这是最有效的一种起偏方式，我们将在以后关于晶体光学与光调制的章节中加以详细讨论。
• (2)布儒斯特（Brewster）角起偏，这是利用光在界面上的反射与吸收过程使自然光起偏，以获得偏振光的一种方式。如图2.3所示，当自然光入射到折射率分别为nl ，n2的两种介质界面上时，若将入射光分为平行和垂直入射面的两部分振动，其反射光和折射光都变成了部分偏振光。介质表面对垂直和平行入射面的电场分量的反射率均是入射角θ1的函数，相互关系如图2.3 (c)所示。尤其是在某一特定角θ1 = θB时，平行分量的反射率为0，反射部分只
19世纪60年代，麦克斯韦 (J. C. Maxwell ) 建立了电磁场理论，并认为光是一定频率范围内的电磁波，具有一般电磁波的波动特性，为波动说建立起更为
坚实的理论基础。
但是，从19世纪末到21世纪初，人们又陆续发现了一系列波动理论难以合理解释的现象，如黑体辐射、原子的线状光谱和光电效应等。以后，人们在努力解释有关光和物质相互作用的现象时，越来越多地认识到必须承认光具有粒子特性。 1900年普朗克（M. Planck）提出辐射的量子理论,1905年爱因斯坦（Einstein）发展了普朗克的量子化假设，形成了一种全新意义的光子学说。

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1 2L
ln
1 r1r2
)
J th
edNth
量子效率与热载流子泄露
➢ 微分量子效率
外部微分量子效率：
ext
Pout I
h 0 e
Pout hv0 (I Ith ) e
Pout
ext
h 0 e
(I
Ith )
内部微分量子效率：
int
g th S I e
ext
Sout g th S
int
(
m in
R1R2 Gs sin 2
L
[
0
g
(
v
,
z
)
பைடு நூலகம்
in
]dz
G e ; s
2 c
L
0 neff (v, z)dz
➢ ASE谱和噪声
I
ASE,M
(
)
nsp
(G
1)h
➢ 交叉增益调制（串话）
1 R1G (1 R1R2G 2 )
1
R1G
N(| E |2) g(N) G(| E |2)
➢ 光学非线性
➢ 阈值随温度的变化
载流子的非辐射复合速率和热载流子泄露均随温度升高而增加，导致阈值电流密度增加：
J
th
J 0eT
T0
T0: 特征温度
T0 50 ~ 70K for InGaAsP LD' s, T0 150 ~ 180 K for GaAs LD' s
➢ 量子效率随注入电流的变化
随注入电流增加，结温升高，导致载流子泄露和非辐射复合速率增加，从而引起量子效率降低。
Rsp BN 2 ,
RAuger CN 3,
j
in
1 2L
ln
1 R1R2
,
j
半导体激光器的静态特性
➢ 稳态光子速率方程
Sj
(
jRsp (N) j j g j )vg, j
➢ 阈值增益
g 0, th
1
( in
1 2L
ln
1 r1r2
)
➢ L-I 特性和光谱特性
N th
N0
1 a
( in
➢ 一个实例
1.3um InGaAsP DCPBH LD
输出发散角
➢ 一般情形
~ 2 sin 1 deff || ~ 2 sin 1 weff
典型值： ~ 30 ~ 40, || ~ 10 ~ 20 ➢ 分别限制异质结（SCH）激光器
➢ 模斑变换器（SSC）
动态特性
➢ 时间延迟
dN J N dt ed
m
)
int
➢ 热载流子泄露
J N e N e e N e (Ec,B Fn ) kT
(Ec,A Fn ) kT (Ec,B Ec,A ) kT
Ec kT
L
c,A
c,A
th
➢ 增益饱和
g j,th a(Nth N0) b( j 0 )2 高光子密度下： g j g j,th (1 S) ε：增益压缩因子
半导体光电子器件
Semiconductor Optoelectronic Devices （二）
半导体激光器的速率方程理论（0维模型）
➢ 激光器的纵模（以FP激光器为例）
纵向谐振条件： m 2neff,mL m, m int
纵模间隔： m m m1 2neff,mL m2 2m (2neffL)
N (| E |2 ) n(N ) n(| E |2 )
应变层多量子阱（SL-MQW）器件
➢ nm级有源层
➢ 特点
态密度减小导致高微分增益和极低的阈值。为提高功率限制因子，一般采用多量子阱和分别限制异质结结构。
➢ 应变层量子阱和能带工程
PIN光电二极管
➢ PN结光电效应 ➢ PIN光电检测器
➢ 分布布拉格反射（DBR）激光器
➢ 垂直腔面发射激光器（VCSEL）
DFB 激光器的光谱特性
➢ 均匀光栅的反射谱 ➢ DFB 激光器的输出谱
➢ λ/4 相移 DFB 激光器
➢ DFB 激光器的纵模
在无镜面反射时：
m
B
(m
1 2)2B 2ng L
单纵模激光器的基本特性
➢ 线宽增强因子
4 dneff a dN
➢ 激射波长随温度的变化
随注入电流增加，结温升高，导致有源区带隙减小，从而引起激射波长的增大。
m (T ) 2neff (T )L(T ) m 0.07nm/K for GaAs; 0.1nm/K for InGaAsP
peak(T ) 1.24 Eg (T ) kT
0.35nm/K for GaAs; 0.5nm/Kfor InGaAsP
d
Nth J 0 ed
N
1
dN
ln
J J Jth
➢ 瞬态过程：驰豫振荡和振荡阻尼
增益压缩因子 ε 、自发辐射系数 β 和纵模数目均对激光器的驰豫过程具有阻尼作用
➢ 等效电路和调制谱宽
m
1 RsC p
动态单纵模激光器（纵模控制技术）
➢ 解理耦合腔（C3）激光器
➢ 外腔激光器
➢ 分布反馈（DFB）激光器
➢ 异质结PIN管
半导体光电检测器材料
➢ 各种材料的吸收谱
➢ 响应度和量子效率
R Iph Pin
e hv Iph e Pin hv
e hv
➢ 材料的晶体特性
APD光电二极管
➢ 器件基本结构
➢ 基本原理
光晶体管
电吸收（EA）调制器
➢ 激子效应 ➢ 量子限制Stark效应
➢ 吸收谱
➢ 纵模增益
g j (N) a(N N0) b( j 0 )2
➢ 速率方程
dN
dt
J ed
RSRH (N ) Rsp (N ) RAuger(N )
j
g jS jvg, j
dS j dt
(j g j
j )S jvg, j
j Rsp (N )
j M ,M 1,....,M
RSRH AN ,
➢ 端面出光功率
Pout P1 P2
P1 (1 r1) r2 , P2 (1 r2) r1
P1
ext
h e
0
(
(1 r1) r2 r1 r2 )(1
r1r2 ) (I Ith )
P2
ext
h e
0
(
(1 r2 ) r1 r1 r2 )(1
r1r2 ) (I Ith )
半导体激光器的温度特性
➢ 谱线宽度
v
hvnspvg2 8P0
m
(in
m
)(1 )
➢ 频率啁啾效应
1 nsp 1 e(Fn Fp )Eg kT
v(t)
4
d
ln P(t) dt
2 d hvV
P(t)
半导体光放大器（SOA）
➢ 基本结构
➢ 增益谱
G 1
(1 R1)(1 R2 )Gs
2
R1R2 Gs 4