光电子学整理1-4

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。

光电子技术复习知识点备注：1、考试时间：初步定于2013年1月5日，最终以网上公布为准。

2、以下内容打“*”的可以只做一般了解。

3、以下知识点请结合教材、课件和作业重点复习，请勿投机！第1章光辐射、发光源与光传播基本定律1.1. 电磁波谱与光辐射；电磁波的基本特性1.2. 辐射度学与光度学基本知识；辐射能、辐射通量、辐射出射度、辐射强度、辐射亮度、辐射照度的概念、单位、意义单色辐射出射度余弦辐射体余弦辐射体的亮度和辐射出射度光量、光通量、光出射度、发光强度、光亮度、光照度的概念、单位、意义光度量和辐射度量之间的关系单色光视效能最大单色光视效能单色光视效率函数1.3. 热辐射基本定律黑体基尔霍夫辐射定律普朗克公式反映的物理规律1.4 激光原理激光器的基本结构产生激光的必要条件谐振腔的作用激光的横模和纵模1.5 典型激光器典型激光器及其特点、应用红宝石激光器的系统结构、能级结构、原理半导体激光器、半导体发光二极管的特点1.6 光频电磁波的基本理论和定律相速度、群速度及其关系第2章光辐射的传播2.1 光波在大气中的传播朗伯定律，大气衰减的原因，瑞利散射定律，气溶胶的散射特点什么是大气湍流效应？2.2光波在电光晶体中的传播泡克耳效应和克尔效应折射率椭球，电光张量KDP晶体在z方向施加电场时，其折射率椭球的变化分析纵向电光效应的结构、相位变化特点、光的偏振特性变化特点纵向电光效应的结构、相位变化特点、光的偏振特性变化特点2.3 光波在声光晶体中的传播声波在介质中传播的特点，声光相互作用类型拉曼-纳斯衍射条件、特点，布拉格衍射条件、布拉格方程、布拉格角、布拉格衍射的特点2.4 光波在磁光晶体中的传播磁光效应、光隔离器原理2.5 光波在光纤波导中的传播光纤波导的结构、弱导条件数值孔径及其意义光纤的色散、带宽、脉冲展宽及其相互关系2.7 光波在水中的传播前向散射、后向散射的特点、应用如何克服后向散射第3章光波的调制与扫描3.1. 光束调制原理调制的概念，载波，调制信号，按调制性质的分类振幅调制、频率调制、相位调制红和强度调制的概念和特点脉冲调制的概念和分类脉冲编码调制的过程3.2 电光调制纵向电光调制器的结构、原理、电光调制特性曲线、使调制器工作在线性区的措施、失真、倍频的原因横向电光调制器的结构、原理、优缺点电光相位调制的结构、原理3.3 声光调制声光调制器结构、工作原理基于拉曼-纳斯衍射和布拉格衍射的声光调制的特点3.5 直接调制直接调制概念半导体激光器、半导体发光二极管直接调制的电路原理图半导体激光器、半导体发光二极管直接调制的特点脉冲编码数字调制的概念和优点3.6 光束扫描技术电光扫描原理分析、双KDP楔形棱镜扫描器原理及电光偏转角的计算电光数字扫描的结构和原理*3.7 空间光调制器空间光调制器的概念、类型、应用泡克尔读出光调制器的结构、原理液晶空间光调制器的结构、原理第4章光辐射的探测技术4.1 光电探测器的物理效应光子效应、光热效应的概念和特点常见光子效应、光热效应光电发射效应概念、发生条件光电导效应的产生机理光电导体的电流增益、渡越时间光伏效应的产生机理什么是温差电效应什么是热释电效应，热释电效应的特点基本的光电转换定律4.2 光电探测器的性能参数积分灵敏度、光谱灵敏度、频率灵敏度的概念量子效率和灵敏度的关系通量阈、噪声等小功率、探测度、归一化探测度的定义、单位、意义4.3 光电探测器的噪声光电探测器的常见噪声和特点4.4 光电导探测器——光敏电阻光敏电阻的结构、特点、应用光敏电阻的基本工作电路、伏安特性，根据伏安特性对负载电阻、电源、输出信号、功耗等进行分析。

第四章 光辐射 在介质波导中的传播§4-1光在介质分界面上的反射与折射§4-2介质平板光波导的射线分析方法§4-5光纤中的射线分析 §4-7光纤的损耗与色散1主要内容• • • • • 平板波导的结构特点 平板波导的模式 导模的特点与模方程 导模的截至 渐变折射率平板波导2平板光波导结构：为三层平薄介质： • 中间一层是波导薄膜， 厚度d约为1～10μm, 折射率为n1，光在其中传播； • 底层为衬底，折射率为n2； • 上层为包层，折射率为n3； 包层通常为空气n3=1。

三层折射率的比较为n1>n2>n3；3•因为n1>n2>n3，当光在 薄膜与衬底及包层的界 面都发生全反射时，光 线在薄膜内以锯齿形光 路传播；n1和n2之差一般为10−3 ～10−1•因此，光波在平板波导 内沿z方向传播时，只在 x方向上受到限制，而y 方向不受限制。

4x一、平板波导的模式 平板波导的模式 下界面全反射临界角n3dn2n1 n( x)n2 θ12 = arcsin i（ ） n1 上界面全反射临界角 n3 （ ） θ13 = arcsin n1 Q n1 > n2 > n3 ∴θ12 > θ135考虑当入射角从 导中传播情况： •0~π2范围内光线在平板波（1） ）当 θ i > θ12 > θ13 时，薄膜里的光波在上 在 下界面都会发生全反射。

光波将被限制在薄膜内， ，与 导 ； 沿z轴方向传播，与此对应的电磁波称为导模xdn3包层 薄膜θiθi0n1n2z衬底(a）导模6•（2）当0 < θi < θ13 ，由衬底或包层射入到薄 膜内的光波在上下界面发生部分反射，因而将有 一部分光波进入到包层或衬底中。

这时，光波能 量未被限制在薄膜内，而是辐射到衬底和包层两 个半无限空间中，与此对应的电磁波为包层膜；n3包层θin1θi薄膜dz衬底n2(b)包层模7•（3）当 θ13 < θi < θ12 ，由衬底入射到薄膜内 由衬底 射到薄膜内 的光波，在上界面经全反射后又折射回到衬底 中 这样 光波也未被限制在薄膜中 而是辐 中，这样，光波也未被限制在薄膜中， 射到衬底半无限空间中，与此对应的电磁波称 为衬底模。

第一章 绪论1. 光电子技术（optoelectronic technology ）准确地应该称为信息光电子技术，是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。

2. 本课程主要讲了四大部分分别是：激光光源、光波的传输、光波的调制与控制、光波的探测。

第二章 激光原理与半导体光源1. 世界上第一台激光器是1960年梅曼制作的红宝石激光器。

2. 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：n m n m E E h E E hνν-=-=或。

3. 处于热平衡状态的原子体系，设其热平衡绝对温度为T ，则原子体系的各能级上粒子数目的分布将服从波尔兹曼分布律：exp(/)n n N E kT ∝-，其中N n 为在能级E n 上的粒子数，k 为波尔兹曼常数， k=1.3807×10-23 J·K -1。

即，随着能级增高，能级上的粒子数N n 按指数规律减少。

4. 爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。

该文提出的受激光辐射理论是激光理论的核心基础。

在这篇论文中，爱因斯坦将光与物质的作用分为三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。

5. 在二能级系统中，粒子在高能级E 2 能级上停留的平均时间称为粒子在该能级上的平均寿命，简称寿命6. 下面三个图分别描述了二能级系统中光与物质的作用的三种过程：它们可以由下面三个方程描述：对于受激辐射过程（E2→E1 ）：21212()dN B u v N dt= 对于受激吸收过程（E1→E2）：12121()dN B u v N dt= 对于自发辐射过程（E2→E1 ）：21212dN A N dt = 其中u(v)为辐射场中单色辐射能量密度：()()30348(),exp 1h u v T c c hv kT πνγν==-7. 二能级系统中，当（N 2/N 1）＞1时，高能级E 2上的粒子数N 2大于低能级E 1上的粒子数N 1，出现所谓的“粒子数反转分布”情况，它是形成激光的必要条件之一。

第一章/n c v εμ==电子波长:h mv V λ==光的折射定律:2112sin sin n n φφ=,1122cn v cn v ==变分法关键定理:欧拉方程F F()0y x y d d ∂∂-='∂∂费马原理指出：光沿所需时间为极值(极大值、恒值、极小值)的路径传播。

t时间1vkii is ==∑费马原理的数学表达式：δδδδ==⇒==⎰⎰22111[]0[]0p p pp t nds L nds c费马原理的具体表达式——斯涅尔定律：1122()sin sin sin sin k kn x n n n φφφφ=L 常数或者：＝＝＝光学定律的数学表达式(光的直线传播，反射、折射的内在联系.遵循的一个更普遍的规律)1\光的直线传播定律——由斯涅尔定律可知：当n 为常数时，正弦函数为常数，即，角度为常数；——光传播路径ds 上任何一点的方向相同，因此为一条直线。

2、折射定律——斯涅尔定律3、反射定律：令n2=-n1，有ψ2=-ψ1，由于入射角和反射角关于反射法线对称，因此ψ’=-ψ14、互易原理：当光线在两种媒质分界面上反射时，其光线传送互易。

非相对论条件下的电子运动方程：o d m e()dt =-+⨯v E v B直角坐标系下的电子运动方程组：222222()()()x z y y x z z y x d x e dy dz E B B dt m dt dt d y e dz dxE B B dt m dt dt d z e dx dyE B B dt m dt dt =-+-=-+-=-+-由电子在均匀电磁场中的能量变化方程：2()02d mv e dt ϕ-=积分可得：22mv e C ϕ-=电子运动速度可以通过空间电位来表示，下式φ为规范化电位：2 5.93210(/)e v m s m ϕϕ==⨯电子在均匀静电场内的轨迹方程：222o eE y z mv =-均匀磁场中，电子速度垂直于Bη==o o Lmv v R eB B ,ηππ===122o v B f T R均匀磁场中，电子速度与B 有夹角α:sin L v R B αη=,12B f T ηπ==,2cos h v B παη=电子在复合电磁场中的运动222222()()()x z y y x z z y x d x e dy dzE B B dt m dt dt d y e dz dxE B B dt m dt dt d z e dx dyE B B dt m dt dt =-+-=-+-=-+-运动方程(摆线方程)为：220(1cos())sin()x E y Bt B E E z t Bt B B ηηηη⎧⎪=⎪⎪⎪⎪=-⎨⎪⎪⎪⎪=-⎪⎩电子运动方程(轮摆线轨迹)：22222()()()E E E y z t B B B ηη-+-=麦克斯韦方程组：BE t∂∇⨯=-∂,D ρ∇⋅=,D E ε=,D H J t ∂∇⨯=+∂,0B ∇⋅=,B H μ=在假设条件下：0E ∇⨯=,0E ∇⋅=,0B ∇⨯=,0B ∇⋅= 矢量公式通用形式2311322131231231[()()()]D h h D h h D h h D h h h q q q ∂∂∂∇⋅=++∂∂∂\22313211231112223331()()()h h h h h h h h h q h q q h q q h q ϕϕϕϕ⎡⎤∂∂∂∂∂∂∇=++⎢⎥∂∂∂∂∂∂⎣⎦直角坐标系下拉氏方程：圆柱坐标系下拉氏方程：0ϕθ∂=∂当时，22222211()00r r r r r r z z r ϕϕϕϕϕ∂∂∂∂∂∂+=⇒++=∂∂∂∂∂∂谢尔茨公式：圆柱坐标系下拉氏方程：贝塞尔微分方程：22221(1)0d d dz z dz z ϖϖνϖ++-=轴对称电场的积分表达式：201(,)(sin )2r z V z ir a daπϕπ=+⎰谢尔茨公式：曲线在点M 的曲率limQ Md k MQds δα→==点M 的曲率半径1ds R k d α==当已知曲线方程为：y=f(x)时，曲线的曲率半径。

光电子学复习要点光电子学是研究光与电子相互作用的学科，其应用广泛，包括激光技术、光通信、光存储、光探测等。

以下是光电子学（南京邮电大学）的复习要点。

1.光的本质和特性：光被视为一种电磁波，具有粒子和波动性质。

光的波长、频率、能量和速度是光学研究中的基本概念。

2.光的波动性：光的干涉、衍射、偏振等特性是光的波动性的表现。

波动理论可以解释和预测光的行为。

3.光的粒子性：光的粒子性通过光量子假说解释，即光以光子的形式传播。

光谱分析和光电效应是光的粒子性的现象。

4.光的发射和吸收：光可以通过激发物质的原子或分子产生发射，被物质吸收后可以引起电子激发或转移。

5.激光的基本原理：激光是一种具有高亮度和高聚束性的光源。

激光的实现需要能级反转和光反馈的条件。

6.半导体光电子器件：半导体材料在光电子学中有着重要的应用，如光电二极管、光电晶体管、光电子倍增管等。

其工作原理是利用半导体材料的特性，将光子转换为电信号。

7.光通信系统：光通信是一种基于光信号传输的通信方式。

光纤作为信号传输媒介，光放大器和光调制器等器件实现信号的放大和调制。

8.光信息处理：光信息处理技术包括光学图像处理、光学信号处理和光学数据存储等。

利用光的并行性和高速性可以实现快速的信息处理。

9.光学成像：光学成像技术包括透镜成像、干涉成像和衍射成像等。

不同的成像方式有不同的应用场景，如显微镜、摄影和印刷等。

10.光学信息存储：光存储技术是利用光的能量和非线性特性实现信息存储。

包括光盘、激光打印和全息存储等。

以上是光电子学的复习要点，理解这些基本概念和原理，掌握相关的技术和应用，对于深入研究和应用光电子学具有重要意义。

光电子学与光子学讲义-知识要点《光电子学》知识要点第0章光的本性,波粒二像性, 光子的特性第一章1．了解平面波的表示形式及性质，了解球面波、发散波的特点2．理解群速度的定义及物理意义和光波波前的传播方向的矢量表示、能量的传播方向的矢量表示3．理解描述反射和折射的菲涅尔公式的物理意义，掌握垂直入射情况下的反射率和透射率的计算公式和布儒斯特角4．理解全反射情况下导引波和倏逝波的形成和特点，了解古斯-汉森位移。

5．掌握垂直入射时反射系数的公式，理解反射率和透射率定义，不会计算6．掌握布儒斯特角的定义和特点。

7．掌握光波相干条件。

理解薄膜干涉的物理机制和增透膜、增反膜的形成条件。

8．FP腔的特点和模式谱宽同反射镜反射率之间的关系。

9．了解衍射现象产生条件，理解波动光学处理光的衍射的基本方法。

了解单缝、矩形空、圆孔的衍射图案特征和弗朗和费多缝光栅、衍射光栅、闪耀光栅的特点。

10．理解光学系统的分辨本领的决定因素。

什么是瑞利判据？理想光学系统所能分辨的角距离公式。

第二章1．了解光波导的结构特征和分类，理解平面波导导模形成条件，会利用一种方法推导平面介质波导的导波条件（特征方程），截止状态的特点2．理解光纤色散的概念，掌握材料色散、波导色散、颜色色散、剖面色散、偏振模色散的特点及形成原因3．了解阶跃折射率光纤的分析方法及相关参数的物理意义，会利用V参数计算光纤的结构参数4．掌握光纤中的损耗的成因及分类，掌握损耗的描述和计算。

5．了解G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、色散补偿光纤的特点,熟悉G.652的主要参数。

第三章1．了解pn结的空间电荷区的形成、掌握pn结动态热平衡的物理意义。

2．了解pn结外加正向偏压和外加反向偏压时的特性（空间电荷区、势垒以及载流子的变化规律）。

3．掌握LED的工作原理（即pn结注入发光的基本原理）并理解同质结LED 和异质结LED的区别4．掌握LED的内量子效率与外量子效率的物理意义，和有源区半导体材料带隙宽度与发射波长的关系，以及温度等因素对发射波长的影响5．理解LED特性参数（光谱宽度，发散角，输出光功率，调制速度，阈值）的物理意义，了解LED结构的特点。