光电子技术复习资料-2011
光电子技术复习要点
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
1辐射能量Q e 以辐射形式发射或传输的电磁波能量。
单位是焦耳。
2、辐射通量 又称为辐射功率，定义为单位时间内流过的辐射能量，即： 3、辐射出射度M e 用来反映物体辐射能力的物理量。
定义为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，即：4、辐射强度I e 定义为点辐射源在给定方向上发射的单位立体角内的辐射通量，即：5、辐射亮度L e 定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量，即：6、辐射照度E e 在辐射接收面上的辐射照度定义为照射在面元上的辐射通量与该面元的面积之比。
即：吸收和散射的总效果使传输光辐射强度的衰减7 对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收，光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为“大气窗口”。
8 湍流运动：无规则的漩涡流动，质点的运动轨迹很复杂，既有横向运动，也有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏.9激光的大气湍流效应，实际上是指激光辐射在折射率起伏场中传输时的效应。
10 声波是一种弹性波(纵向应力波)，使介质产生相应的弹性形变，激起各质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化。
介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。
超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光栅”，该光栅间距(光栅常数)等于声波波长λs 。
当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。
其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。
11超声波频率较低，光波平行于声波面入射(即垂直于声场传播方向)，声光互作用长度L 较短时，产生拉曼—纳斯衍射。
相反情况为布拉格衍射.12当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+l 级(或-1级)衍射光，即产生布拉格衍射..13若超声功率P s 一定的情况下，欲使衍射光强尽量大，则选择M 2大的材料，并且把换能器做成长而窄(即L 大H 小)的形式14旋光定义：线偏振光在石英晶体内部沿光轴方向传播时，透过后偏振面被旋转了一个角度。
(整理)光电子技术复习资料
光电子技术复习资料一.填空题1. 声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
2. 激光器的三个主要组成部分是：工作物质 , 泵浦源 , 谐振腔3. 彩色阴极射线管(CRT)主要由电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃外壳五部分组成。
4. 1917年, 爱因斯坦提出了受激辐射可实现光放大的概念, 为激光的发明奠定了理论基础。
1960年7月,美国休斯公司实验室梅曼制成世界上第一台红宝石固态激光器,标志着激光器诞生。
5. 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样，量化，编码。
6.光纤通信系统的三个传输窗口包括短波长的 850 nm波段,长波长的 1300 nm及 1550 nm波段。
7按照形成条件液晶可分为溶致液晶和热致液晶，作为显示技术应用的液晶都是热致液晶8.常见的固体激光器有红宝石激光器 , 掺钕钇铝石榴石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne 激光器 , CO2激光器或Ar+激光器（写出两种） 9.氦-氖(He-Ne)激光器的工作物质是氦氖混合气体,激光由氖发射. 10.光电探测器的物理效应通常分为两大类：光电效应和光热效应。
11.光纤色散主要有模式色散, 材料色散 , 波导色散三种。
12.光电池是根据光伏效应效应制成的将光能转换成电能的一种器件13. 激光器按按工作物质分类可分为: 固体激光器, 液体激光器,和气体激光器 14.半导体的载流子是电子和空穴。
15.在彩色电视中，通常选用红、绿、蓝作为三种基色光。
D 的基本功能为电荷存储和电荷转移；CCD 按结构可分为线阵CCD 和面阵CCD 。
17.热致液晶可以分为近晶相、向列相和胆甾相三种。
18.波分复用器分为发端的合波器器和收端的分波器器。
19.开放式光学谐振腔(开腔)通常可以分为稳定腔和非稳定腔 ,共轴球面腔的稳定性条件是:20. 光波在大气中传播时，由于大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起光束的能量衰减；由于空气折射率不均匀会引起光波的振幅和相位起伏。
光电子技术复习资料-2011
一、填空1.由黑体辐射的普朗克定律，随着温度T的升高，黑体的单色辐射出射度极大值所在位置λm移向___________(长波、短波)方向。
3.若原子在高能级E2到低能级的自发跃迁几率为A21，则原子在高能级E2的平均寿命为____。
4.热辐射的基尔霍夫辐射定律指出，在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的__________与___________之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。
固体摄像器件主要有三大类：电荷耦合器件（CCD)，互补金属氧化物半导体图像传感器（CMOS），电荷注入器件（CID），电荷耦合器件（CCD）与其他器件相比，最突出的特点是以电荷为信号。
CCD的工作过程就是电荷的________、________、________和________的过程。
构成CCD 的基本单元是________，它能够存储电荷。
CCD器件的积分时间越长，它的灵敏度越______(高、低)。
CCD的噪声可归纳为3类：________、________、________。
5.光束调制按其调制的性质可分为、、、。
要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：、、。
6.光电二极管工作时，负载电阻上的光电流与、、、有关。
7.激光器的基本结构包含、、三部分，产生激光的两个必要条件是：(1) ________________________________;（2）___________________________________________。
常见的激光器有：、、、。
8.声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为两种类型。
9.根据调制器与激光器的关系，光束的调制方法可以分为内调制和外调制两种。
内调制是指。
10.在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个λ/4波片，波片的轴向取向为时最好。
11.若光电探测器的电流灵敏度R i=100μA/μW，噪声电流i n=0.01μA，则噪声等效功率NEP=_______________________。
2011春(光电子技术)
科目光电子技术班级应用物理学08-1姓名学号时间燕山大学试卷密封线共 6 页第 1 页题号一二三四五六总分分数2011年春光电子技术试卷一、简答题（每题4分，共20分）1. 什么是群折射率？请写出它与折射率的关系式。
2. 什么是模间色散？什么是波导色散？什么是材料色散？3. 什么是直接带隙半导体？什么是间接带隙半导体？燕山大学试卷密封线共 6 页第2 页4. 发光二极管与半导体激光器有何根本的差异？5. 什么是噪声等效功率（NEP）？请指出它与信噪比（SNR）的关系。
二、波长为870nm的光波在折射率为3.6的半导体介质(GaAs)中传输。
光照射到折射率为3.4的另一半导体介质(AlGaAs) 上，入射角为75°。
这将产生全内反射吗？计算反射电场平行与垂直分量的相变。
（20分）燕山大学试卷密封线共 6 页第 3 页三、厚为0.2μm的GaAs层夹在两AlGaAs层之间形成电介质平板波导。
GaAs 的折射率为3.66，AlGaAs层为3.40。
假设折射率随波长变化不大，截止波长（大于该波长，波导仅能传播一个模式）为多少？如波长为870 nm的辐射在GaAs层中传播，能否形成单模工作？（20分）燕山大学试卷密封线共 6 页第 4 页四、当电流为70mA，通过LED的电压约为1.5V时，约有200μW的光功率耦合到多模阶跃折射率光纤。
求LED-光纤耦合效率。
（10分）燕山大学试卷密封线共 6 页第 5 页五、InGaAsP-InP激光二极管光腔长200微米。
峰值辐射在1550 nm，InGaAsP 的折射率为4.假设光增益带宽为2nm。
求峰值辐射的模式数m、腔模间隔，并求腔中有多少模式。
（15分）燕山大学试卷密封线共 6 页第 6 页六、InGaAs pin 光电二极管的暗电流为5nA。
在波长为1.55μm，其响应度为.0。
求多少光功率将给出为暗电流两倍的光电流？此时的光探测器的量AR87W子效率（QE）为多少？（15分）燕山大学试题标准答案院(系): 理学院 教研室: 应用物理 考核课程： 光电子技术 2010-11 学年 （春） 季学期 考核类型：闭卷 考核专业年级： 应用物理08-1 命题教师： 孙伟 答题教师： 孙伟一、1. 答：群折射率是真空中光速与介质中群速的比值。
光电子技术复习要点
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。
光电子技术基础复习资料
选择题1、光电子技术在当今信息时代的应用主要有（abcd ）A.信息通信B.宇宙探测C.军事国防D.灾害救援2、激光器的构成一般由（a ）组成A.激励能源、谐振腔和工作物质B.固体激光器、液体激光器和气体激光器C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料D. 电子、载流子和光子3、光波在大气中传播时，引起的能量衰减与（abcd ）有关A.分子及气溶胶的吸收和散射B.空气折射率不均匀C.光波与气体分子相互作用D.空气中分子组成和含量4、2009年授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ a ）A.传输损耗低B.可实现任何光传输C.不出现瑞利散射D.空间相干性好5、激光调制器主要有（abc ）A.电光调制器B.声光调制器C.磁光调制器D.压光调制器6、电光晶体的非线性电光效应主要与（ac ）有关A.外加电场B.激光波长C.晶体性质D.晶体折射率变化量7、激光调制按其调制的性质有（cd ）A.连续调制B.脉冲调制C.相位调制D.光强调制8、光电探测器有（abc ）A.光电导探测器B.光伏探测器C.光磁电探测器D.热电探测元件9、CCD 摄像器件的信息是靠（ b ）存储A.载流子B.电荷C.电子D.声子10、LCD显示器，可以分为（abcd ）A. TN型B. STN型C. TFT型D. DSTN型11、可见光的波长范围为（C ）A. 200—300nmB. 300—380nmC. 380—780nmD. 780—1500nm12、电荷耦合器件分（A ）A. 线阵CCD和面阵CCDB. 线阵CCD和点阵CCDC. 面阵CCD和体阵CCDD. 体阵CCD和点阵CCD填空题1、黑体是指一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射。
2、色温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。
其并非热辐射光源本身的温度。
3、声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
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1 •按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光互作用可以分为拉曼一纳斯衍射和布拉格衍射当超声波频率较低，光波平行于声波面入射（即垂直于声场传播方向），声光互作用长度L 较短时，产生拉曼一纳斯衍射。
厶二久厶2•相反情况为布拉格衍射，当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或・1级）（视入射光的方向而定）衍射光，即产生布拉格衍射（类似于闪耀光栅）可使入射光能量几乎全部转移到+1级（或・1 级）衍射极值上。
因而光束能量可以得到充分利用。
利用布拉格衍射效应制成的声光器件可以获得较高的效率。
sin 0B= \ /（2 n Xs ） = Xf s/ （2 n vs ）3•若取vs=616m/s, n=2.35, fs=10MHz,入0=0.6328屮n,试估算发生拉曼•纳斯衍射所允许的最大晶体长度Lmax=?愿L _ 诡丹__ _______ 2.35x616? _______ L v厶）4入.尸计算得到max ~ 4^ ~ 4x0.6328x10_6xl00xl0124•描述大气衰减的朗伯定律，表明光强随传输距离的增加呈指数规律衰减。
5.大气中N2、02分子虽然含量最多（约90%）,但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。
因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。
6•何为大气窗口？简单分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。
对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。
光波几乎无法通过。
根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。
大气中N2、02分子虽然含量最多（约90%）,但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。
因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。
大乞中除包含上述分子外，还包含有He, Ar, Xe, 03, Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考虑其吸收作用。
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一、填空
1.由黑体辐射的普朗克定律，随着温度T的升高，黑体的单色辐射出射度极大
值所在位置λm移向___________(长波、短波)方向。
3.若原子在高能级E2到低能级的自发跃迁几率为A21，则原子在高能级E2的
平均寿命为____。
4.热辐射的基尔霍夫辐射定律指出，在同样的温度下，各种不同物体对相同波
长的__________与___________之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。
固体摄像器件主要有三大类：电荷耦合器件（CCD)，互补金属氧化物半导体图像传感器（CMOS），电荷注入器件（CID），电荷耦合器件（CCD）与其他器件相比，最突出的特点是以电荷为信号。
CCD的工作过程就是电荷的________、________、________和________的过程。
构成CCD 的基本单元是________，它能够存储电荷。
CCD器件的积分时间越长，它的灵敏度越______(高、低)。
CCD的噪声可归纳为3类：________、________、________。
5.光束调制按其调制的性质可分为、、、。
要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：、
、。
6.光电二极管工作时，负载电阻上的光电流与、、
、有关。
7.激光器的基本结构包含、、三部分，产
生激光的两个必要条件是：(1) ________________________________;（2）___________________________________________。
常见的激光器
有：、、、。
8.声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按
照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为两种类型。
9.根据调制器与激光器的关系，光束的调制方法可以分为内调制和外调制两
种。
内调制是指。
10.在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个λ/4波片，波片
的轴向取向为时最好。
11.若光电探测器的电流灵敏度R i=100μA/μW，噪声电流i n=0.01μA，则噪声等效
功率NEP=_______________________。
12.人体的温度以36.5°C计算，如把人体看作黑体，人体辐射峰值所对应的波
长为。
13.基尔霍夫定理是：在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的
___________________________________之比值都相等。
14.光在水中传播的时候会产生前向散射(光在传输方向的散射)和后向散射
(光在与传输相反的方向的散射)，请说出两种克服后向散射的方法：
(1) ____________________________________________________；
(2) ____________________________________________________。
15.光电探测器的量子效率是指__________________________________。
16.常见的光源有：_________、_________、_________、_________。
17.辐射亮度的单位是__________。
18.球面电磁波的三角函数表达式为：_____________。
19.光纤传输中的色散是由于不同成分的光信号的时间延迟不同而产生的一种
物理效应，色散一般包括______色散、______色散和_____色散等。
20.实现光束扫描的方式有__________、_______、_________。
21.光电探测器中最常见的噪声有________噪声、________噪声、________噪声。
二、计算
22.考虑熔融石英中的声光布拉格衍射，若取λ0=0.6328μm，n=1.46,
v s=5.97⨯103m/s,f s=100MHz,计算布拉格角θB。
23.一台氦氖激光器发出波长为0.6328μm的激光束，其功率为3mW，光束平面发
散角为0.02mrad，放电毛细管直径为1mm。
试求：
(1) 若光视效率V=0.235，此光束的辐射通量Φeλ、光通量Φvλ、发光强度I vλ、光出射度M vλ各为多少？
(2) 若将其投射到10m远处的屏幕上，屏幕的光照度为多少？
24.压电陶瓷特性及振动的干涉测量实验中，示波器上得到的压电陶瓷驱动波形
和光电二极管检测的信号波形如图所示，设激光器的波长为650.4nm，求压电陶瓷的振幅(要求说明求解根据)。
25.一束波长为0.46μm的蓝光的光通量是620lm,其视见函数V l=0.06，入射到一
个屏幕上，求在1min时间内该屏所接收的辐射能量。
三、简答
26.比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。
27.光波在大气中传播时按什么规律衰减？引起衰减的原因有哪些，为什么晴朗
的天空看上去是蓝色的？
28.刚粉刷完的房间从远处看，窗口总显得特别黑暗，这是为什么？
D的暗电流是什么？CCD中暗电流为什么会限制器件的低频限？CCD的高
频限与什么因素有关？
30.光波是一种电磁波，请简述电磁波的主要性质，画出电磁波谱，举例说明从
射线到无线电波的不同谱段的应用；
31.压电陶瓷特性及振动的干涉测量实验中，测量压电陶瓷的压电常数时，为什
么要将干涉条纹调节得比较粗大，直到屏幕上只能看到2~3个条纹最好？32.什么是电光晶体的倍频失真？为什么会产生这种失真？什么是电光晶体的
半波电压？如果驱动电压超过半波电压，电光调制系统的输出光强会怎样变化？
33.利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强度调制，纵向电光调制和
横向电光调制各有什么优缺点？
四、作图并说明
34.光电池有哪些结构特点？什么是光电池的短路电流和开路电压？如何利用
作图法求光电池的最佳负载电阻？
35.KDP晶体电光相位延有纵向电光效应和横向电光效应两种，画出产生横向电
光效应的示意图并说明原理，推导光波通过晶体后两个偏振分量的相位差公式，根据结果说明横向电光效应的优缺点。
36.在光电信号的二值化及应用实验中是如何确定阈值的大小的？(要求画出光
路图和输出信号)。
37.在同一图中画出光伏探测器在几种不同光照下的一组伏安特性曲线，说明探
测器分别工作于第一、三、四象限时的主要特点(分别画出电路示意图)。
38.作图(包括CCD结构图、驱动信号图、势阱及电荷分布图)并说明三相CCD的
电荷转移原理。
39.画出纵向电光效应强度调制器的结构图，说明它的工作原理，推导出输出光
强I0与调制电压V的关系式，绘制光强调制特性曲线。
根据该曲线说明要实现线性调制应该采用什么方法。
40.什么是直接调制？画出半导体激光器的光电特性曲线和直接调制电路图？
41.请举出或设计一个光电子技术应用的实例，尽量结合图形、公式等说明其系
统结构和原理，对可能涉及到的如器件选择、信号传输和处理、系统稳定性、灵敏度、速度、成本等方面的问题，结合光电子技术相关理论知识，从解决方案、优缺点等方面进行阐述。