光电子技术复习要点
光电子技术复习总结
1、光照调制按照调制方式分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及偏振调制。
2、运用外界因素对于光纤中光波相位的变化来探测各种物理量–相位干涉型探测器。
3、半导体发光是由能带之间的电子空穴复合产生的。
4、固体激光器是以掺杂的离子型绝缘晶体和玻璃作为工作物质。
5、光探测器的要求：线性度好、灵敏度高、性能稳定。
6、光纤传感器常用的光电探测器有：光电二极管、光电倍增管、光敏电阻。
7、红外探测器的响应波长范围（光伏响应）是其电压响应率与入射的红外辐射的波长的关系。
8、光子探测利用的是半导材料在入射光的照射下产生光子效应。
9、光电导效应当红外照在半导体表面上，电子空穴对从原来的束缚状态到自由状态。
10．利用温差电势效应制成的红外探测器称为热电偶探测器。
11．任何物质的温度高于0K，就会向周围辐射红外线。
12．任何无损探测是通过测量热流、热量来鉴定被探测物的内部缺陷。
13、内光电探测器分为：光电导探测器、光伏特探测器、光磁电探测器。
14、红外探测器的性能参数：。
电压响应率、噪声等效功率、时间常数。
15、采用了红外技术的焊接、裂纹探测、军事侦察、夜视。
16、波长在1~1000um被固体吸收会显著的转变成热能。
17、完整的电磁辐射波谱：声频电磁振荡、无线电波、毫米波、红外光、可见光、紫外光、X射线、r 射线、宇宙射线。
18、红外射线传播过程中因空气分子、水分子的吸收、散射而衰减。
19、辐射出射度Me 辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量。
附加：辐射通量：φe 单位时间内流过的辐射能量。
辐射强度：Ie 点辐射源在给定的方向上发射的在单位立体角内的辐射通量。
辐射亮度：Le 面辐射源在某一给定的方向上的辐射通量。
辐射照度：Ee 照射在面元上的辐射通量dΦe 与该面元的面积dA 之比。
20、光电池是利用光生伏特效应将光能转化成电能。
21、外光电效应：在光线作用下，使物体电子逸出表面的现象。
内光电效应：在光线作用下，使物质电导率改变的现象。
光电子技术总复习
第一章 光辐射与发光源1. 辐射量、光度量及其单位1）了解辐射量、光度量的定义及其单位（辐射通量、光通量、发光强度、亮度）2）掌握视见函数的定义和规律辐射度量:只与辐射客体有关,适用于电磁波全波段。
基本量: 辐射通量(即辐射功率） 基本单位:瓦特(W)光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度，只适用于可见光波段。
基本量: 发光强度 基本单位: 坎德拉(cd)用下标“e ”表示辐射度量，下标“v ”表示光度量。
辐射通量（辐射功率）: 单位：瓦特（W ）含义：为单位时间内流过某面积的辐射能量光通量: d =Id 单位：lm=cd sr 发光强度：I(基本量) 单位：cd (光)亮度：L=dI/(dScos ) 单位：nt=cd/m2光视效率(视见函数)V ：是归一化的光视效能: ＝555nm 的单色光视效率V =1, 为最大值. 光通量(lm )与辐射通量(辐射功率,W)的换算：)()/(683)(,,W W lm V lm e λλλνΦ⋅⋅=Φ例题： 点光源均匀发光(=500nm), 发光强度I ν=100cd,则总光通量ν = ,总辐射功率为e, = 解：总光通量ν = I νd =4I ν =400(lm ), 总辐射功率e,=ν,/683V =400/(683=(W) 2. 光源的分类了解光源器件的分类，相干光源与非相干光源的区别（激发机制与特点）。
光源器件的分类：3大类热辐射光源（卤钨灯）；气体放电光源（低压和高压,自吸收）；电致发光源（LED ）3. 热辐射描述与热辐射光源（1）掌握黑体辐射特点，色温与相关色温的概念（2）了解常用热光源，掌握卤钨灯结构、工作原理（卤钨循环）与特点。
黑体辐射特点：⑴单峰结构, 由温度唯一确定单色辐射出射度M e 的光谱分布. ⑵辐射出射度M e 随温度的升高而增大：M eb (T)=T4=10-8)T4 (SI) (斯忒藩-玻尔兹曼定律) ⑶单色辐射出射度M e 的峰值随温度的升高向短波方向移动mT =a=2898m K(维恩位移定律)用黑体的温度来标度普通热辐射源所发出光的光色性质，单位为K 。
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。
光电子复习(知识点)
那么，通过检偏器后的总电场强度是
Ex ( L) 和 E y ( L)
x P1 Ii 入射光 L y z x 调制光 Io 起偏器
在y方向的投影之和
(E y )o A i (e 1) 2
，
P2
~ V 图 纵向电光强度调制
/4波片
检偏器
与之相应的输出光强为
* y o
A2 i I o [(E y ) o ( E ) ] (e 1)(e i 1) 2 A2 sin 2 2 2
*上述三、四能级图并不是激活介质的实际能级结构
3. 光振荡的阈值条件
光在谐振腔内来回反射的过程中，对光
强变化的影响存在两个对立因素：
1. 激活介质的增益，它使光强放大； 2. 光能量在激光器中有各种损耗，它使光强 变小。 要使光强不断加强就必须使增益大于损耗
产生激光必须满足的条件 1. 激活介质处于粒子数反转分布状态； 2. 满足光振荡的阈值条件。
2. 横模
横模：自再现模在垂直腔轴横截面上的场分布
谐振腔所允许的光场的各种横向稳定分布形 成的原因较复杂。
由腔内光束多次在反射镜边缘产生的衍射非 轴向光束的加强干涉激活介质的色散、散射
方法：在一块镜面上，给定频率为ω的任意光 场分布，然后利用基尔霍夫衍射积分 公式计算另一块镜面上的光场分布。
uq ( x, y)
1 f n(0) sin(z )
f
1 n(0) sin(z )
f随z的变化如图5所示， z=/4时，f=fmin。
z
=2/
f
(a)
fmin=1/n(0) 1/n(0) /2 / 2/ 3/ z
A
(b)
图5自聚焦光纤的透镜特性 (a) 子午光线；(b) f的周期变化
安徽大学_《光电子技术》考试重点
《光电子技术》复习重点第一章1.光谱·颜色分布：红外红橙黄绿蓝紫紫外x射线·可见光波段：390~770nm·红外辐射：0.77~1000um·光纤通信波段：1550nm2.激光的产生（自发辐射、受激辐射、受激吸收原理，推导爱因斯坦系数）·激光产生的条件：①光与物质相互作用②粒子数反转与光放大③满足阈值条件与谐振条件工作物质提供可以实现粒子数反转分布的物质泵浦源现工作物质粒子数反转分布的激励能源光学谐振腔可以进行方向和频率的选择3.激光器的结构4.半导体二极管激光器体积小、寿命长、输出功率大，效率高，可采用简单电流注入方式泵浦5.自发辐射、受激辐射、受激吸收受激辐射处于高能级的原子，在满足一定条件的外来光子的激励下，跃迁到低能级并发射一个与外来激励光子处于同一光子态的光子自发辐射在没有任何外界作用的情况下，离子从激发态跃迁至基态，并发射一个光子受激吸收处于低能态的原子在一定频率的辐射场作用下，吸收一个能量为hv的光子，并跃迁至高能态的过程第二章1.大气传输（名词解释）①大气窗口：近红外区，大气透过率较高的波段。
②瑞利散射：光波长远大于散射粒子尺寸~大气分子散射米氏散射：光波长相当于或小于散射粒子尺寸~大气气溶胶③大气湍流效应：大气的折射率随空间和时间做无规则的变化。
这种湍流状态使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响。
④对光束传播的影响：光束直接dB，湍流尺度LdB<<L使光束整体随机偏折dB≈L使光束波前发生随机偏折dB>>L使光束强度在时间和空间上随机起伏总效果：使光束的时间和空间相干性明显退化2.电光晶体的特性·KDP、LiNbO3·x=x'cosα-y'sinαy=x'sinα+y'cosαz=z'3.声光晶体的特性·拉曼纳斯衍射：超声波频率较低，光波平行于声波入射，即垂直于声场传播方向，声光作用长度L较短~平面相位栅·布拉格衍射：声波频率较高，声光作用长度L较大，光束与广播波面以一定的角度斜入射~体光栅·波导：由引导电磁波的一组物质边界或构件制成的传输线·光纤：利用光的全反射原理将光的能量约束在界面内，并引导光波沿着光纤的轴线传播方向4.光纤的基本概念及传播特性（传导条件的推导）①光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导②弱导条件：Δ≈n1-n2/n1弱导：很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构③归一化频率VV>2.405只有基模能够传输V<2.405为多模传输态④光纤的传播特性：斜射光线，传导条件的推导·β<k0n1sinθc=k0n2⑤光纤色散，带宽和脉冲展宽之间的关系5.水下传播：可见光波段中，蓝绿光的衰减最小~”水下“第三章1.光束调制的概念和方法·定义：利用调制信号去改变载波的某一参数，使其参数按照信号的规律变化·要求：被调制的信号需转化为电信号，载波是传递信息附加的载体，一般要求频率高而且稳定·将信息加载于激光的过程称为调制，完成这一过程的装置称为调制器。
光电子技术前沿复习总结
光电子技术前沿复习资料一、激光1、原理、方法（三个部分）爱因斯坦根据量子理论指出，当辐射场照射物质而粒子已经处在高能级E2上时，如果外来光的频率正好等于（E2 -E1）/h ，由于受到入射光子的激发，E2 能级上的粒子会跃迁而回到E1 能级上去，同时又放出一个光子来，这个光子的频率、振动方向、相位都与外来光子一致。
——受激辐射过程。
这是一个十分重要的概念，它为激光的产生奠定了理论基础。
泵浦源、粒子数反转、谐振腔2、特点单色性、方向性、高强度本质：高度的相干性1）定向发光2）亮度极高3）颜色极纯4）能量密度极大3、激光的种类1）固体激光器（红宝石激光器）2）气体激光器（氦氖激光器）3）半导体激光器4）液体激光器(染料激光器)5）光纤激光器4、应用激光测距、激光加工（激光切割，激光焊接，激光打孔，激光去除）、激光防伪、激光手术刀、激光受控热核聚变激光的应用非常广泛，几乎遍及工业、农业、军事、医疗、科学研究等每一个领域。
根据各种激光器发射光的功率密度，相干性、准直性、单色性的不同，应用范围也不同。
例如，激光通迅、激光测距、激光定向、激光准直、激光雷达、激光切削、激光手术、激光武器、激光显微分析、激光受控热核反应等，主要是利用激光的方向性与高功率密度；而激光全息、激光测长、激光干涉、激光多谱勒效应则主要是利用激光的单向性和相干性。
5、LD与LED的比较半导体发光二极管（LED）与半导体激光二极管（LD）在结构上的根本区别就是它没有光学谐振腔，形不成激光。
它的发光限于自发辐射。
它发出的是荧光，而不是激光。
6、LD的优点、缺点1）LD的响应速度较快，可用于较高的调制速率。
2）LD的光谱较窄，应用于单模光纤时，光在光纤中传播引起的色散小，可用于大容量通信。
而LED 中由于没有选择波长的谐振腔，所以它的光谱是自发辐射的光谱。
其谱宽度一般为0.03~0.04μm。
3）由于LD辐射光束的发散角较小，因而耦合的光纤中的功率较高，传播距离较远，而LED的发散角一般在40°～20°范围内，耦合到光纤中的效率较低，通常只有3%左右。
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。
光电子技术复习资料.doc
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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空中速率固定，速度为光速。
（3） 辐
射
能
（4） 辐
射
强
度
（5） 辐射亮度
（6） 辐射照度
（7） 单
色
辐
射
度
量
（8） 基
尔
霍
夫
辐
射
定
律
（9） 斯
忒
藩
-
玻
尔
兹
曼
定
律
（10） 色温
（11） 瑞
利
散
射
和
米
氏
散
射
（12） 双
折
射
现
象
（13） 线
性
电
光
效
应
（14） 光
电
发
射
效
应
（15） 光
电
导
效
应
（16） pn
节
的
单
向
导
电
性
（17） 光生伏特效应
（18） 温
差
电
效
应
（19） 热 释 电 效 应
热
释电效应是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变
是在材料的两端出现电压或产生电流。
（20） 光
电
转
换
定
律
（21） 积
分
灵
敏
度
（22） 光
谱
灵
敏
度
（23） 频率灵敏度
（24） 量子效率
（3）画出自聚焦光纤的透镜特性图 (a) 子 午 光 线 ； (b) f 的 周 期 变 化
（4）画出调幅波频谱图
E(t)
Ac
cos(ct
c )
ma 2
Ac
cos(c
m )t
c
ma 2
Ac
cos(c
m )t
c
（5）画出是 m=1 时的角度调制波的频谱图
E(t) Ac J0 (m) cos(ct c )
Ac Jn (m) cos(c nm )t c (1)n cos(c nm )t c n1
（6）求光强调制波的频谱公式的最后形式，并画出频谱图
I (t)
Ac2 2
1 mp cosmt
cos2 (ct c )
（7）画出纵向电调制特征曲线
（8）画出光电发射效应实验原理图 (9) 画出 PN 结伏安特征图
子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大
多数基本粒子（如电子和夸克）相比，光子没有静止质量
（2） 电磁波 电磁波，是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子
波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。电磁波是由同相振荡且互相
垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场种电磁波在真
（25） 通
量
阈
（26） 噪
声
等
效
功
率
（27） 归
一
化
探
测
度
（28） 1/f
噪
声
（29） 热
噪
声
（30） 温
度
噪
声
（31） 散
粒
噪
声
（32） 产
生－复合来自噪声（33） 功
率
因
数
（34） 眩
光
（1）画出辐射本领与波长曲线，包括：普朗克公式，瑞利-琼斯公式，维恩公式
（2）画出阶跃折射率光纤和梯度折射率光纤示意图
（ 10 ） 画 出 光 电 倍 增 管 示 意 图
（
11
）
画
出
CCD
单
元
示
意
图
（ 12 ） 画 出 开 普 勒 望 远 系 统 原 理 图
辐射通量 辐射出射度 辐射亮度
国际单位制基本单位 大气衰减
电光晶体中光波的传播
KDP 晶体横向运用
单模光纤色散的起因 激光调制按其调制的性质分类
玻耳兹曼正则分布 内光电效应
光热效应 光电倍增管部件
光电探测系统分类
光频外差探测特点 开普勒望远镜的特点
锁定放大器组成部分
名词解释
（1） 光子 光量子，简称光子，是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光