光电子作业

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光电子技术——精选推荐

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。

北京交通大学光电子学作业参考答案

变化．阴极在光照下发射光电子，光电子被极间电场加速聚焦，轰击倍增极，倍增极
在高速电子轰击下产生更多的电子，电子数目增大若干倍。
光敏电阻：
4. 光电倍增管的负高压供电方式\噪声特性? 负高压供电方式是指电源正极接地，使阳极输出直接接入放大器输入端而无需隔直流电容。
优点是便于用直流法测量阳极输出电流，能响应变化非常缓慢的光信号。缺点是地处于高电位，易受外界电磁干扰，噪声大。对电磁屏蔽良好的光电倍增管来说，其噪声主要来源是暗电流、光信号电流、背景光电流以及负载电阻的热噪声。如果光信号变化缓慢，还应考虑 1/f 噪声。
效率η则是对同一个问题的微观 ---宏观描述。现在把量子效率和灵敏度联系起来，
可得 η
=
hv e
Ri
光谱量子效率 η λ
=
hc eλ
Ri
通量阈 Pth 和噪声等效功率 NEP：实际情况告诉我们，当 p＝o 时，光电探测器的输出
电流并不为零。这个电流称为暗电流，记为 In=( im2 )1／2，它是瞬时噪声电流的有
1. 描述 CCD 的性能参数有那些?其含义是什么？一.转移效率：是指电荷包在进行一次转移中的效率，即电荷包从一个栅下势阱转移到下一个栅下势阱时，有 V 部分电荷转移过去，余下 ε(称为失效率)部分没有转移， η 用公式表示为η＝1－ε 二暗电流：是指在既无光注入又无电注入情况下输出的电流。三噪声：散粒噪声、转移噪声和热噪声四灵敏度(响应度)：指在一定光谱范围内，单位曝光量（光强与光照时间之积）的输出信号电压(电流)。五分辨率：指摄像器对物像中明暗细节的分辨能力。用 MTF 表示分辨率六噪声等效功率 NEP：当入射辐射的功率为 NEP 时，则 CCD 输出的 S／N 为 1。NEP 又常常称为探测器的灵敏度。七动态范围：光敏元满阱信号／等效噪声信号。八峰值波长与截止波长：峰值波长(λp)表示探测器对入射光最灵敏的那个波长，单位为μm(或 nm)。

光电子技术基础作业一

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？。

光电子技术作业解答

赖老师的课到期中考试为止一共有9次作业，依次分别由冯成坤、饶文涛、黄善津、刘明凯、郑致远、黄瑜、陈奕峰、周维鸥和陆锦洪同学整理，谨此致谢！作业一：1、桌上有一本书，书与灯至桌面垂直线的垂足相距半米。

若灯泡可上下移动，灯在桌上面多高时，书上照度最大？（假设灯的发光强度各向通性，为I0）解：设书的面积为dA ，则根据照度的定义公式：dAd I dA d E 0Ω==φ （1）其中Ωd 为上图所示的立体角。

因而有：2/32222)h (L hdA h L cos dA d +⋅=+⋅=Ωθ （2）将（2）式代入（1）式得到：2/3220)h (L hI E += （3）为求最大照度，对（3）式求导并令其等于零，0dhdE= 计算得：m 221h =因而，当高度为m 221时书上的照度最大。

2、设He-Ne 激光器中放电管直径为1mm ，发出波长为6328埃的激光束，全发散角为θ=10-3rad ，辐射通量为3mW ，视见函数取 V(6328)=0.24，求：（1）光通量，发光强度，沿轴线方向的亮度？（2）离激光器10米远处观察屏上照明区中心的照度？（3）若人眼只宜看一熙提的亮度，保护眼镜的透射系数应为多少？解：（1）光通量：lm 49.010324.0638V K 3m v =⨯⨯⨯=Φ⋅⋅=Φ-θ 发光强度：cd 1024.64d d I 52vv ⨯≈Φ=ΩΦ=θπ 亮度：211235m /cd 1059.7)10(41024.6dAcos dI L ⨯≈⨯⨯==-πθ轴（2）由题意知，10米远处的照明区域直径为： m 101010L D 23--=⨯=⋅=θ从而照度为：lx 9.6238)10(4149.0D 4E 222v=⨯⨯=Φ=-ππ（3）透射率：81141026.11095.710L 1T -⨯≈⨯==轴（熙提）作业二1、说明蓝色火焰与黄色火焰的色温谁高，为什么？答：色温是用黑体的温度来标度普通热辐射源的温度。

《光电子学教程》课后作业答案-部分

5.He-Ne激光器发出激光的中心频率为0=4.74*10 Hz，增益曲线上超过阀值的宽度=1.5*10Hz，令腔长L=1m，问可能有多少个纵模输出？为获得单模输出，问腔长最长为多少？
解:
则纵模输出的个数为:
为使获得单模输出,需
7.He-Ne激光器的腔长为1m，计算基横模的远场发散角和10km处的光斑面积。
７。在He-Ne激光器的增益曲线上1/2G(v0)处，有两个烧孔，增益曲线半宽度为1500MHz，计算与烧孔相对应的粒子速度有多大？
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第三章激光振荡与工作特性
1.要使氦-氖激光器的相干长度达到1Km,它的单色性Δλ/λ0应为多少？解：根据P48式(3-1-2)：
好好学习，天天上上
03电子科学与技术
４）α＝０.５dＢ时：＝１.１２２，所以损耗百分比为：（１－）×１００﹪＝１０.９﹪；
５）α＝０.２dＢ时：＝１.０４７，所以损耗百分比为：（１－）×１００﹪＝４.５﹪；
4、阶跃光纤的纤芯折射率，包层折射率为 ,如果一条光线沿轴向传输，另一条光线沿最大入射角入射。计算传输１ｋＭ后两光线的时延差。解：
好好学习，天天上上
03电子科学与技术
光电子学课程作业
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章节目录
第五章光辐射的探测
第四章光辐射在介质中波导中的传播
第三章激光振荡与工作特性
第二章介质中的光增益
第一器件
第七章光电转换器件
第八章第八章光波调制
第一章光与物质相互作用基础
2. 说明相干长度相干时间与光源的关系：相干面积，相干体积的物理意义。答：根据故：光源频率宽度越窄，相干时间越长，相干长度也越长。根据P49(3-1-12),相干面积的物理意义：从单位面积光源辐射出的光波，在其传播方向上发生相干现象的任一截面面积范围为辐射波长λ与该截面至光源距离R的乘积的平方。根据P49(3-1-13)，相干体积的物理意义：在单位面积光源辐射出的单位频率宽度的光波，在其传播方向上发生相干现象的任一体积范围为相对应的相干面积与光速的乘积。

半导体光电子学导论作业1

半导体光电子学导论第一章半导体中光子-电子的相互作用6.推导伯纳德-杜拉福格条件，并说明其物理意义。

对于电子从价带向导带的受激吸收，其跃迁速率为)()()1(1212hv P hv f f B r red v v ρ-= （1）而电子从导带向价带的受激发射的跃迁速率为)()()1(2121hv P hv f f B r red c c ρ-= （2）当被光子激励的半导体能带系统处在平衡态下并忽略导带电子自发辐射复合的影响时，受激发射与受激吸收速率是相等的，即有2112r r =。

但在有电子注入等非平衡条件下，就有可能使2112r r <，并令净r 为受激发射与受激吸收的速率之差，即2112r r r -=净（3）将式（1）和式（2）代入式（3）可得)())((21hv P f f hv B r v c red -=ρ净（4）其中已考虑了爱因斯坦关系2112B B =，因为在净的受激发射下，必定有0>净r ，即式（4）必须满足V c f f > （5） c f 和v f 分别代表导带和价带中某一能量c E 和v E 为电子所占据的几率： 1)]exp(1[--+=Tk F E f B c c c （6） 1)]exp(1[--+=Tk F E f B v v v （7）其中c F 和v F 为准费米能级，用来描述导带与价带载流子的分布。

将式（6）和式（7）代入式（5），并考虑到hv E E c v -=（hv 为光子能量），则有 )exp()exp(Tk F E T k F hv E B c c B v v ->-- （8）或者更简单的表述为hv F F v c >- （9）对于带间跃迁的受激发射，需满足g E hv ≥，故式（9）还可以写为g E F ≥∆ （10）式（7）及其演变式（8）和（9）即伯纳德-杜拉福格条件。

它是半导体中产生受激发射的必要条件，也可称为半导体激光器的粒子数反转条件，是半导体激光器得以成功的理论基础。

光电技术作业答案

响应时间短、暗电增益高、响应时间短、有非线性、特点流小、灵敏度高、增益受偏压及温度影响大线性度好。应用弱光探测、光子计数、光通信等应用广泛
第五章
补充：图为一光伏探测器和一理想运算放大器构成的光电探测电路，无光照时输出电压0.6伏，在E=100lx的光照下，输出电压 2.4V。求光电探测器的暗电流和光电流灵敏度。 RL=1.5M
光谱响应有长波限响应时间响应时间短响应度响应度高
全波长均匀响应响应时间长响应度低
第二章
P62－2
试以光电导探测器为例，说明为什么光子探测器的工作波长越长，工作温度越低。
工作波长长，长波限长，禁带宽度或杂质电离能小，容易产生热激发，需降低温度，以减少热激发概率，降低暗电流和噪声。
（1）
光阴极 D1 D2 D3 IK
···
阳极 D11
IA ID RL
-1200V
GND
（2）
G=(0.95×δ)11×0.98=2.34×106 IK=SK×E×A=20×0.1×2×10-4μA=4×10-4μA IA=SK×G=936μA
（3） RL=Vo/IA=214Ω
光阴极
D1 D2 D3 IK
RL －
RL
＋
光导模式－反偏光导模式－零偏
光伏模式光导模式偏置自偏（无需偏压）反偏零偏伏安特性第四象限或V轴第三象限 I轴线性度非线性线性线性暗电流无有无名称光电池光电二极管
P151-2
第五章
2.光伏探测器工作于零偏下有哪些优点，工作于反偏下应注意哪些问题。零偏时无暗电流。反偏时，耗尽层宽，结电容小，响应速度有改善。反偏时注意，工作电压小于反向击穿电压，Ip×RL应小于电源电压。

光电学部分答案-刘旭版

作业11a过长度为d的自由空间光线角度不变位置改变近轴光线作业11b薄透镜厚度d0yz面上为焦距为f的薄透镜作业11312beamidentificationbytwowidths
光电子学作业参考答案
作业1
Fundamentals of Photonics （括号内为中文教材上题目的位置）:
• 1.4-1 • 1.4-4 • 3.1-2 (P41-2) • 3.1-3 (P41-3) • 3.2-1 (P41-4)
可列式求解:
作业1
(a)过长度为d的自由空间,光线角度不变，位置改变
(近轴光线
)
作业1
(b)薄透镜厚度d 0, y-z面上为焦距为f的薄透镜
作业1
3.1-2 Beam Identification by Two Widths. A Gaussian beam of wavelength =10.6 pm (emitted by a CO2 laser) has widths W1=1.699mm and W2=3.38mm at two points separated by a distance d=10 cm. Determine the location of the waist and the waist radius.
作业2
复参数q表达形式:
界面传输矩阵为: q参数满足ABCD法则：
则：又发散角
故：为：
作业2
9.1-1 Resonance Frequencies of a Resonator with an Etalon.
(a) Determine the spacing between adjacent resonance frequencies in a resonator constructed of two parallel planar mirrors separated by a distance d=15 cm in air (n=1). (b) A transparent plate of thickness d1=2.5 cm and refractive index n=1.5 is placed inside the resonator and is tilted slightly to prevent light reflected from the plate from reaching the mirrors. Determine the spacing between the resonance frequencies of the resonator.

光电子学(南邮)全部作业答案

Calculation: the prompt photocurrent of the device.
Solution: The photon flux incident on the detector is
0.1W / cm2 17 2 1 J ph (0) 3.91 10 cm s 19 1.6(1.6 10 J ) Pop
I d 0 FA e(n n0 p p0 ) AF e(nn0 p p0 ) AVB / L
n0
=
Nd 1015 cm3
p0
=
ni2 / Nd (1.5 1010 cm3 )2 /1015 cm3 2.25 105 cm3
so the dark current is
Id (1.6 1019 C )[(1200cm2 / V s)(1015 cm3 ) (400cm2 / V s)(2.25 105 cm3 )](104 cm2 )(5 /100 104V / cm) 0.0096 A 9.6mA
b)The excess carrier density is
The injection efficiency is (assuming no recombination due to trap)
(25)(4 104 ) Ln Ln 5.0 0.986 eDn n p eDp pn Dn n p Dp pn (25)(4 104 ) (12)(8 106 ) 5.0 3.46 Ln Lp Ln Lp eDn n p Dn n p
3.15 Condition: An AlGaAs/GaAs heterojunction LED at 300K with 17 3 Injection density for electrons, n 10 cm Injection density for holes, p 1017 cm3 Eg 1.43eV Bandgap of GaAs,

半导体光电子学导论作业2

半导体光电子学导论第二章异质结2．若异质结由n （111,,φχg E ）型和p （222,,φχg E ）型半导体构成，并有21g g E E <、21χχ>、21φφ<，试画出n P 能带图。

4. 推导出pN 异质结电容j C 与所加正向偏压的关系，j C 的大小对半导体光电子器件的应用产生什么影响？在空间电荷区内，电中性条件成立，因此可以得到结电容的表达式为2/1221121211])(2[)(DD A D A P A D j V N N N eN x eN dV d C εεεε+== 当在异质结两边加上正向电压（即p 型相当于N 型半导体加上正电压）a V 后，它在结面两边空间电荷区上的压降分别为1V 和2V ，这时势垒高度就由原来的D eV 降低到)]()[()(2211V V V V e V V e D D a D -+-=-。

只要用)(a D V V -代替D V ，用)(11V V D -和)(22V V D -分别代替1D V 和2D V ，上式依然成立，因此便得到结电容j C 与所加正向偏压a V 的关系2/122112121]))((2[a D D A D A j V V N N N eN C -+=εεεε 结电容直接影响器件在高频情况下的使用。

5. 用弗伽定律计算As Al Ga x x -1半导体当4.0=x 时的晶格常数，并求出与GaAs 的晶格失配率。

根据弗伽定律Ac AD BC BD ABCD a y x a x y a y x xya a )1)(1()1()1(--+-+-+=易知在这里1=y ，查表得661.5==AlAs BD a a ，654.5==GaAs AD a a ，代入弗伽公式计算得)A (526.4654.5)4.01(1661.514.0)1(=⨯-⨯+⨯⨯=-++=ADBD ABCD a x y xya a6. 探讨在Si 衬底上生长出GaAs 异质结的可能性。

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1.PMT（光电倍增管）是由哪几部分组成的？并说明其工作原理
①入射窗口：光窗是入射光的通道，光窗材料对光的吸收与波长有关，波长越大，吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波决定于光窗材料。

②光电阴极：能够产生光电效应。

③电子光学系统；电子光学系统是指阴极到倍增系统一倍之间的电极空间，包括光电阴极，聚焦极，加速极及第一倍增极。

④电子倍增极：倍增系统是由多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成的，具有使一次电子倍增的能力。

决定整管灵敏度最关键部分。

⑤阳极：收集收集从末级倍增极发射出的二次电子
2.什么是二次电子？并说明二次电子发射的三个过程
在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品原子的核外电子叫做二次电子。

1) 材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些受激电子称为内二次电子；
2) 内二次电子中初速指向表面的那一部分向表面运动
3) 到达界面的内二次电子中能量大于表面势垒的电子发射到真空中，成为二次电子。

3.什么是负电子亲和势光电阴极？它与正电子亲和势光电阴极相比具有哪些优点
采用特殊工艺，例如在重掺杂P型硅表面涂一薄层CsO2，可形成NEA材料。

负电子亲和势是指体内的有效电子亲和势，而不是指表面电子亲和势。

NEA发射体和常规光电发射体的表面，电子状态是类似的，导带底上的电子能量都低于真空能级，其差值为Ea。

但是，两者体内电子能量则不同。

NEA发射体导带底的电子能量高于真空能级，而常规发射体电子亲和势仍是正的。

NEA阴极的量子效率高于正电子亲和势阴极，可从其光电发射过程进行分析。

价带中的电子吸收光子能量，跃迁到导带底以上，成为热电子（受激电子能量超过导带底的电子）。

在向表面运动的过程中，由于碰撞散射而发生能量损失，故很快就落到导带底而变成冷电子（能量恰好等于导带底的电子）。

热电子的平均寿命非常短，约10-14～10-12s。

如果在这么短的时间内能够运动到真空界面，自然能逸出。

但是热电子的逸出深度只有几十纳米，绝大部分电子来不及到达真空界面，就已经落到导带底变成冷电子了。

冷电子的平均寿命比较长，约10-9～10-8s，其逸出深度可达1000纳米。

因为体内冷电子能量仍高于真空能级，所以它们运动到真空界面时，可以很容易地逸出。

因此NEA量子效率比常规发射体高得多。

4.什么是光电阴极？倍增级结构形式有几种，各有哪些特点？
能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体，光电发射体在光电器件中常与阴极相联故称为光电阴极。

倍增级结构形式：。