光电子器件
第一章
1、 光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比，即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为响应率.
光谱响应率（Rλ）：光电器件在单色 (在波长λ附近一个很小的波长范围里) 辐射功率作用下产生的信号电压或信号电流。
——其中Rm为光谱响应率的最大值 ——光谱电压响应率和光谱电流响应率合并称为光谱响应率Rλ（单位：A/W）
光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。
2. 器件的光谱响应与光源辐射功率谱密度紧密相关，它们之间的匹配系统 α—称为器件与光源的光谱匹配系数，它反映了器件响应的波长范围同光源光谱的吻合程度。
在光源固定的情况下,面积A1是不变的,如果与曲线重合得愈多,面积A2愈大, α愈大，也就是光谱匹配愈好;反之,如果两曲线没有重合之处,α=0,即二者完全失配,则该光电器件对光源辐射没有探测能力。光谱匹配是选择光电子器件,如像管、光电倍增管、红外成像器件的材料的重要依据。
3.光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下无规则的、随机的起伏，称为噪声。噪声是物理过程所固有的，人为不可能消除。它的计算是在足够长时间内求其平方平均或均方根。 dPduRsudPdiRsimRRR)( R
mR
R(λ)
1.0
1.24iR 1 1
)(P)(P )(R
)(R
1A
2A
12AA
光电探测器的噪声来源主要有热噪声、散粒噪声、温度噪声、放大器噪声、频率噪声、复合噪声等。
当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率叫做最小可探测辐射功率，也叫做噪声等效功率NEP 。 Pmin越小，器件的探测能力越强。
对Pmin取倒数可作为衡量探测器探测能力的参数，称为探测率。研究指出:探测率与器件的面积和工作带宽成反比。
4.光吸收厚度：设入射光的强度为 I0，入射到样品厚度为x处的光强度为 I，则：
出定性的分析以及定量的计算,得到与测试一致的结果。图6参9(于晓光)
TN3662007054610光学外差探测信噪比研究=Signalnoiseratioinopticalheterodynedetection[刊,中]/马宗峰(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院.北京(100083)),张春熹//光学学报.―2007,27(5).―889892理论分析了光学外差探测系统的信噪比,给出了计算信噪比的一般公式。理论分析表明,当探测器光敏面上本振光与信号光的振幅、相位、偏振都满足严格的匹配时,外差效率最大。对场分布为艾里函数的光外差信噪比进行研究和数值模拟。结果表明,当艾里斑尺寸的比例系数控制在0.8~1.2内,并使信号光斑主轴偏移量x0控制在0.5以下,探测器的尺寸在(0.6~0.8)f/d内时,可获得>0.7Ps/hB的信噪比。图4参7(严寒)
TN3662007054611几种四象限探测器测角算法的分析研究=Analysisandresearchonseveralanglemeasurementalgorithmsbasedonfourquadrantdetector[刊,中]/胡贤龙(中科院上海技物所.上海(200083)),周世椿//激光与红外.―2007,37(6).―546547,551在不考虑探测器非均匀性影响的情况下,分析了传统四象限测角算法和另外几种算法计算入射光的俯仰角和偏转角的性能,还比较了在整个平面内各个算法得到的俯仰角的误差曲面。从比较中看出,采用曲线拟和的方法,硬件实现简单,测角精度也比较高。图8参2(王淑平)
TN3662007054612激光辐照光伏型光电探测器热效应的有限元分析=Finiteelementanalysisofthermaleffectofphotovoltaicdetectorirradiatedbylaser[刊,中]/刘全喜(四川大学电子信息学院.四川,成都(610064)),齐文宗//应用光学.―2007,28(3).―275279建立了高斯激光辐照光伏(PV)型光电探测器温升的三维物理模型,采用有限元分析方法计算了探测器的三维温度场分布,探讨了辐照时间、胶层厚度和胶层热导率对熔融损伤阈值及热恢复时间的影响。研究结果表明,InSbPV型探测器受到强激光连续辐照时会发生熔融损伤破坏;激光功率越高,造成损伤破坏所需要的时间越短;热导率越大,越薄的胶层对应的损伤阈值越大,但胶层厚度和热导率对熔融损伤阈值的影响在大功率激光辐照时才较明显。采用该模型计算得到10W功率激光辐照下的熔融时间为3.26s,与实验得到的3s基本吻合。图7表1参11(王淑平)
出定性的分析以及定量的计算,得到与测试一致的结果。图6参9(于晓光)
TN3662007054610光学外差探测信噪比研究=Signalnoiseratioinopticalheterodynedetection[刊,中]/马宗峰(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院.北京(100083)),张春熹//光学学报.―2007,27(5).―889892理论分析了光学外差探测系统的信噪比,给出了计算信噪比的一般公式。理论分析表明,当探测器光敏面上本振光与信号光的振幅、相位、偏振都满足严格的匹配时,外差效率最大。对场分布为艾里函数的光外差信噪比进行研究和数值模拟。结果表明,当艾里斑尺寸的比例系数控制在0.8~1.2内,并使信号光斑主轴偏移量x0控制在0.5以下,探测器的尺寸在(0.6~0.8)f/d内时,可获得>0.7Ps/hB的信噪比。图4参7(严寒)
TN3662007054611几种四象限探测器测角算法的分析研究=Analysisandresearchonseveralanglemeasurementalgorithmsbasedonfourquadrantdetector[刊,中]/胡贤龙(中科院上海技物所.上海(200083)),周世椿//激光与红外.―2007,37(6).―546547,551在不考虑探测器非均匀性影响的情况下,分析了传统四象限测角算法和另外几种算法计算入射光的俯仰角和偏转角的性能,还比较了在整个平面内各个算法得到的俯仰角的误差曲面。从比较中看出,采用曲线拟和的方法,硬件实现简单,测角精度也比较高。图8参2(王淑平)
TN3662007054612激光辐照光伏型光电探测器热效应的有限元分析=Finiteelementanalysisofthermaleffectofphotovoltaicdetectorirradiatedbylaser[刊,中]/刘全喜(四川大学电子信息学院.四川,成都(610064)),齐文宗//应用光学.―2007,28(3).―275279建立了高斯激光辐照光伏(PV)型光电探测器温升的三维物理模型,采用有限元分析方法计算了探测器的三维温度场分布,探讨了辐照时间、胶层厚度和胶层热导率对熔融损伤阈值及热恢复时间的影响。研究结果表明,InSbPV型探测器受到强激光连续辐照时会发生熔融损伤破坏;激光功率越高,造成损伤破坏所需要的时间越短;热导率越大,越薄的胶层对应的损伤阈值越大,但胶层厚度和热导率对熔融损伤阈值的影响在大功率激光辐照时才较明显。采用该模型计算得到10W功率激光辐照下的熔融时间为3.26s,与实验得到的3s基本吻合。图7表1参11(王淑平)
1/9 一、简述下列词条的物理含义：
1 自发辐射、受激辐射、受激吸收（并用图示说明）
自发辐射： 处于高能级2E的原子是不稳定的，即使在没有任何外界作用的情况下，也有可能自发地跃迁到低能级1E的，并且发射一个频率为，能量为21hEE的光子，这种过程称为自发辐射过程，如图1-6(a)，所示。
受激辐射： 处于高能级2E的原子，在频率为，能量为21hEE有算来光子的激励下，受激跃迁到低能级1E，并发射一个能量为h、且与外来激励光子处于同一光子态的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光原子，产生更多状态相同的光子。这样，在一个入射光子作用下，就可以产生大量运动状态相同的光子，这种过程称为受激辐射过程，如图1-6(b)所示。
受激吸收： 受激吸收是受激辐射的反过程。处于低能级1E的原子，在频率为、能量为21hEE有外来光子的激励下，吸收一个能量为h的光子并受激跃迁到高能级2E，这种过程称为受激吸收过程，如图1-6(c)所示。
2 电光强度调制
电光强度调制就是根据光波在电光晶体中传播特性实现光束调制的。从电光相位延迟的讨论中看到，外加电压的改变，会引起两个偏振方向的相位差的改变，从而使电矢量在空间的振动方向也会随之变化，这种特性可以被利用来控制光波的某些参数，实现电光调制。利用电光效应可实现强度调制和相位调制。
如前所述，当电场加在晶体上时，其折射率变化可产生线性电光效应或克尔效应。加电场的方向通常有两种方式：一是电场沿晶体主轴z轴(光轴方向)，使电场方向与光束传播 2/9 方向平行，产生纵向电光效应；二是电场沿晶体的任一主轴xy、或z轴，使电场方向与光束传播方向垂直，产生横向电光效应。利用纵向电光效应和横向电光效应可实现电光强度调制。
3 光波导
光波导可以引导光束的传播，使光束的能量在横截面方向上受到限制，并使损耗达到最小。
光波导的种类很多，但通常分为3种：
(1)平板波导：由三层平板形介质构成，中间一层的折射率最大，上、下层的较小。这种波导只能在横截面的一个方向上限制光波。
