光电子学复习提纲
最新《光电子材料与器件》复习提纲
《光电子材料与器件》复习提纲Sciprince一、1、激光的原理、特点、本质P42、受激辐射三能级、四能级系统（为什么四能级系统效率高）3、固体激光器如何锁模P364、光谱线的宽度线性函数P55、均匀加宽（碰撞加宽、自然加宽）线性函数P56、增益饱和的物质实质二、1、红宝石激光器P182、Nd3+:YAG激光器P183、自由电子激光器P22三、1、横模选择技术P402、纵模选择技术P433、稳频技术P464、兰姆凹陷稳频P485、Q调制原理P256、锁模的基本原理P33四、1、电光调制概念P532、怎么调制（怎么调，计算栅极调制和正负调制）3、光电振幅调制原理P534、电光效应P55五、1、声光衍射现象P632、耦合波理论和耦合波方程P643、磁光调制P684、Ramman-Nath衍射图P635、Bragg衍射图P64六、1、光纤衰减P752、光纤弧子P76七、1、光伏探测器2、光电池P85八、1、光电子学研究对象F12、3、爱因斯坦受激辐射理论P24、几种激光器工作物质和原理P155、声光调制概念P655、两种调制的区别6、光纤衰减有哪些（09诺贝尔）P757、光电转换器概念P848、哪几种物理效应P839、CCD工作原理，反型层，转移，P型n型，外加电压正负，栅极电压P88附件：由光学和电子学结合形成的技术学科。
电磁波范围包括X射线、紫外光、可见光和红外线。
光电子学涉及将这些辐射的光图像、信号或能量转换成电信号或电能，并进行处理或传送；有时则将电信号再转换成光信号或光图像。
以光波代替无线电波作为信息载体，实现光发射、控制、测量和显示等。
通常有关无线电频率的几乎所有的传统电子学概念、理论和技术，如放大、振荡、倍频、分频、调制、信息处理、通信、雷达、计算机等，原则上都可延伸到光波段。
在激光领域中，激光器提供光频的相干电磁振荡源，光电子学是指光频电子学。
光电子学有时也狭义地指光-电转换器件及其应用的领域。
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。
光电子技术复习
光电⼦技术复习第⼀章1、光电⼦技术的定义光电⼦技术是光学技术与电⼦技术结合的产物，是电⼦技术在光频波段的延续和发展。
是研究光（特别是相⼲光）的产⽣、传输、控制和探测的科学技术。
2、电磁波的性质1.电磁波的电场和磁场都垂直于博得传播⽅向，三者相互垂直，电磁波是横波，和传播⽅向构成右⼿螺旋关系。
2.沿给定⽅向传播的电磁波，电场和磁场分别在各⾃平⾯内振动，称为偏振。
3.空间个点磁场电场都做周期性变化，相位同时达到最⼤或最⼩。
4.任意时刻，在空间任意⼀点，H E µε=5.电磁波真空中传播速度为001µε=c ，介质中的为εµ1=v3、⾊温的概念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。
4、辐射度学与光度学的基本物理量作业：1、2第⼆章⼀、光波在⼤⽓中的传播1、光波在⼤⽓中传播时，引起的光束能量衰减和光波的振幅和相位起伏因素光波在⼤⽓中传播时，⼤⽓⽓体分⼦及⽓溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空⽓折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏2、⼤⽓分⼦散射的定义、特点；瑞利散射的定义和特点定义：当光线穿过地球周围的⼤⽓时，它的⼀些能量向四⾯⼋⽅反射。
特点：波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被散射。
瑞利散射定义：在可见光和近红外波段，辐射波长总是远⼤于分⼦的线度，这⼀条件下的散射为瑞利散射。
瑞利散射特点：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
所以天空呈蓝⾊。
3、⼤⽓⽓溶胶的定义、瑞利散射、⽶-德拜散射；⼤⽓⽓溶胶：⼤⽓中有⼤量的粒度在0.03 µm到2000 µm之间的固态和液态微粒，它们⼤致是尘埃、烟粒、微⽔滴、盐粒以及有机微⽣物等。
由这些微粒在⼤⽓中的悬浮呈胶溶状态，所以通常⼜称为⼤⽓⽓溶胶。
瑞利散射：散射粒⼦的尺⼨远⼩于光波长时，散射光强。
⽶德拜散射：散射粒⼦的尺⼨⼤于等于光波长时，散射光强对波长的依赖性不强。
⼆、光波在电光晶体中的传播1、电光效应的定义及分类电光效应：在外电场作⽤下，晶体的折射率发⽣变化的现象。
光电子各章复习要点
各章复习要点第1章 激光原理概论1.光的波粒二相性，光子学说光是由一群以光速 c 运动的光量子（简称光子）所组成 2三种跃迁过程（自发辐射、受激辐射 和受激吸收）• 3.自发辐射和受激辐射的本质区别？• 4.在热平衡状态下，物质的粒子数密度按能级分布规律（正常分布）• 5.激光产生的必要条件:实现粒子数反转分布 • 6.激光产生的阈值条件：增益大于等于损耗 •7.激光的特点？•(1)极好的方向性（θ≈10-3rad)•(2)优越的单色性(Δν=3.8*108Hz,是单色 性最好的普通光源的线宽的105倍.•(3)极好的相干性(频率相同,传播方向同,相位差恒定)•(4)极高的亮度•光亮度:单位面积的光源,在其法向单位立体角内传送的光功率.•8激光器构成及每部分的功能νh E =λνc h c h c E m ///22===1激光工作物质提供形成激光的能级结构体系，是激光产生的内因2.）泵浦源提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因3.）光学谐振腔①提供光学正反馈作用②控制腔内振荡光束的特性•9激光产生的基本原理(以红宝石激光器为例)•⑴Cr3+的受激吸收过程．•⑵无辐射跃迁•⑶粒子数反转状态的形成•⑷个别的自发辐射 •⑸受激发射 •⑹激光的形成 •10.模式的概念及分类11.纵模的谐振条件的推导及纵模间隔的计算。
第2章 激光谐振腔技术、选模及稳频技术 • 1.掌握三个评价谐振腔的重要指标•最简单的光学谐振腔是在激活介质两端适当的位置放置两个具有高反射率的反射镜来构成的，与微波相比，采用开腔。
1）平均单程功率损耗率πλπφ222⋅=⋅=∆q nL qnL q 2=λnLcqv q 2=反射损耗：衍射损耗：（圆形平行平面腔）2）谐振腔寿命3）谐振腔Q 值• 2.了解横模选择的两种方法(1)只改变谐振腔的结构和参数,使高阶模具有大的衍射损耗(2)腔内插入附加的选模器件 3两种常用的抑制高阶横模的方法 1.调节反射镜 ✓ 优点:方法简单易行 ✓ 缺点:输出功率显著降低 2.腔内加光阑高阶横模的光束截面比基横模大，减小增益介质的有效孔径，可大大增加高阶横模的衍射损耗• 4.理解三种单纵模输出的方法 •1）短腔法10ln21I I =δ4.12)(207.0aLd λδ=)1(R c Lt c -=dr L L R c L cQ δδλπλδπλπ+==-=1.22)1(.221210010ln 21ln 21ln21r r r r I I I I -===δ•2）法布里-珀罗标准距法•3）复合腔选纵模第5章 光电子显示技术• 1.黑白CRT 的构成及每部分的功能？ • 电子枪、偏转系统和荧光屏三部分构成• 2.黑白CRT 的基本工作原理？ndc m 2=∆ν•电子枪发射出电子束，电子枪受阴极或栅极所加的视频信号电压的调制，电子束经过加束极的加速，聚焦极的聚焦，偏转磁场的偏转扫描到屏幕前面的荧光涂层上，产生复合发光，最终形成满足人眼视觉特性要求的光学图像。
光电子复习提纲汇总
《光电子学》复习讲义2014第一部分：光电物理基础【1】基本概念1)本征吸收：半导体吸收一个能量大于禁带宽度Eg的光子，电子由价带跃迁到导带，这样的过程称为本征吸收。
2)激子吸收：在半导体中受激电子与空穴构成的新系统可以看成一种“准粒子”，并称之为激子。
激子可以通过所含电子和空穴的复合而辐射光子和声子，其中能发射光子的激子复合过程对提高发光效率有很大的实用意义。
3)杂质吸收：杂质吸收有三种情况，1：从杂质中心的基态到激发态的激发可以引起线状吸收谱。
2：电子从施主能级到导带或从价带到受主能级的吸收跃迁。
3：从价带到施主能级或从被电子占据的受主能级到导带的吸收跃迁。
4)费米能级的概念：P225)热平衡状态下本征和杂质半导体的费米能级图1-14 P246)非平衡态载流子的产生、复合图1-157)直接复合：自由电子直接由导带回价带与空穴复合8)间接复合：自由电子和空穴通过晶体中的杂质、缺陷在禁带中复合9)非本征吸收：包括杂质吸收自由载流子吸收激子吸收晶格吸收10)本征发光：导带电子和价带空穴复合所产生的发光现象11)激子发光：激子在运动过程中，将能量从晶体的一处运输到另一处，电子空穴复合发光的过程称为激子发光。
12)杂质发光：杂质发光有三种发光方式，1：电子从导带到施主能级或从受主能级到价带的跃迁，主要是无辐射跃迁。
2:电子从导带到受主能级或从施主能级到价带。
3：施主受主对的辐射跃迁13)内光电效应：表现为光电导和光生伏特效应。
14)外光电效应：即光电子发射效应（金属或半导体受光照射，如果光子能量足够大可以使电子从材料表面逸出的现象）15)金属逸出功：电子从金属中逸出需要的最小能量16)电子亲和势：导带体上的电子向真空逸出时所需要的最小能量17)光电发射第二定律：光电发射体发射的光电子最大动能随入射光频率的增大而线性增加，与入射光强无关。
18)辐射度量:与物理学对电磁辐射度的规定完全一致，适用于整个电磁波段19)光度量：以人的视觉特性为基础建立，只适用于可见光波段20)偏振光及偏振度：振动方向与传播方向不对称性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。
光电子技术概论复习概要
模拟调制 数字调制
应用：光纤通信系统
间接调制：利用晶体电光效应、声光效应、磁光效应等 来实现对激光辐射的调制。
• 4. 直接调制
1、半导体激光器(LD) 【LD的工作原理】
调制
＋
P
(a)
Ga1－ xAlxAs
E
(b)
能 量
n 折
(c) 射 率
空穴
P GaAs
N
－
Ga1－ yAlyAs
电子
复合 异质 势垒
电光扫描是利用电光效应来改变光束在空间的传播方向。
x
A
L
d B
A yB
光束的偏 转方向
电光扫描原理图
光的偏转角连续变化的模拟式扫描（连续位移）—显示
不连续的数字扫描（空间位置“跳变”）—光存储
调制
• 6. 空间光调制器
改变光波在空间的分布。
泡克耳读出光调制器
利用电光效应制成的光学编址型空间光调制器。
直接引起原子或分子的内部电 变为晶格的热运动能量，引
子状态的改变。光子能量的大 起探测元件温度上升，其结
小直接影响内部电子状态的改 果又使探测元件的电学性质
变。
或其他物理性质发生变化。
探测
• 1. 光电探测器
特点：
光子探测器
热探测器
光子器件
热电器件
响应波长有选择性，一般有截 原则上响应波长无选择性，对
它是把图像的光强分布转化为加在BSO晶体上电 压的空间分布，从而把图像传递到读出光束上。
工作过程概述：
➢首先在外电场帮助下建立BSO的内电场，实现 BSO的擦除与激发。 ➢然后，通过短波长光的光电导效应，把空间光强分 布转换成空间电压（电场）分布，实现图像的写入。 ➢最后，通过长波长光的线性电光效应把空间电压分 布恢复成光强（振幅或相位）分布，实现图像的读 出。
光电子学复习提纲
光电⼦学复习提纲考试题型：1、选择题（10%）：考核基本概念的理解2、问答题（30%）：考核基本概念和原理的掌握3、计算题（50%）：考核原理和公式的应⽤4、分析题（10%）：光学系统的分析复习内容：1、⾼斯光束的特性、⾼斯光束的聚焦与准直⽅法和特点2、辐射度量和光度量的物理量的概念，理解辐射量与单⾊辐射量的区别，掌握光视效能和光视效率。
理解余弦辐射体（辐射亮度均匀）。
3、激光的特点4、理解什么是相格、光⼦态、光波模式的概念及其意义？1111相格⽅法就是在相空间中，以⼀定的相体积，把相空间分割成很多格⼦，以便计数特定宏观态下的微观状态数的⽅法。
这些格⼦叫相格。
相格是同⼀光⼦态的⼀种说法，等价于同⼀模式，同⼀简并度。
相格的⽅法是⼀种准经典的⽅法。
它是在经典和量⼦中间妥协的⽅法。
相空间是经典的概念。
量⼦⼒学中，由于测不准原理，位置和动量有⼀个不确定度，因此严格说量⼦⼒学⾥没有相空间的概念。
但是当系统的尺度⽐较⼤时，可以⽤准经典的⽅法来处理。
这时就⽤相格的⽅法：根据量⼦⼒学的启发，2n维相空间中每⼀个相格的体积取h^n,即位置动量不确定度的n次⽅。
2222光⼦态光孤⼦⾃⼦有各⾃的状态,有⾃旋的,⾃旋有快有慢,有不⾃旋的,还有不同的⾊,不同的体积.光⼦的这些特征统称为光⼦态或光⼦常态.当光⼦参与律动---波动时它有时会保持⾃态⽽传递动态,有时会⾃态和动态⼀起传递⽽变成另⼀种态---激发态.3333具有⼀定频率、⼀定的偏振状态和传播⽅向的光波称做光波的⼀种模式。
理解简并与简并度的概念，理解光⼦态密度/光波模式数密度下能量密度的计算。
1111原⼦中的电⼦，由其能量确定的同⼀能级状态，可以有两种不同⾃旋量⼦数的状态，该能级状态是两种不同的⾃旋状态的简并态。
222222量⼦⼒学中把能级可能有的微观状态称为该能级的简并度，⽤符号g表⽰。
简并度亦被称为退化度或统计权重理解光⼦数、光⼦能量和功率的关系。
11光功率,是指单位时间内通过某个截⾯的光的能量.即P＝E / t⽽⼀个光⼦的能量是E1＝h*υ,υ是光的频率若光⼦数是N,则E＝N*h*υ那么P＝N*h*υ / t－－－这就是P与N的关系.5、理解玻尔兹曼分布律与费⽶分布111玻尔兹曼分布也叫吉布斯分布，是⼀种覆盖系统各种状态的概率分布、概率测量或者频率分布。
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《光电子学复习提纲》
一．来自贾宏志老师的复习课
Chapter 1
1.波动光学
描述光波的参数及定义，例如：频率（f）波长（λ）周期（T）角频率（ω）
2.几何光学
折射率，折射定律，全反射，临界角
3.量子光学
能级，光子，光子能量计算（可能会有计算题）
光子如何产生，光子的发射吸收和能级的关系
Chapter 2
P型半导体，N型半导体，本征半导体，非本征半导体，自由载流子，能带
有哪些能带（价带，导带），哪个能带能级高，哪个低
禁带作用
LED全称，pn结如何形成，pn结核心耗尽区的特点
LED发光原理，LED的简单结构
LD发光原理
LD结构，半导体激光器的特点
LD发出的光和LED 发出的光有什么特点
LD与LED 结构差别，差别如何产生
Chapter 3
光电倍增管（原理，结构，特点（优点和缺点））
太阳能电池的结构，作为太阳能电池的工作原理，作为探测器件又是什么原理
光电二极管探测为什么加反向偏压，探测光信号的原理
PIN和APD的特点，有什么不同
CCD全称
MSM全称
二．来自郑继红老师的复习课
一．翻译
二．选词填空
三．计算题（3道）红色书中第一章的内容
四．原理，应用的简答（4道）（LED,LD,LCD,OLED,PMT,photodiode,phototransistor,solar cell）
Spectrum光谱，电磁波谱，色散，反射，折射，掺杂，耗尽层，电容，电阻，电感，光的干涉，衍射，并联，串联
LED特点，基本原理，PN结，外加泵浦源能量（正向偏置电压），自发辐射
LD：正向偏置，受激辐射，单色性，方向性
Photodiode 反向偏置
Solar cell 无偏置
OLED：主动发光
PMT：结构，用于暗环境，特点：敏感
四个光电效应
光敏电阻
太阳能电池（光伏效应的原理），3个基本条件。