光电子技术复习提纲(含标准答案)模板

光电子技术复习要点第一篇：光电子技术复习要点第1章1.电磁波的性质：横波、偏振、色散2.光辐射：以电磁波形式或粒子形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射，波长在10nm-1mm，分为可见光（390nm-770nm）,紫外辐射（1nm-390nm）,红外辐射（0.77-1000um）3.表1-44.光视效能：同一波长下测得的光通量与辐射通量比值。

光视效率是光视效能归一化的结果。

5.光与物质相互作用的三个过程：自发辐射、受激辐射、受激吸收。

图1-7自发辐射：处在高能级的原子，没有任何外界激励，自发地跃迁到低能级，并发射光子。

受激辐射：处在高能级的原子，受到外来光子的激励，跃迁到低能级并发射光子。

受激吸收：处在低能级的原子，受到光子的照射时，吸收光子而跃迁到高能级。

6．粒子数的反转，增益系数，增益曲线，损耗系数，激光器的三部分7.典型激光器组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。

作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。

泵浦源（激励源）：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。

谐振腔：(1)使激光具有极好的方向性(沿轴线)(2)增强光放大作用(延长了工作物质(3)使激光具有极好的单色性(选频)8.习题1-2Le亮度定义:强度定义:IedIe∆Arcosθr= dΦedΩ可得辐射通量：dΦe=Le∆AscosθsdΩ在给定方向上立体角为：dΩ第1.2题图∆Accosθc 2l0dΦeLe∆Ascosθscosc则在小面源在∆A上辐射照度为：Ee==2dAl0=c第2章1.大气衰减包括四个部分，瑞利散射和米氏散射2.大气湍流效应3.电光效应，相位延迟两种方式，相位差，半波电压，两种方式比较纵向调制器优点: 具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等。

缺点: 电场方向与通光方向相互平行, 必须使用透明电极, 且半波电压达8600伏,特别在调制频率较高时，功率损耗比较大。

光电子技术考试大纲
选择、填空、简答、设计、计算题
1、辐射度参数和光度参数的相关定义单位
2、黑体辐射定律内容、维恩位移定理相关计算
3、半导体对光的吸收的分类
4、内光电效应和外光电效应定义及对应的器件
5、内光电效应的分类
6、禁带宽度和吸收长波限关系的相关计算
7、光敏电阻为何做成蛇形
8、光敏电阻光电特性公式
9、光敏电阻两种变换电路相关计算
10、光生伏特效应、伏安特性曲线、偏置电路及特点
11、光电二极管和光电池对应的区间、等效电路
12、硅光电池的原理、使用的偏置电路、如何减小内阻
13、硅光电池的开路电压、短路电流、填充因子的相关计算
14、PN光电二极管、PIN光电二极管、APD的区别
15、外光电效应定义、光电倍增管的结构、光电倍增管设计计算题
16、各种内光电探测器件的灵敏度对比、及在电路中如何使用17、灵敏度和量子效率的定义
18、热辐射探测的原理、器件、如何提高响应率
19、热释电器件的特性
20、固体摄像器件的分类、CCD传感的过程及特点
21、LED发光原理、白光LED实现的三种方法
22、光外差式光电变换电路及其优点
23、莫尔条纹测位移的计算
24、光电变换的基本形式及具有温度补偿功能的电路设计
25、太阳能电池片和太阳能电池组件的生产工艺流程及各步骤的作用26、设计光电检测电路，如检测长度、三维
27、光伏发电系统分类、设计的方框图
28、太阳能供电系统的主要部件，及各部件的作用
29、太阳能供电系统的设计计算题
30、光电检测电路的相关设计题。

光电子技术基础-研究生课程－复习提纲( -3-31)1．激光器一般由激励能源、谐振腔和工作物质三个主要组成部分构成。

2．光纤以SiO2为基本材料, 能应用于通信领域其主要原因是光纤的传输损耗低。

3．激光调制器主要有电光调制器、声光调制器、磁光调制器。

4．电光晶体的非线性电光效应主要与外加电场、晶体性质有关。

5．激光调制按其调制光波的参量分类, 有振幅调制、相位调制、光强调制、偏振调制。

6．光电探测器有光电导探测器、光伏探测器、光磁电探测器。

7．CCD摄像器件的信息是靠电荷存储。

8．液晶根据分子排列的不同能够分为: 近晶型液晶, 也称层状液晶; 向列型液晶, 也称丝状液晶; 胆甾型液晶, 也称螺旋形液晶。

9．电磁波谱按照波长的排列顺序为: 宇宙射线、γ射线、X射线、紫外光、可见光、红外光、微波、无线电波、长电磁波。

一般所说的光学区域(或光学频谱)包括: 红外线、可见光和紫外线。

由于光的频率极高(1012~1016Hz), 数值很大, 使用起来很不方便, 因此采用波长表征, 光谱区域的波长范围约从1 mm到10 nm。

人们习惯上将红外线、可见光和紫外线又细分为:红外线(1 mm~0.76 μm) : 远红外1 mm~20 μm; 中红外20 μm~1.5 μm; 近红外1.5 μm~0.76 μm。

可见光(760 nm~380 nm) : 红色760 nm~650 nm;橙色650 nm~590 nm;黄色590 nm~570 nm;绿色570 nm~490 nm;青色490 nm~460 nm;蓝色460 nm~430 nm;紫色430 nm~380 nm;紫外线(380 nm~10 nm) : 近紫外380 nm~300 nm;中紫外300 nm~200 nm;真空紫外200 nm~10 nm 。

10．光纤通信中常见的光源波长: 850μm; 1310μm; 1550μm。

11．激光调制器中的内调制: 加载调制信号是在激光振荡过程中进行的, 即以调制信号去改变激光器的振荡参数, 从而改变激光输出特性以实现调制。

《光电子学》复习讲义2014第一部分：光电物理基础【1】基本概念1)本征吸收：半导体吸收一个能量大于禁带宽度Eg的光子，电子由价带跃迁到导带，这样的过程称为本征吸收。

2)激子吸收：在半导体中受激电子与空穴构成的新系统可以看成一种“准粒子”，并称之为激子。

激子可以通过所含电子和空穴的复合而辐射光子和声子，其中能发射光子的激子复合过程对提高发光效率有很大的实用意义。

3)杂质吸收：杂质吸收有三种情况，1：从杂质中心的基态到激发态的激发可以引起线状吸收谱。

2：电子从施主能级到导带或从价带到受主能级的吸收跃迁。

3：从价带到施主能级或从被电子占据的受主能级到导带的吸收跃迁。

4)费米能级的概念：P225)热平衡状态下本征和杂质半导体的费米能级图1-14 P246)非平衡态载流子的产生、复合图1-157)直接复合：自由电子直接由导带回价带与空穴复合8)间接复合：自由电子和空穴通过晶体中的杂质、缺陷在禁带中复合9)非本征吸收：包括杂质吸收自由载流子吸收激子吸收晶格吸收10)本征发光：导带电子和价带空穴复合所产生的发光现象11)激子发光：激子在运动过程中，将能量从晶体的一处运输到另一处，电子空穴复合发光的过程称为激子发光。

12)杂质发光：杂质发光有三种发光方式，1：电子从导带到施主能级或从受主能级到价带的跃迁，主要是无辐射跃迁。

2:电子从导带到受主能级或从施主能级到价带。

3：施主受主对的辐射跃迁13)内光电效应：表现为光电导和光生伏特效应。

14)外光电效应：即光电子发射效应（金属或半导体受光照射，如果光子能量足够大可以使电子从材料表面逸出的现象）15)金属逸出功：电子从金属中逸出需要的最小能量16)电子亲和势：导带体上的电子向真空逸出时所需要的最小能量17)光电发射第二定律：光电发射体发射的光电子最大动能随入射光频率的增大而线性增加，与入射光强无关。

18)辐射度量:与物理学对电磁辐射度的规定完全一致，适用于整个电磁波段19)光度量：以人的视觉特性为基础建立，只适用于可见光波段20)偏振光及偏振度：振动方向与传播方向不对称性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。

1波长在0.77~1000μm 的是红外辐射。

通常分为近红外、中红外和远红外三部2一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。

但是有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足θcos 0e e dI dI =，式中I e 0是面元dS 沿其法线方向的辐射强度。

符合上式规律的辐射体称为余弦辐射体或朗伯体。

3在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉。

坎德拉不仅是光度体系的基本单位，而且也是国际单位制（SI ）的七个基本单位之一 4为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质，常用到色温度这个量，单位为K 。

色温度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。

5光辐射普遍形式的波动方程t J tP t E E ∂∂-∂∂-=∂∂+⨯∇⨯∇ μμμε22220中，方程右边两项反映物质对光辐射场量的影响，起“源”的作用，分别由极化电荷与传导电流引起。

6接收平面上，光束中心的投射点（即光斑位置）以某个统计平均位置为中心，发生快速的随机性跳动（其频率可由数赫到数十赫），此现象称为光束漂移。

7 KDP 晶体沿z 轴加电场时，由单轴晶体变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z 轴旋转了45︒角，此转角与外加电场的大小无关，其折射率变化与电场成正比，这是利用电光效应实现光调制、调Q 、锁模等技术的物理基础。

8实际应用中，电光晶体总是沿着相对光轴的某些特殊方向切割而成的，而且外电场也是沿着某一主轴方向加到晶体上，常用的有两种方式：一种是电场方向与光束在晶体中的传播方向一致，称为纵向电光效应；另一种是电场与光束在晶体中的传播方向垂直，称为横向电光效应。

9 KDP 晶体纵向应用的半波电压为6332r n V o λπ=，半波电压是表征电光晶体性能的一个重要参数，这个电压越小越好，特别是在宽频带高频率情况下，半波电压越小，需要的调制功率就越小。

10 KDP 晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：第一项与外加电场无关，是由晶体本身自然双折射引起的；第二项即为电光效应相位延迟。

《光电子学》复习讲义2014第一部分：光电物理基础【1】基本概念1)本征吸收：半导体吸收一个能量大于禁带宽度Eg的光子，电子由价带跃迁到导带，这样的过程称为本征吸收。

2)激子吸收：在半导体中受激电子与空穴构成的新系统可以看成一种“准粒子”，并称之为激子。

激子可以通过所含电子和空穴的复合而辐射光子和声子，其中能发射光子的激子复合过程对提高发光效率有很大的实用意义。

3)杂质吸收：杂质吸收有三种情况，1：从杂质中心的基态到激发态的激发可以引起线状吸收谱。

2：电子从施主能级到导带或从价带到受主能级的吸收跃迁。

3：从价带到施主能级或从被电子占据的受主能级到导带的吸收跃迁。

4)费米能级的概念：P225)热平衡状态下本征和杂质半导体的费米能级图1-14 P246)非平衡态载流子的产生、复合图1-157)直接复合：自由电子直接由导带回价带与空穴复合8)间接复合：自由电子和空穴通过晶体中的杂质、缺陷在禁带中复合9)非本征吸收：包括杂质吸收自由载流子吸收激子吸收晶格吸收10)本征发光：导带电子和价带空穴复合所产生的发光现象11)激子发光：激子在运动过程中，将能量从晶体的一处运输到另一处，电子空穴复合发光的过程称为激子发光。

12)杂质发光：杂质发光有三种发光方式，1：电子从导带到施主能级或从受主能级到价带的跃迁，主要是无辐射跃迁。

2:电子从导带到受主能级或从施主能级到价带。

3：施主受主对的辐射跃迁13)内光电效应：表现为光电导和光生伏特效应。

14)外光电效应：即光电子发射效应（金属或半导体受光照射，如果光子能量足够大可以使电子从材料表面逸出的现象）15)金属逸出功：电子从金属中逸出需要的最小能量16)电子亲和势：导带体上的电子向真空逸出时所需要的最小能量17)光电发射第二定律：光电发射体发射的光电子最大动能随入射光频率的增大而线性增加，与入射光强无关。

18)辐射度量:与物理学对电磁辐射度的规定完全一致，适用于整个电磁波段19)光度量：以人的视觉特性为基础建立，只适用于可见光波段20)偏振光及偏振度：振动方向与传播方向不对称性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。

《光电子技术》标准答案一、名词解释1. 声光效应：由于声波作用而引起光学性质变化的现象。

2. 色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。

3. 外差探测：利用一个频率与被测相干辐射的频率相近的参考激光辐射在探测元件（通常由光电导材料、光生伏打材料或光电发射材料制成）中与被测辐射混频而产生差频。

4. 光（电）导效应：光照变化引起半导体材料电导变化的现象5. NEP ：单位信噪比时的信号光功率二、填空题1. ()lm V K s m 328.010224.06833=⨯⨯⨯==-φλφν2. 3. 受激辐射，自发辐射4. 不响应5. 利用PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作6. 瑞利散射，米氏散射7. 18. 磁光效应9. 普通二极管，恒流源（光电流源）三、不定项选择题1. ABCD2. ABC3.ABC4.C5.BC四、简答题1. 光纤（光导纤维）是一种能够传输光频电磁波的介质波导，利用光全反射原理将光波约束在其界面内，并引导光波沿着光纤轴线方向传播。

它由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和护套三部分组成。

光纤的色散会使脉冲信号展宽，即限制了光纤的带宽或传输容量。

2. 电光数字式扫描器由电光晶体和双折射晶体组合而成,它能使线偏振光分成互相平行、振动方垂直的两束光，其间隔 b 为分裂度，ε为分裂角（也称离散角）。

若把n 个这样的数字偏转器组合起来，就能做到n 级数字式扫描。

3. 布拉格衍射产生条件、特点及方程方程：s ss B f nv n 22sin λλλθ== 条件：声波频率较高，声光作用长度较大，光束与声波波面间以一定的角度入射，介质具有“体光栅”的性质。

特征：衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光。

4. 电光调制即利用电光晶体的特征实现对光信号的调制⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆==ππϕV V I I T i o 2sin 2sin 22 五、证明、计算、推导1. 证明：SNRe hv NEP i s 1∙∙=ηηfhv NEP ∆=2f e P P P n s SNR s n e ∆==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=200αs s P i α=2. 计算数值孔径及最大入射角数值孔径..0.542N A ===由0max ..sin N A n ϕ=得最大入射角 0max 0.542arcsin 24.051.33ϕ== 3. 横向应用半波电压的表达式及特点)1(1222222=++z y x n z n y n x)2(1121212111625242232222212=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛xy n xz n yz n z n y n x n )3(1312j j ij i E n ∑==⎪⎭⎫ ⎝⎛∆γ电场沿Z 轴+坐标轴旋转2263202632211)5(1111e z z y z ox n n E n n E n n =-=+='''γγ)7(633⎪⎭⎫⎝⎛=L d r n V o λπ 横向运用特点：无论采用那种方式，总的相位延迟不仅与所加电压成正比，而且晶体的长宽比(L/d)有关。

Chapter 1 Beam Optics1.光束参数的计算，包括发散角、曲率半径、束腰等。

2.高斯光束的特征。

3.高斯光束参数通过薄透镜的变换计算。

4.ABCD法则。

Chapter 2 Resonator Optics1.平平腔特征，腔模间隔计算，谱线宽度计算。

2.光子寿命、Q值的含义。

3.谐振腔的定义，种类及稳定条件。

4.球面腔中高斯模的特点及计算。

Chapter 3 Photons and Atoms1.能级的概念。

费米分布的特点。

2.自发辐射、受激辐射、受激跃迁的概念。

3.跃迁截面（transition cross section）及线形函数(Lineshape Function)的含义。

4.爱因斯坦关系式。

5.谱线加宽的含义。

均匀加宽及非均匀加宽的种类和差异。

Chapter 4 Laser Amplifiers1.增益放大的概念、增益系数、线宽（洛伦兹线形函数）。

2.速率方程及稳态解。

二能级、三能级及四能级。

3.增益饱和的概念。

均匀加宽和非均匀加宽的增益饱和有什么不同。

4.非均匀加宽烧孔效应。

Chapter 5 Laser1.激光器的组成。

激光的特点。

2.阈值的概念，激光振荡条件。

3.频率牵引效应。

4.激光输出的参数：功率、光谱、可能的腔模个数。

最佳透过率。

均匀加宽模式竞争效应。

5.均匀加宽和非均匀加宽介质。

6.兰姆凹陷。

7.横模的定义，形式。

非稳腔选单横模。

8.选单纵模单横模方法。

偏振选择的方法。

9.激光器的种类。

典型激光器的输出波长。

10.获得脉冲激光的几种方法。

11.调Q的机理及过程。

锁模的机理。

锁模脉冲与调Q脉冲的差别。

Chapter 6&7 Semiconductors Lasers1.能带、电子、空穴的概念。

费米能级的含义。

2.PN结的定义。

异质结的定义。

3.LED发光机制及特点。

4.半导体注入激光器的发光原理及特点。

阈值，功率，光谱，选模等。

Chapter 8 Electro-Optics and Acousto-Optics1.什么是电光效应？什么是泡克尔效应、克尔效应？2.电光调制及电光开关的原理。