光电子技术(第五章)
光电子技术课程考试大纲
西南科技大学本科课程考试大纲《光电子技术》课程考试大纲一、本课程考试目的光电子技术课程是光信息科学与技术等专业的核心方向专业课，本课程考察学生是否掌握光电子技术中的基本概念、基本技术和基本器件，是否具备一定的分析和解决光电工程技术问题的能力。
其中重点了解学生是否掌握辐射度学与光度学、光辐射的传播、光束的调制和扫描、光电探测及成像技术、光电显示技术等的基本概念及基本技术。
二、考试题型及分数分配选择题（10题、20分）、填空题（10题、20分）、解答题（4题、40分）、计算题（2题、20分）。
三、课程考核办法平时作业或作品（包括论文、专利、器件和报告等）20%，半期考试10%，期末考试(闭卷) 70%，缺勤扣1分/节。
第一章光辐射与发光源一、考核知识点：光辐射的基本定律，包括基尔霍夫辐射定律、普朗克定律、瑞利-琼斯公式、维恩公式和斯忒潘-玻尔兹曼定律；激光原理，以及常见激光器的结构与原理，包括固体激光器、气体激光器和半导体二极管激光器。
二、考核要求：掌握光辐射的基本定律、激光原理和典型激光器的结构和原理。
第二章光辐射的传播一、考核知识点：光辐射的电磁理论；光波在大气、电光晶体、声光晶体、磁光介质、光纤波导、非线性介质和水中的传播特性，以及相应的分析方法。
二、考核要求：掌握光波在电光晶体、声光晶体和磁光介质的传播特性；掌握电光效应、声光效应、非线性效应。
第三章光束的调制和扫描一、考核知识点：理学院光束调制原理，包括电光调制、声光调制、磁光调制和直接调制的原理、实现方法和特点及应用；光束扫描的原理，包括机械扫描、声光扫描、电光扫描的原理和实现方法和器件结构；了解空间调制器的原理、特点和应用。
二、考核要求：掌握电光调制、声光调制、直接调制，了解声光扫描、电光扫描和空间调制器；会运用LD的直接调制和声光扫描第四章光辐射的探测技术一、考核知识点：光电探测器的物理效应；光电探测器的基本特性；光电探测器的性能参数。
《光电子技术基础》第二版朱京平Cha
书籍概述
本书综合介绍了光电子技术的基础知识和应用。旨在帮助读者全面了解光电 子技术的原理、发展历科大学生、研究生以及电子工程专业学生。
工程师
从事光电子技术相关工作的工程师和研究人员。
爱好者
对光电子技术感兴趣的科技爱好者和自学者。
主要章节
1
第一章：光电子技术的基本概念
提供与该书内容相关的额外 学习资料、网站链接和参考 书目。
实践活动建议
为读者提供一些实际操作的 建议，帮助他们将理论知识 应用到实际中。
知识测试
最后，读者可以通过一些知 识测试来检验对所学内容的 理解和掌握程度。
《光电子技术基础》第二 版朱京平Cha
这本书是一本全面介绍光电子技术基础的书籍。它详细阐述了光电子技术的 基本概念、光辐射与光电效应、光电子器件、光电探测与信号放大、光电模 块、光电检测系统、光电子应用以及光纤通信与光纤传感等主要章节。
作者的背景和资历
朱京平
拥有多年光电子技术的研究和教学经验，是该领域的专家。
介绍光电子技术的基本原理和核心概念。
2
第二章：光辐射与光电效应
探讨光辐射和光电效应对光电子技术的重要性。
3
第三章：光电子器件
讲解常见的光电子器件和它们的特性及应用。
4
第四章：光电探测与信号放大
介绍光电探测和信号放大的原理与方法。
5
第五章：光电模块
讲述光电模块的构成和应用案例。
学习资源和实践活动
推荐学习资源
光电子教学大纲
《光电子技术》教学大纲课程编码：课程英文名称: Optoelectronics Technology学时数：60学时学分：3.5学分适用专业：电子科学技术专业教学大纲说明一、课程的性质、教学目的与任务课程性质：光电子技术是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的，是一门新兴的综合性交叉学科，已经成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分，以光电子学为基础的光电信息技术是当前最为活跃的高新技术之一。
光电子技术课程是电子科学与技术专业学生的必修专业课程，它的开设为培养合格的专业技术人才提供了必备的理论和实践基础，本门课程不仅是本专业学生在校学习的重要环节，而且对学生毕业后的工作和进一步学习新理论、新技术都将发生深远的影响。
教学目的：该课程介绍光电子技术的理论和应用基础，内容可以分为四大主要部分：(1) 激光原理基础及典型激光器；(2) 光的耦合与调制技术；(3) 光电探测器及其应用；(4) 光电子集成器件及光电子器件在光通信中的应用。
主要介绍了光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展。
该课程在阐明基本原理的同时，突出应用技术，使学生能够把握光电子技术的总体框架，有兴趣、有信心投入实践和创新活动。
教学任务：通过本课程的学习，使学生熟悉光电子技术的基础知识以及实际应用，为今后从事光电子技术方面的研究和开发工作打下一定的基础。
并通过实验教学环节使学生加深光电子技术课程的理论知识的掌握，通过一定的实验，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，获得相应技术、实验方法和技能锻炼。
二、课程教学的基本要求本课程以课堂讲授为主，课下自学为辅。
对自学的内容布置讨论及思考题，提高学生独立思考及解决问题的能力。
适当增加flash动画、视频材料，同时安排一些课外科技学术报告，使学生了解到本学科的最新前沿进展。
通过本课程的学习，应使学生掌握光电子技术的基本原理、基本概念，了解光电子技术的应用实例，了解光电子领域的新成果和新进展，对光电子技术有比较全面、系统的认识和理解。
第5章相控阵雷达
移相的量化误差。
波束形成网络
波束形成分发射波束形成、接收波束形成， 一般指接收波束形成。
射频波束形成 中频波束形成 数字波束形成 多波束形成
§5.5有源相控阵雷达
每个阵元有一个收发组件
§5.6相控阵雷达的有缺点及发展趋势
特点：p182有8个特点 发展：战术相控阵和战略相控阵
小结
1.相控阵雷达的基本概念 2.与相控阵雷达相关的技术 3.相控阵雷达的特点 4.阵因子和阵元因子 5.远场和近场 6.栅瓣和克服栅瓣的方法 7.相控阵雷达扫描与角分辨率 8.相控阵雷达的组成 9.相位扫描系统
第七章 其他若干现代雷达体制简介
1.连续波雷达
零差拍连续波雷达,p227 超外差连续波雷达,p228 • 调频连续波雷达 • 调相连续波雷达
2.脉冲压缩
产生一个这样的脉冲，它的TB积远大于1，一般在20－100 之间。作用距离以T为标准，距离分辨率以B为标准，两者兼顾。
3.雷达距离分辨率：
r
c 2B
4.压缩比D
D T TB 1/ B
5.脉冲压缩的优点：
时宽带宽互相基本独立，可选择较宽的脉冲宽度，有较大的作用距 离。
有较高的距离分辨率。 有较好的抗干扰能力。 脉冲压缩的缺点： 由于加大了“T”，最小作用距离增加了。 信号处理复杂。 存在距离旁瓣 存在一定的测距模糊和测速模糊。
θ
dsin(θ )
波阵面
dd 0 12
d N-1
图5.1阵列天线示意图
天线阵元之间的间距为d，目标方位(不一定是波束指向)与天线 阵面法矢量夹角为θ。相邻阵元回波相位差为ψ，波程差为ｄｓｉｎ (θ)，由波程差引起的相位差为：
光电子技术课件：第五章 光调制技术3
– 内调制 – 外调制
5.1 光信息系统的信号加载与控制
• 激光的内调制
– 将传输的输入信号直接加载到激光器上，改变激光 器的出射特性进行的光波调制。
• 调制后的激光输出光束就包含了带传输的信息。例如半导 体激光器中直接将调制信号控制激光器的输入电流，从而 使其发出的光强度随要输的信号变化而变化，实现了信号 调制。
5.1 光信息系统的信号加载与控制
• 如何将光波带上要传输的信息呢？ ➢光调制
– 将激光作为信息的载体，通过改变激光的振 幅、波长（频率）、相位、偏振参数、方向 等各参量，使光波携带信息的过程，
称为光的调制。
5.1 光信息系统的信号加载与控制
• 与电子学中的载流子如电子、空穴等带 电粒子不同，光波（光子）是中性的， 不能够用外界电场直接的调制，要通过 改变发光的结构或者用外电场改变材料 的光学性质来间接地实现对光波的调制。Fra bibliotek4-49
5.2 光在晶体中的传播
9个元素的二阶介电张量可简化为只含三个元素的对角张量
简写为 D [ ]E
x 0
[
]
0
y
0
rx 0
0
0
0
ry
0 0
0
n0x2
0
n
2 y
0
0
0 0 z
0 0 rz
0 0 nz2
0[ r ] 0[n2 ]
其中，
ij 0 1 ij
– 烽火台； – 航标灯的信号等。
• 现代光通信技术将光波的信息载体功能发 挥到极致。
• 采用激光器作为光源，光波导作为传输 介质有如下的好处：
– 光频率高，能够传输的信息容量大； – 激光的相干性好，易于信息的加载； – 方向性好，可直接用于空间传输； – 光波导的损耗小，传输不受环境的影响； – 光信息传输的保密性好。
第五章(全)--光电子技术
工作原理：常作成长条形，如图所示。当光点沿长条方向扫过时， 外加电场驱使光生载流子沿光点扫描方向迁移，并保证光点扫描速 度等于载流子迁移速度，光场在元件上产生的载流子被外加电场扫 在一起，最后堆积到元件末端的两电极之间，从而改变该区域的光 电导，在外回路得到光信号电流。在光电扫描与载流子迁移过程中， 信号经累积(积分)输出，而噪声由于其不相关特性，不会像信号— 样累积，从而大大提高了器件的灵敏度，比通常的8-14um波段的红 外探测器背景限提高了几倍。
I
•光电导的驰豫特性限制了器件对 较高调制频率的光功率的响应。
63 37 0 1 0 1
பைடு நூலகம்t/τ
图5.7、光电导的驰豫特性
ξ5.3 实用光电导探测器
5.3.1 单晶光电导探测器
(一)本征型: (1)碲镉汞 (HgCdTe)（2）锑化铟(InSb)（3）碲锡铅(PbSnTe) (二)杂质型： (1)锗掺汞 (Ge:Hg)(2)锗掺镓 (Ge:Ga)(3)硅掺砷（Si:As）
i
2 N
2 iN f i2 Ng r
i
2 NJ
1kHz
1MHz
图5.2、光电导探测器的噪声分布
二、光电导探测器的性能参数 A. 响应率
IS 电流响应率： RI P
前面的推导我们已经得到 可以得到响应率为：
VS 电压响应率： RV P
e IP GP hv
e RI G hv e RV GRd hv
P( x)
hv P( x) wLhv
：在x处单位时间吸收的光子数
n( x )
:在x方向上单位长度体积内的被吸收的光子数 密度,由于α 包含了量子效率在里面，因此也 等于单位时间、单位体积产生的光电子数。
光电子技术LectureN
二．何谓准分子？准分子 激光的能级结构？为 何准分子激光的频谱
较宽？如何泵浦？
二． CO2激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式、能级结构，发
波长，谐振腔结构？
三． 氩离子激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式，能级结构，
发射波长，谐振腔结构，输出偏振，放电管结构？
四． 准分子概念，增益介质，能级结构，与传统激光相比的特点，
泵浦方式，发射波段？
作业五
一．氦-氖激光器中如何 实现0.6328 m波长 输出？激光输出频率
一种是利用兰姆凹陷，即功率-频率
关系，另外也可外设置
○ 参考频。 ○ 如何设置标准频率？
● 腔长的补偿：利用压电陶瓷控制腔 的全反射端镜微位移。位
● 移量由频率漂移量确定。
光电子技术（5）
三、He-Ne激光的谐振腔
谐振腔有三种结构：内腔式、外腔式和半内腔式。
内腔式：谐振腔的两端镜焊接在玻璃外壳上，主要用于小功 率短腔结构。 特点：使用方便，输出激光为非偏振。
1.15 m(c).其中3.39m的增益最高，
通常用玻璃窗抑制3.39m发射或加轴 向非均匀磁场。
1S
3s1
泵浦：气体辉光放电激励，氦原
1s2 He
2p6 Ne
子共振能量转移。
光电子技术（5）
氦-氖激光器的稳频
氦-氖激光器的波场常用于长度计量 标准，所以要求氦-氖激光器的波长 稳定，即稳频。频率取决于谐振腔 的光程长度，而光程长度由几何长 度和折射率乘积确定，而折射率的 稳定不容易控制。所以，通常控制 腔的几何长度。
二、等离子管结构 由放电管、磁场组成。其中放电管要求具有优良的传热性能， 目前，中小功率激光器的放电管使用石墨，而大功率激光器的
光电子技术全套课件
光电子技术精品课程
§3 纵模的概念
光电子技术精品课程
§3 纵模的概念
光电子技术精品课程
§4 光腔的损耗
开腔的损耗及其描述
光子在腔内的平均寿命
无源谐振腔的Q值 无源腔的本征振荡模式带宽
光电子技术精品课程
§4 光腔的损耗
光电子技术精品课程
§4 光腔的损耗
光电子技术精品课程
§4 光腔的损耗
光电子技术精品课程
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术 精品课程
电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院
光电子技术 精品课程
激 光 原 理
第二章 光腔理论的一般问题
电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院
§1 腔与模
光腔的构成和分类
模的概念
腔的作用
光电子技术精品课程
§1 腔与模
光电子技术精品课程
§2 共轴球面腔的稳定性条件
传输矩阵
共轴球面腔的稳定性条件
§7 方形镜共焦腔的自再现模
光电子技术精品课程
§8 方形镜共焦腔的行波场
厄米 - 高斯光束
振幅分布和光斑尺寸
模体积
等相位面的分布
远场发散角
光电子技术精品课程
§8 方形镜共焦腔的行波场
光电子技术精品课程
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
频率为时ω的 开路电压
由上面两式可知，低频时光电器件的输出基
本上与频率无关；高频时则与频率成反比，转
折点定义在ωτ为1的频率。
②内光电效应——光电导效应
光子在材料中激发出的载流子必须在外 加电压（电场）作用下方能作空间流动， 对外电路产生贡献。
这种器件必须加上偏压才能正常工作。
③内光电效应——光伏效应
光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属 组合的不同部位之间产生电位差的现象。产生这 种电位差的机理有多种，主要的一种是由于阻挡 层的存在引起的势垒型光伏效应。
结区
p
n
+
-
+
-
+
-
光
+ +
-
+
-
+
-
+
-
暗电流 i
光电流
开路光电 压
u
短路光电 流
③内光电效应——光伏效应
光伏效应
产生扰动
光电效应
电磁波对材料的影 光响 热效应
温升使材料的某 些特性发生变化
波扰动效应
电磁场对材料的 扰动所引起材料
按响应区域分类
某些内特性发生 变化
光电探测器图 点 象 探 探 测 测 器 器
输出信号是敏感 区域的平均值
对敏感区域的空间 变化所产生的响应
4、光电效应
光照射到物体上使物体发射电子， 或电导率发生变化，或产生电动势，这 些因光照引起物体电学特性改变的现象， 统称为光电效应。
倍增
通道电子倍增
光电管 光电倍增管 像增强管
光
光电导效应
光电导管或称光敏电阻
电
效 应
内光 电效
应
光伏 效应
零偏的p-n结和PIN结 光电池
反偏的p-n结和PIN结 光电二极管
雪崩效应
雪崩光电二极管
肖特基势垒
肖特基势垒光电二极管
pnp结和npn结
光电三极管
2、探测机理及其分类
按光—电相互作用分类
光子直接对电子
现象
光电流 Iso qNG
通常是多子起作用，少 子由于其寿命相对短得 多，故对光电流的贡献
不大。
ISO为直流下的短路电流，η为量子效率，Nλ为器件单位 时间吸收的波长为λ的光子数，G为器件内增益。
②内光电效应——光电导效应
Iso qNG
光电导增益G由自由载流子寿命τ和渡越
时间Tτ的比值来决定。
内光电效应光子激发的载流子(电子或空穴)将保留 在材料内部。
外光电效应将电子打离材料表面，外光电效应器件 通常有多个阴极，以获得倍增效果。
①外光电效应——光电发射效应
当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时， 光子的能量传给光电材料表面的电子，如果入射 的光能使表面的电子获得足够的能量，电子就会 克服正离子对它的吸引力，脱离金属表面而进入 外界空间，这种现象称为外光电效应。外光电效 应可用两条基本定律来描述 ：
斯托列托夫定律
当入射光的频率或频谱成分不变时，饱和光 电流（单位时间内反射的光子数目）与入射光的 强度成正比。
斯托列托夫定律是光电管、光电倍增管的检测基
础。
①外光电效应——光电发射效应
爱因斯坦定律
如果发射体内电子吸收的光子能量大于发射体表 面逸出功，则电子将以一定的速度从发射体表面发射， 光电子离开发射体表面时的初动能随入射光的频率线 性增长，与入射光的强度无关。
爱因斯坦定律
由此得到光电发射对阴极材料的要求： ➢ 对光的吸收大，以便体内有较多的电子受激发射； ➢ 电子受激发生在表面附近，以使碰撞损失尽量小； ➢ 材料逸出功小，以使到达表面的电子容易逸出； ➢ 电导率好，以便能够通过外电源来补充光电发射 失去的电子。
②内光电效应——光电导效应
光电导效应是光照变化引起半导体材料电导变化的 现象。
载流子的激发——光子 载流子的分离——内建电场
光电流： I I光Id Id Is(eqV/kT 1)
Id暗电流，Is为无光照射时的反向饱和电流，V为 施加在器件上的电压(正向为正，反向为负)，k为波
耳兹曼常数，β为近似为1的常数，T为绝对温度。
③内光电效应——光伏效应
光伏器件的电流电压特性（5-5）
Eg h
c
hc Eg
1.24 Eg
入射光波长大于截止波长时，无论光强有多大、照射时间多 长，都不会有光电子发射。光电发射大致可分为三个过程：
光入射物体后，物体中的电子吸收光子能量，从 基态跃迁到激发态；
受激电子从受激处出发，向表面运动，其间必然 要同其他电子或晶格发生碰撞而失去部分能量；
到达表面的电子克服表面势垒对其的束缚，逸出 形成光电子。
光电效应方程：
E m a 1 2 m xm 2 v a h x h 0 h E
电子的 动能
入射光子 能量
逸出功
该式表明，入射光子必须具有足够的能量，也就是说至少要等于 逸出功，才能发生光电发射。ν0 为产生光电发射的最低频率，即该频 率与材料的属性有关，与入射光强无关。
爱因斯坦定律
Ema x(1 2m2)vma xh -Eg
第五章 光波的探测与解调
5.1光子探测方法
5.1.1光子探测机理的分类
1、光电探测技术
把被调制的光信号转换成电信号并将信息 提取出来的技术。
光探测过程可以形象地称为光频解调，光 探测器就是将光辐射能量转换成为一种便于测 量的物理量的器件。
2、光电探测器
效应
探测器
外光 电效 应
光阴极发射光电子
光电子 倍增极倍增
G
T
渡越时间Tτ是指多数载流子穿过器件电 极的时间，它由下式决定：
T
l2 V A
式中l为电极间的距离，µ为多数载流子的迁移率，
VA为器件所加上的偏压。
②内光电效应——光电导效应
响应速度(由多数载流子的寿命决定 )
直流短路电流
Is
Iso
122
Vs
Vso
12 2
器件开路电压
频率为时ω的 短路电流
利用此现象制成的光探测器称为光电导探测器。
20世纪又先后在氧化亚铜、硫化铊、硫化镉、 硫化铅等材料中发现光电导效应，并由此发展 了从紫外、可见到红外各个波段的辐射探测器。
②内光电效应——光电导效应
光子能量
h Eg
hc
Eg
红限波长 0 hc/ Eg
当光子波长大于λ0 时，本征型半导体器 件将不会出现光电导
当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量， 使得非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓 度增大，从而导致材料电导率增大。这种变化可以 通过测量负载电阻两端的电压来观察。该现象是 100多年来有关半导体与光作用的各种现象中最早 为人们所知的现象。
信号
+ V - 负载电阻
入射光线
②内光电效应——光电导效应