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光电子学(南邮)复习要点

Chapter1 Optical Properties of Semiconductors 半导体光学特性一．复折射率的实，虚部的意义： Refractive index n r21/2'''0/()r r r c n c v i n in σμεω==+=+ '''r r The real part of index n speed of lightThe imaginary part of index n attenuation of light↔↔二．折射率与增益吸收系数的关系： Absorption coefficient αThe absorption coefficient αis described by the absorption of the intensity.00(),(),1z z I z I e dI I e dz dI I dzαααα--==-⇒=-传播单位距离相对光强的吸收量。

量纲：/cm.三．电子与光子相互作用遵守能量与动量守恒：表达式：课件1-1P16,17图：失去一个光子（光子被电子吸收），得到动量改变，光子数减一，能量从光场转变到电场，满足能量，动量守恒。

A schematic of an absorption process where a photon is absorbed (destroyed) and the energy and momentum of the electron is altered; the emission of a photon where a photon is created.P18, Band to band absorption and emission in semiconductors. An electron in the valence band absorbs a photon and moves into the conduction band; In the reverse process an electron in the conduction band emits a photon and moves "vertically" down into the valence band. Direct Interband TransitionsReduced e —h mass ( 折合质量 ) The interaction can cause absorption or 222222*11()()211()22C V e hg e h rk E E m m k E m m k m ωω****=-++-=+= *r memission of photons.The absorption process is proportional to the photon density ph n比较本征吸收与非本征吸收的条件，类型：Conditions: 本征吸收：光子能量大于材料带隙；非本征吸收：光子能量小于材料带隙。

光电子技术基础总结89页PPT

一、光纤波导的结构及弱导性
光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导，它由纤芯、包层和护套三部分组成。
当满足一定的入射条件时，光波就能沿着纤芯向前传播。
护套包层纤芯 2a
1、光纤的分类
按折射率分布的方式分类：阶跃折射率光纤和梯度折射率光纤。
按传输的模式数量分类：单模光纤和多模光纤。
总结
2、光纤的弱导性
一、电致折射率变化二、电光相位延迟（纵向、横向）
总结
2.3 光波在声光晶体中的传播
一、声光栅
声波是一种弹性波(纵向应力波)，使介质产生相应的弹性形变，激起各质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化。
介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光栅”，该光栅间距(光栅常数)等于声波波长s。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。
{E2021(co2s1t1)E2022(co2s1t1) E0E 10[2co1 s(2)tcos1(2)t]}
上式各项中，除了有零频项（直流项）和倍频项外，还有和频项以及差频项。
这些极化波再辐射，产生相应的零频光、倍频光、和频光、差频光。
2.7 光波在水中的传播总结
波在水中传播时，纵波的衰减最小，而横波的衰减一般很严重。
光电子技术基础总结
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克

光电子学 (第一章3)PPT课件

1
光与物质相互作用基础
§1-1 光的波动理论与光子学说 §1-2 物质的微观结构与能量状态 §1-3 热辐射的一般概念 §1-4 黑体辐射 §1-5 自发辐射、受激吸收和受激辐射
§1-6 谱线形状和宽度
§1-7 均匀加宽和非均匀加宽 §1-8 辐射的经典理论
第三讲要点
1
2
谱线加宽原因？
均匀加宽
自然加宽线型函数
vN—自然加宽谱线宽度
§1-1光波动理论与光子学说
一、均匀加宽二、非均匀加宽
§1-2物质微观结构与 §1-3热辐射一
能量状态
般概念
§1-4黑体辐射
§1-5自发辐射, 受激吸 §1-6谱线形状
收和受激辐射
和宽度
问题：碰撞加宽原因？
§1-7均匀加宽和非均匀加宽
§1-8辐射的经典理论
线宽，受激跃迁引高能粒子变化：
谱线加宽dn21/dt不再=n2B21w()，
1. 辐射场线宽小（准单色）两情况：
2. 原子与连续谱光辐射场作用
§1-1光波动理论与光子学说
§1-2物质微观结构与 §1-3热辐射一
能量状态
般概念
§1-4黑体辐射
§1-5自发辐射, 受激吸收和受激辐射
§1-6谱线形状和宽度
1. 经典的观点 2. 量子力学的观点
§1-7均匀加宽和非均匀加宽
§1-8辐射的经典理论
注意：经典与量子解释！
为什么有宽度?
原（分）子阻尼振动，粒子发光，一段t 发射有限波列；
波形频谱，若干简谐波叠，跃迁发
EM波分布中心附近小范围单色
波组合，谱线宽度。
Na光灯发黄光射光谱仪，达底板，若干细线光谱，每条——谱线，

光电子学完整PPT课件

第一章电磁波与光波（理论基础）第二章激光与半导体光源第三章光波的传输第四章光波的调制第五章光波的探测与解调
.
未来是光通信的世界。
第一章光波与电磁波
➢麦克斯韦方程组的积分形式 ➢高斯定理斯托克斯定律 ➢麦克斯韦方程组的微分形式 ➢边界条件 ➢电磁波的性质 ➢电磁波谱
.
麦克斯韦方程组及其物理意义
E和H幅度成比例、复角相等
0E0 0H0
E H
电磁波的传播速度
v 1 k 00
C
1
00
3108.m/ s
介质中真空中
为什么说光波是电磁波?
1) 根据麦氏方程推导, 电磁波在真空中的速度为
c 1 3.107 140 8ms
00
当时通过实验测得的真空中的光速也为 3108 m s
2) 根据麦氏方程: 电磁波在介质中的速度为
玻尔频率条件： h En Em 或 En Em
h
式中h为普郎克常数：
h 6 .6 2 1 3 0 J 4s
.
激光的基本原理、特性和应用 ——玻尔假说
原子能级
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。
（对于非铁磁质）
v c
根据光学中折射率的定义，则
.
v c
nc vc vn
为什么说光波是电磁波?
如果光波是电磁波，比较上面两式：
v c 和v c
n
n
麦克斯韦关系式
➢而当时测得的无极分子物质，按上式计算的折射率与测量的折射率能很好的符合。 ➢当时测得的为有极分子物质，上式中的ε用光波频率时的值，则上式就成立了。平时ε在低频电场下测量。 ➢所以麦克斯韦判定，光波是电磁波。

《光电子学》总复习

粒子数反转

净辐射的光子数：
dN 21 dN12 B21 ( ) N 2 N1 dt

若N2>N1，则光放大。但是，由于粒子遵从玻尔兹曼分布，则有：
N2 N1

e

E 2 E1
k BT
E E2 E1 n3 n2 n1
ne

E k BT
n
即N2<N1 （正常分布），宏观上表现为光吸收。要实现受激辐射光放大，必须造成N2>N1的粒子数反转分布。
受激辐射

受激辐射：当受到外来的能量 h E2 E1 的光照射时，高能级E2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。
受激辐射
自发辐射

自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E2向低能级E1跃迁，同时放出能量为 h E2 E1 的光子特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播，是非相干光。
发光二极管的工作原理

英文全称：Light Emitting Diode，简称LED 有源区电子和空穴之间的自发辐射复合发光。发光的颜色直接与半导体材料的禁带宽度相关：
h 0 h
c
0
E g， ( m )
0
1.24 E g ( eV )
LED光源的材料和工作波长
单质半导体材料 -> 间接带隙材料 -> 不适合做光源化合半导体材料 -> 直接带隙材料 -> 用于做光源 - 如III-V族化合物(由Al、Ga、In和P、As、Sb构成的化合物) LED基本材料： - Ga1-xAlxAs (砷化镓掺铝)：800~850 nm短波长光源 - In1-xGaxAsyP1-y (磷化铟掺砷化镓)：1000~1700 nm长波长光源 x和y的值决定了材料的带隙，也就决定了发光波长

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
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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

光电子学复习

光电子学复习相格：描述光子状态所能分辨的最小尺度。

简并：多个光子处于同一量子态的现象。

光子简并度：处于同一量子态的平均光子数目。

热辐射：物体的温度在高于绝对零度时向外界发出辐射（电磁波），这种辐射称为热辐射。

朗伯体：辐射亮度是均匀与方向无关的辐射体。

视见函数：某一波长的光谱光视效能与最大光谱光视效能之比，表示人眼对不同频率光波的敏感程度。

普朗克公式:自发辐射：处于高能级E2的粒子，在停留了一个很短的时间内自发地向低能级E1跃迁，同时辐射出一个能量为hv = E2 - E1的光子。

受激吸收：外来的入射光子，能量hv = E2 - E1，使处于能级E1的粒子跃迁到高能级E2上。

受激辐射：当原子受到外来光子作用时，若光子能量为hv = E2 - E1，则处于高能级E2上的原子在外来光子的诱导下，从高能级E2跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与外来光子相同的光子。

均匀加宽：每一个发光粒子所发的光对谱线的任一频率都有贡献。

非均匀加宽：粒子所发的光只对谱线内某些确定的频率有贡献。

碰撞加宽：无规则运动状态的分子由于相互之间的“碰撞”而引起的谱线的加宽。

激发态能级寿命：如果受到外界的刺激，粒子将会从基态跃迁到高能级，从而处在激发态上。

粒子在激发态上停留一段极短的时间后，会向低能级跃迁。

粒子在激发态停留的这一段极短的时间就叫做激发态能级的寿命。

亚稳态能级：能级寿命相对激发态大很多，但不是基态，是能级寿命相对较长的激发态，粒子可以在能级上停留较长时间。

粒子数反转：（内因）介质中必须含有亚稳态能级的合适能级结构，（外因）有激励源。

负温度：当物质的能级粒子数出现反转时，已不是处于热平衡状态，一般不能用玻尔兹曼分布表示。

如果在形式上使用热平衡分布公式，会得到负温度的概念。

激活介质：能够产生粒子数反转的介质叫做激活介质。

增益饱和：增益系数随光强增大而下降的现象称为增益饱和现象。

三能级系统粒子数反转的形成过程：E0为基态能级，E1、E2为激发态能级，其中E1为亚稳态能级。

光电子技术复习课件

子午光线的平面称为子午面。
2.5光波在光纤波导中的传播
设光线从折射率为n0的介质通过波导端面中心点入射，进入波导后按子午光线传播。根据折射定
律，当产生全反射时，要求1 0 ，因此有：
sin 0

1 n0
(n12

n22 )1/2(2.6

5)
一般情况下，n0=1（空气），则子午光线对应
(1.3 3) 1)
令 C1 2hc2 ，C2 hc / kB ，则(1.3-3)式可改写为：
Mvb (T )

C1
5
1 eC2 / T
(W/cm m)
1
其中： C1 (3.741832 0.000020 ) 10 12 W cm2 数 C2 (1.438786 0.000045 ) 10 4 μm K
角和光线与光纤轴线的夹角。 (b) 偏斜光线的螺旋路经及其在纤芯横截面上的投影
2.5光波在光纤波导中的传播
（i）子午光线
当入射光线通过光纤轴线，且入射角1大于界面
临界角
0

s in 1
n2 n1
时，光线将在柱体界面上不断
发生全反射，形成曲折回路，而且传导光线的轨迹始
终在光纤的主截面内。这种光线称为子午光线，包含
光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导。光纤的典型结构如图1（a）所示，它由纤芯、包层和护套三部分组成。纤芯和包层构成传光的波导结构，护套起保护作用。波导的性质由纤芯和包层的折射率分布决定，图1（b)、(c) 是两种典型的纤芯折射率剖面图。
护套
包层
(a)
2a
纤芯
阶跃剖面n(r) n1
纤芯 a

光电显示技术 -光电子学综述ppt,43页

1
电子束首先由加在第一控制栅极的视频电信号调制，经加速和聚焦后，高速轰击荧光屏上的荧光体，荧光体发出可见光。
电子枪中阴极K被灯丝加热至 200K 时，阴极 K 发射大量电子。
2
最后通过偏转磁轭控制电
3
子束、在荧光屏上从上到下，从左到右依次扫描，
从而将原被摄图像或文字
完整地显示在荧光屏上。
常利用液晶的电控双折射、旋光效应、
宾主效应。
24
液晶显示技术
3.5
LCD与CRT的对比
但LCD屏只含有固定数量的液晶单元，只能在全屏幕使用一种分辨率显示。
（1）CRT尺丁显示可选择一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以调整，
（2）CRT通常有3个电子枪，射出的电子流必须精确聚集，否则就得不到清晰的图像显示。而LCD不存在聚焦问题，因为每个液晶单元都是单独开关的，这正是同样一幅图在LCD屏幕上如此清晰的原因。（3）LCD不必关心刷新频率和闪烁，液晶单元要么开，要么关，所以在 40 ~ 60Hz这样的低刷新频率下显示的图不会比75Hz下显示的图像更闪烁。不过，LCD屏的液晶单元会很容易出现瑕疵。
光电显示技术综述
光电显示技术
【制作人】
xxx
【制作时间】 2015.12.25
1
目
录
1
光电显示技术概述
阴极射线管显示技术液晶显示技术激光显示技术
2
3 4
2
光电显示技术
1 光电显示技术概述
3
光电显示技术概述
1.光电显示技术的定义
光电显示技术是将电子设备输出的电信号转换成视觉可见的图、图形、数码及字符等光信号的一门技术，是光电子技术的重要组成部分。

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爱因斯坦关系式
当T趋近无穷大时，上式依然成立，则有
B12 B21
①
B12=B21说明了原子的吸收谱与发射谱相同代入式中得到：
A21 8h 3
B21
c3
②
在折射率为μ的介质中
A21 B21
8n 3h 3
c3
直接跃迁
动量守恒（选择定则）：
hk ' hk 光子动量 0
光的波矢：以可见光为例，典型波长为500nm，相对应的波矢绝对值为 2×104cm-1
谐振腔的选择
三个因素：衍射损耗；模体积；腔体镜面的安装
模体积：激光模式在腔内所能扩展的空间范围。模体积大，对该模式的振荡有贡献的激发态粒子数就多，就可能获得大的输出功率。
光的损耗：光通过增益介质产生的损耗；光束在谐振腔镜面上由于透射、散射和吸收等因素而产生的损耗；光束在谐振腔中因衍射而产生的损耗
M1 谐振腔
激光
M2
阈值条件
光的增益超过光的损耗时，光波才能被放大
光放大：一段激活物质就是一个光放大器
光损耗：几何偏折损耗；衍射损耗；腔镜反射不完全引起的损耗；材料中的非激活吸收、散射
激光准确内涵是“来自受激辐射的放大、增强的光”。
英文全称为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写为Laser，中文也常音译为“镭射”。
激光的产生原理是利用了物质原子受激辐射后发生跃迁的特性。
粒子数反转
净辐射的光子数：
h Ep 电子能量差E
由于声子的小能量很小，数量级在 10-2eV以下，可以忽略不计。
动量守恒相应的变为：
hk '
hk
hq
光子动量
0
简化之后，得到：
跃迁过程中电子波矢k发' 生k改变。q
负号表示发射声子，正号表示吸
收声子。
激光发光二极管光电探测器光纤及光纤通信
激光的定义
《光电子学》总复习
主讲教师：
能级能带
能级
能带
E 能隙，禁带
N条
1、越是外层电子，能带越宽，E越大； 2、原子间距越小，能带越宽，E越大； 3、两个能带有可能重叠。
N个原子构成晶体时的能级分裂
N= 4 N= 9
电子能量
电子能量
原子间距
当 N 很大时能级
分裂成近似连续的能带
电子能量
N∞
原子间距
原子间距
光学谐振腔
要获得具有一定寿命和强度的激光，必须加光学谐振腔，即光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。
谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和方向的光加以抑制。凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外，与工作介质不再接触。沿轴线运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡，运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，沿轴线运行的光子将不断增殖，在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光。
电子的波矢：数量级为原子间距的倒数（1/a），约为106～108cm-1
光子动量远小于能带中电子的动量，即光子动量可以忽略不计，选择定则
变为： k' k
即电子跃迁过程中波矢不变。能量守恒：
h 电子能量差E
间接跃迁
在非直接跃迁过程中，电子不仅吸收光子，同时还与晶格交换一定的振动能量，即放出或者吸收一个声子。严格的能量守恒变为：
求得Si每平方厘米内有5.00×1022个原子，Ge 有4.42×1022个原子。
受激辐射
受激辐射：当受到外来的能量 h E2 E1 的光照射时，高能级E2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。
受激辐射
自发辐射
自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E2向低能级E1跃迁，同时放出能量为 h E2 E1 的光子
特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播，是非相干光。
自发辐射
受激吸收
受激吸收：处于低能级E1的原子受到外来光子
（能量 h E2 E1）的刺激作用，完全吸
收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程特点：处于低能级E1的原子受到外来光子的刺
激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级 E2的过程
分布。
正常分布VS反转分布
亚稳态
如何实现粒子数反转呢？为了实现粒子数反转分布，必须供给原子能量，
把低能级的原子搬到高能级上去，这种过程叫做光抽运。通过给物质提供能量，可以使较多的原子跃迁到高能级，如果物质具有亚稳态，就能实现粒子数反转。亚稳态的寿命（约为10-3秒）介于基态和激发态等（。约为10-8秒）之间，如He、Ne、Ar、CO2 具有亚稳态的工作物质，就能实现粒子数反转分布，这种介质称为激活介质或增益介质。
受激吸收
单位时间内粒子体系从辐射场吸收的光子数目 = 单位时间内粒子体系向辐射场发射的光子数目
A2Байду номын сангаасn2dt B21vn2dt B12vn1dt
自发辐射光子数
受激辐射光子数
受激吸收光子数
联立三式：
c3
hv
(e kBT
1)
B21 ( B12
hv
e kBT
1)
8hv3
A21 B21
dN21 dN12 B21( )N2 N1dt
若N2>N1，则光放大。但是，由于粒子遵从玻尔兹曼分布，则有：
E2 E1
N e 2
kBT
N1
E
E2 E1
n3 n2
E
n e kBT
n
n1
即N2<N1 （正常分布），宏观上表现为光吸收。要实现受激辐射光放大，必须造成N2>N1的粒子数反转
N个原子的情况
原来孤立原子的能级发生分裂，若有N个原子组成一体，对于原来孤立原子的一个能级，就分裂成 N条靠得很近的能级，称为能带（energy band）。
能带的宽度记作 E，E ～1eV 的量级。若N~1023，则能带中两相邻能级的间距约为
10-23eV。 Si和Ge的晶格常数分别为0.54和0.57nm，从而
产生激光的前提条件
有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质；
有外界激励源,使激光上下能级之间产生集居数反转；形成激光的内在依据
有激光谐振腔，使受激辐射的光能够在谐振腔内维持振荡。形成激光的外部条件
激光器的组成部分
常用激光器由三部分组成：
工作物质泵浦源
光学谐振腔
激励能源
工作物质

石墨烯光学性质以及二维材料的纳米光子学性质浅析

页数:20
天津大学2020硕士研究生初试考试自命题科目大纲807工程光学与光电子学基础

页数:5
新材料发展方向

页数:8
光电子学知识点

页数:4
光电子学与光学

页数:16
-光电子领域电子科学与技术学科前沿课程

页数:90
知识点大纲

页数:15
(信息技术类)信息技术类基础知识点

页数:9
光电子学课程论文

页数:9
2014考研华东师范大学《906半导体物理学》冲刺重点背诵

页数:22