物理学院2011级研究生光电子学与光子学原理及应用考题

物理学院2011级光学专业研究生

《光电子学与光子学原理及应用》考题

1．简答题

1.1 受抑全内反射有什么特点？ (5分)

1.2 解释下图中的现象。(5分)

1.3 本征半导体、n 型半导体和p 型半导体的Fermi 能级以什么特点？? (5分)

1.4 下图是一个LD 的输出谱，解释三个谱变化的物理含义。 (5分)

1.5 下面的雪崩光电二极管中有什么特点？吸收和倍增发生在什么区域? (5分)

2．计算题

2.1 假设一个光源辐射的频率谱有一个中心频率ν0和谱宽∆ν。以波长来衡量， 这个频率谱有一个中心波长λ0和谱宽∆λ。显然，λ0 = c/ν0。因为∆λ << λ0、∆ν << ν0，利用λ = c/ν，证明：谱宽∆λ和相干长度l c 满足：

c

2000λννλνλ∆=∆=∆，λλ∆=∆=20t c l c

对于He-Ne 激光器，λ0 = 632.8nm ，∆ν ≈1.5GHz ，计算∆λ。(15分)

2.2 一个介质平板波导中间薄层是一个厚度为0.2μm 的GaAs ，它夹在两个AlGaAs 层之间。GaAs 和AlGaAs 的折射率分别为

3.66和3.40。假设折射率随波长变化不是很大。截止波长是多少？(大于截止波长时波导中只能传播单模)。如果波长为870nm 的辐射(对应于带隙辐射)在GaAs 层传播，消逝波向AlGaAs 层的贯穿深度是多少？这个辐射的模场直径是多少？(15分)

2.3 内量子效率ηint 给出在正向偏置下电子空穴复合中辐射复合并引起光子发射的比例。非辐射跃迁中，电子和空穴通过复合中心复合并发射声子。由定义，

nr

r r int 111)(τττη+=+=非辐射复合速率辐射复合速率总复合速率辐射复合速率 τr 是少数载流子在辐射复合前的平均寿命，τnr 是少数载流子通过复合中心复合前的平均寿命。

总电流I 是由总复合速率决定的，而每秒发射的光子数(Φph )是由辐射复合速率决定的。所以，内量子效率ηint 又可以写为：

e

I h P e I //op(int)ph int νη=Φ==每秒损失的总载流子每秒发射的光子 其中，P op(int)是内部产生的光功率(还没有出腔外)。

对一个在850nm 发射的特定的AlGaAs LED ，τr =50ns ，τnr =100ns 。在100mA 的电流下，内部产生的光功率是多少？(15分)

2.4 一个InGaAsP-InP 激光二极管的光学腔长为200μm ，峰值辐射在1550nm 处，InGaAsP 的折射率为4。假设光学增益带宽不依赖于泵浦电流并取为2nm 。问：

（1）对应于峰值辐射的模数是多少？

（2）腔模之间的间隔是多少？

（3）在这个腔中有多少模式？

（4）这个光学腔两端（InGaAsP 的晶面）的反射系数和反射率是多少？(15分) 2.5 一个商用的InGaAs pin 光电二极管的响应度曲线如下图。它的暗电流为5nA 。

(1) 在1.55μm 波长下，导致二倍暗电流的光电流的光功率是多少？在1.55μm 处，光电探测器的量子效率是多少？

(2) 在1.3μm 波长下，如果入射光功率相同，光电流是多少？在1.3μm 处，光电探测器的量子效率是多少？ (15分)