第一篇：常用光電子器件介紹

主要光電子器件介紹

【內(nèi)容摘要】

光自身固有的優(yōu)點注定了它在人類歷史上充當不可忽略的角色，本文從幾種常見的光電子器件的介紹來展示光纖通信技術(shù)的發(fā)展。

【關鍵詞】

光纖通信光電子器件

【正文】

光自身固有的優(yōu)點注定了它在人類歷史上充當不可忽略的角色，隨著人類技術(shù)的發(fā)展，其應用越來越廣泛，優(yōu)點也越來越突出。

將優(yōu)點突出的光纖通信真正應用到人類生活中去，和很多技術(shù)一樣，都需要一個發(fā)展的過程。從宏觀上來看，光纖通信主要包括光纖光纜、光電子器件及光通信系統(tǒng)設備等三個部分，本文主要介紹幾種常見的光電子器件。

1、光有源器件

1)光檢測器

常見的光檢測器包括：PN光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。目前的光檢測器基本能滿足了光纖傳輸?shù)囊?，在實際的光接收機中，光纖傳來的信號及其微弱，有時只有1mW左右。為了得到較大的信號電流，人們希望靈敏度盡可能的高。

光電檢測器工作時，電信號完全不延遲是不可能的，但是必須限制在一個范圍之內(nèi)，否則光電檢測器將不能工作。隨著光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率不斷提高，超高速的傳輸對光電檢測器的響應速度的要求越來越高，對其制造技術(shù)提出了更高的要求。

由于光電檢測器是在極其微弱的信號條件下工作的，而且它又處于光接收機的最前端，如果在光電變換過程中引入的噪聲過大，則會使信噪比降低，影響重現(xiàn)原來的信號。因此，光電檢測器的噪聲要求很小。

另外，要求檢測器的主要性能盡可能不受或者少受外界溫度變化和環(huán)境變化的影響。

2)光放大器

光放大器的出現(xiàn)使得我們可以省去傳統(tǒng)的長途光纖傳輸系統(tǒng)中不可缺少的光－電－光的轉(zhuǎn)換過程，使得電路變得比較簡單，可靠性也變高。

早在1960年激光器發(fā)明不久，人們就開始了對光放大器的研究，但是真正開始實用化的研究是在1980年以后。隨著半導體激光器特性的改善，首先出現(xiàn)了法布里－泊羅型半導體激光放大器，接著開始了對行波式半導體激光放大器的研究。另一方面，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了光纖拉曼放大器。80年代后期，摻稀土元素的光纖放大器脫穎而出，并很快達到實用水平，應用于越洋的長途光通信系統(tǒng)中。

目前能用于光纖通信的光放大器主要是半導體激光放大器和摻稀土金屬光纖放大器，特別是摻餌光纖放大器（EDFA）倍受青睞。1985年英國南安普頓大學首次研制成摻餌光纖，1989年以后摻餌光纖放大器的研究工作不斷取得重大

突破。由于光纖放大器的問世，在1990年到1992年不到兩年的時間里，光纖系統(tǒng)的容量竟增加了一個數(shù)量級。而在1982年到1990年的8年時間里，光纖系統(tǒng)的容量才只增加了一個數(shù)量級。光放大器的作用和光纖傳輸容量的突飛猛進，為光纖通信展現(xiàn)了無限廣闊的發(fā)展前景。

當前光纖通信系統(tǒng)工作在兩個低損耗窗口：1.55?m波段和1.31?m波段。選擇不同的摻雜元素，可使放大器工作在不同窗口。

非線性的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。光纖拉曼放大器是利用光纖的非線性光學效應——受激拉曼散射效應產(chǎn)生的增益機理而對光信號進行放大的。其優(yōu)點是傳輸線路與放大線路同為光纖，因此，放大器與線路的耦合損耗小，噪聲較低，增益穩(wěn)定性較好。但由于這種光放大器需要很大的泵浦功率（數(shù)百毫瓦）和很長的光纖（數(shù)公里）。另外，光纖拉曼放大器的特性對光纖的偏振狀態(tài)十分敏感。因此，光纖拉曼放大器目前還不能用于光纖通信。

2、光無源器件

光無源器件是光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分，在光纖通信向大容量、高速率發(fā)展的今天，光無源器件顯得尤為重要。今年來，新材料、新工藝和新產(chǎn)品在不斷涌現(xiàn)，光無源器件正面臨一個迅速發(fā)展的時期。

1)光纖活動連接器

光纖（纜）活動連接器是實現(xiàn)光纖之間活動連接的光無源器件，它還具有將光纖與其他無源器件、光纖與有源器件、光纖與系統(tǒng)和儀表進行活動連接的功能。在進一步提高光纖活動連接器性能的基礎上，使其向小型化、集成化方向發(fā)展。

光纖活動連接器的集成化，不但增加了連接器的功能，而且更重要的是體高其它器件的密集度和可靠性，給使用者帶來極大方便。

2)固定連接器

固定連接器又稱固定接頭或接線子，它能夠把兩個光纖端面結(jié)合在一起，以實現(xiàn)光纖與光纖之間的永久性連接。固定接頭的制作方法按其工作原理有熔接法、V形槽法、毛細管法、套管法等。

光纖熔接機正朝著兩個方向發(fā)展：一是向全自動、多功能方向發(fā)展；二是向小型化、簡易化方向發(fā)展。目前普遍使用的全自動光纖熔接機設備笨重，價格昂貴。今后這一機型會朝著提高精度、降低成本、尤其是增加連接芯數(shù)的方向發(fā)展。

同時，隨著光纖應用領域的擴大及用戶不同的需要，對光纖熔接技術(shù)的要求也逐漸趨于多樣化。因此，研制小型和超小型熔接機就成為第二個發(fā)展方向。同時致力于多芯光纖熔接機和保偏光纖熔接機的研究生產(chǎn)。

3)光衰減器

光衰減器是光通信中發(fā)展最早的無源器件之一，目前已形成了固定式、步進可調(diào)式、連續(xù)可調(diào)式及智能型光衰減器四種系列。

目前，光衰減器的市場越來越大。由于固定光衰減器具有價格低廉、性能穩(wěn)定、使用簡便等優(yōu)點，所以市場需求比可變光衰減器大一些。而可變光衰減器由于其靈活性，市場需求仍穩(wěn)步增長。

國外的光衰減器性能已達到高性能要求，目前國外的一些光學器件公司正在不斷開發(fā)各種新型光衰減器，以求獲得性能更高、體積更小、價格更適宜的實用化產(chǎn)品。

從市場需求的角度來看，光衰減器將向著小型化、系列化、低價格的方向發(fā)展。此外，由于普通型光衰減器已相當成熟，所以今后的研究將側(cè)重于其高性能方面。

4)無源光耦合器

光耦合器的研制、開發(fā)及應用已經(jīng)歷了近四十年，目前基本形成了以熔融拉錐型器件為主、波導器件逐漸發(fā)展的局面。隨著光纖通信、光纖傳感技術(shù)、光纖CATV、局域網(wǎng)、光纖用戶網(wǎng)以及用戶接入網(wǎng)等的迅速發(fā)展，對光耦合器的需求會進一步增大。

當前，能進行大批量生產(chǎn)單模光纖耦合器的方法是熔融拉錐法。但是在這種方法中，由于光纖之間的耦合系數(shù)與波長有關，所以光傳輸波長發(fā)生變化時，耦合系數(shù)也會發(fā)生變化，即耦合比發(fā)生變化，一般它隨波長的變化率為0.2%nm。所以寬帶化是耦合器的一個重要方向。

與此同時，為了適應各種光纖網(wǎng)絡用戶數(shù)量劇增的需要，一方面需要大功率的光源，另一方面在不斷增加耦合器路數(shù)的同時，進一步降低附加損耗、減少器件體積，并提高使用的可靠性。

綜上所述，未來的光耦合器將是寬帶的、集成化的、低損耗和易接入的器件，還應根據(jù)要實現(xiàn)多路數(shù)、小型化等。

5)光隔離器

隔離器是一種光單向傳輸?shù)姆腔ヒ灼骷?，它對正向傳輸光具有較低的插入損耗，而對反向傳輸光有很大的衰減作用。

目前，光隔離器已經(jīng)產(chǎn)生了一系列的器件，如陣列光隔離器、小型化光隔離器，還有一些隔離器與WDM、Tap、GFF等濾波器混合的器件，這些器件都已研制成功，并批量生產(chǎn)。到目前為止，自由空間型、偏振相關型隔離器應用較多，主要用于有源器件的封裝。

從實用的角度來看，光隔離器發(fā)展的主要方向是高性能偏振無關在線型光隔離器、高性能偏振靈敏微型光隔離器以及多功能光隔離器。

6)光開關

隨著密集波分復用系統(tǒng)和全光通信網(wǎng)的使用，各結(jié)點上的信號交換直接在光域中完成，這就需要光開關。由于這些結(jié)點上進行交換的光纖和波長數(shù)量很多，所以這種光開關應當是大端口數(shù)的矩陣開關。因此，光開關的矩陣化和小型化是光開關發(fā)展的一個重要趨勢。

今年來出現(xiàn)了能繼承大規(guī)模矩陣陣列而又有良好性能的兩種新型光開關，即微機械光開關（MEMS）和熱光開關。

【參考文獻】

[1] 穆道生主編.現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng).北京：科學出版社，2005.9

[2] 劉增基，周洋溢，胡遼林，周綺麗編著.光纖通信.西安：西安電子科技大學出版社，2001.8

第二篇：光電子材料與器件

光電子材料與器件

緒論 例舉信息技術(shù)與光電子技術(shù)所涵蓋的幾大方面：

信息技術(shù)主要包括信息的產(chǎn)生、傳輸、獲取、存儲、顯示、處理等六大方面；與之相對應的光電子技術(shù)主要包括光的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化、光傳輸、光探測、光存儲、光顯示、光信息處理。2 簡述光電子技術(shù)的定義及其特征： 光電子技術(shù)：是電子技術(shù)與光子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新興的綜合性的交叉學科，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關技術(shù)。

光電子技術(shù)的特征：光源激光化、傳輸波導（光纖）化、手段電子化、現(xiàn)代電子學中的理論模式和電子學處理方法光學化。簡述信息技術(shù)的發(fā)展趨勢及各階段的主要特點： 第一階段——電子信息技術(shù)

其特征是：信息的載體是電子；半導體，計算機等

第二階段——光電子信息技術(shù)

其特征是：光子技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合；激光器，光纖等 第三階段——光子信息技術(shù)

其特征是：以光子作為信息的載體；全光通信，光計算機等 4 簡述光子傳遞信息的特點：

（1）極快的響應時間，可用于超高速、寬帶通信（2）傳輸信息容量大

（3）信息傳輸過程中失真?。?）高抗干擾、高可靠性

（5）光儲存具有儲存量大、速度快、密度高、誤碼率低的優(yōu)點 總之，超高速、抗干擾、大容量、高可靠性是光子技術(shù)的特點。

太陽能電池

1、舉例說明太陽能利用的優(yōu)缺點

優(yōu)點：普遍（不受地域及技術(shù)條件限制，無需開采和運輸）?

潔凈（不產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣，無噪聲，不影響生態(tài)）

?

巨大（1.68×1024cal/年，相當于20萬億噸標準煤燃燒的熱量）

缺點：能流密度低（1kw/m2，需要相當大的采光集熱面才能滿足使用要求）

?

不穩(wěn)定（受時間，天氣影響明顯）

大規(guī)模使用的成本和技術(shù)難度均很高（5～15倍）

2、例舉太陽能電池發(fā)展史中的里程碑事件

1839年法國科學家E.Becquerel發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應（簡稱光伏現(xiàn)象）

1954年美國貝爾實驗室三位科學家關于單晶硅太陽電池的研制成功，在太陽電池發(fā)展史上起到里程碑的作用

3、光電效應包括哪幾類？舉出每類的代表性器件

光電效應(photoelectric effect)：物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應。根據(jù)電子吸收光子能量后的不同行為，光電效應可分為外光電效應和內(nèi)光電效應。外光電效應：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象?！饘?/p>

§其主要應用有光電管和光電倍增管。內(nèi)光電效應：光照射到半導體材料上激發(fā)出電子-空穴對而使半導體產(chǎn)生了電效應。內(nèi)光電效應可分為光電導效應和光生伏特效應?！雽w

光電導效應是指光照射下半導體材料的電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，從而引起材料電阻率的變化。其應用為光敏電阻?！菊骰驌诫s半導體

光生伏特效應是指光照射下物體內(nèi)產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。其應用主要有光伏電池（太陽能電池）、光(電)敏二極管、光(電)敏三極管等?！狿N結(jié)半導體

4、簡述太陽能電池的光能-電能轉(zhuǎn)化原理

當光照射p-n結(jié)上時，如果入射電子的能量大于半導體材料的禁帶寬度(Eg)，就會在半導體內(nèi)產(chǎn)生大量的自由載流子-空穴和電子。它們在p-n結(jié)內(nèi)建電場的作用下，空穴往p-區(qū)移動，使p-區(qū)獲得附加正電荷；而電子往n-型區(qū)移動，n-區(qū)獲得負電荷，產(chǎn)生一個光生電動勢，這就是光伏效應(光生伏打效應)。當用導線連接p-型區(qū)和n-型區(qū)時，就會形成電流.5、說明太陽能電池結(jié)構(gòu)中金屬梳狀電極以及SiO2保護薄膜的作用

金屬梳狀電極：一方面金屬收集載流子，要比半導體有效；另一方面梳狀不會完全的阻擋陽光，增加了光的入射面積；

SiO2保護膜：硅表面非常光亮，制作者給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的SiO2保護膜（減反層），將反射損失減小到5％甚至更??；

6、簡述發(fā)光二極管、太陽能電池以及光電二極管工作原理的異同 太陽能電池和光電二極管都是基于光伏效應的光電器件。其主要區(qū)別在于：①光伏電池在零偏置下工作，而光電二極管在反向偏置下工作②光伏電池的摻雜濃度較高1016-19從而具有較強的光伏效應，而光電二極管摻雜濃度較低1012-13③光伏電池的電阻率較低0.1-0.01 Ω/cm，而光電二極管則為1000Ω/cm④光伏電池的光敏面積要比光電二極管大得多，因此光電二極管的光電流小得多，一般在uA級。

發(fā)光二極管：Light Emitting Diode，在電場作用下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入，空穴和電子在發(fā)光層中相遇、復合形成激子，激子經(jīng)過馳豫、擴散、遷移等過程復合而產(chǎn)生光子。

7、推導理想光電池最大輸出功率公式

8、畫出理想太陽電池的等效電路，寫出通過負載電阻的電流公式，開路電壓及短路電流公式。

9、太陽能電池按材料分分哪幾類？例舉各類型中有代表性的太陽能電池。

10、簡述太陽能電池的應用能夠解決人類社會發(fā)展在能源和環(huán)境方面的三個主要問題，并逐一舉例說明。

開發(fā)宇宙空間所需要的連續(xù)不斷的能源：太陽電池非常適合空間應用，因為它不消耗燃料，不消耗自身、不排放廢物，目前通信衛(wèi)星、空間探測器、空間站等都廣泛采用太陽電池。地面一次能源（天然能源）的獲得，解決礦物燃料短缺與環(huán)境污染問題：目前最重要的地面應用為并網(wǎng)發(fā)電,包括城市與建筑結(jié)合得并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)(BIPV)和大型荒漠光伏發(fā)電站.目前60%的太陽電池用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),主要用于城市.日益發(fā)展的消費電子產(chǎn)業(yè)所需要的電力供應：太陽電池也作為小功率電源使用,如太陽路燈、庭院燈、草坪燈、太陽能噴泉、太陽能城市景觀、太陽能信號標識、太陽能廣告燈箱、太陽能充電器、太陽能鐘、太陽能計算器、汽車換氣扇、太陽能汽車、太陽能游艇等。

光通信

1、從通信波長、傳輸速率、中繼距離等方面說明各代光纖通信系統(tǒng)的主要特點。光纖通信：以光波作為載波；以光纖作為傳輸媒介 1.頻率高、頻帶寬、容量大 2.損耗小，中繼距離長 3.保密性能好 4.抗干擾能力強

5.原料豐富、成本低、重量輕、壽命長

6.耐高溫、耐高壓、抗腐蝕、性能穩(wěn)定、可靠性高

2、光纖通信的主要優(yōu)點有哪些？

3、光纖通信系統(tǒng)的主要組成部分？

光纖通信系統(tǒng)一般由電端機(收發(fā))、光發(fā)射機、光接收機、光中繼器以及光纜等組成。此外還包括一些互連與光信號處理器件，如光纖連接器、隔離器、調(diào)制器、濾波器、光開關及路由器、分插復用器ADM等。

4、分別計算光信號在衰減系數(shù)為0.2dB/km、20dB/km與1000dB/km的光纖通信系統(tǒng)傳輸1km，5km以及20km距離后輸出光功率與輸入光功率的比值。

5、分別計算光信號在衰減系數(shù)為0.2dB/km、20dB/km與1000dB/km的光纖通信系統(tǒng)中傳輸時，光功率衰減一半所需要的傳輸距離。

6、簡述光纖通信發(fā)展所經(jīng)歷的三次技術(shù)飛躍。

20世紀60年代。1962年第一臺半導體激光器誕生，隨后半導體光檢測器也研究成功。特別是1966年英籍華人科學家高錕與Hockham提出用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導纖維，1970年美國康寧公司首先制出了20dB/km的光纖，這標志著光纖通信系統(tǒng)的實際研究條件得以具備。

20世紀70年代。1970年發(fā)明了LD的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得光源與光檢測器的壽命都達到了10萬小時的實用化水平。1979年發(fā)現(xiàn)了光纖1310nm和1550nm新的低損耗窗口，緊接著單模光纖問世。光纖的衰減系數(shù)一下降到0.5dB/km。這使得光纖通信邁進了實用化階段，從80年代初開始光纖通信便大步地邁向了市場。20世紀90年代初。1989年摻鉺光纖放大器EDFA的研制成功是光纖通信新一輪突破的開始。EDFA的應用不僅解決了光纖傳輸衰減的補償問題，而且為一批光網(wǎng)絡器件的應用創(chuàng)造了條件。使得光纖通信的數(shù)字傳輸速率迅速提高，促成了波分復用技術(shù)的實用化。

7、光纖通信常用的低損耗窗口有哪些？它們的最低損耗系數(shù)分別是多少？ 光纖通信常用的三個低損耗窗口：

0.85 ?m ：2dB/km、1.31 ?m：0.5dB/km、1.55 ?m：0.2dB/km

1、計算n1=1.52，n2=1.51的階躍光纖在空氣（n0=1）中的數(shù)值孔徑，對于這種光纖來講，最大入射角是多大？

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2、設光纖的纖芯半徑為25um，折射率n1=1.46，n2=1.45，光纖的工作波長為0.85um，求歸一化頻率及傳播模式數(shù)。如果工作波長為1.3um，傳播模式數(shù)為多少？

3、當工作波長λ=1.31μm，某光纖的損耗為0.5dB/km，如果最初射入光纖的光功率是0.5mW，試問經(jīng)過40km以后，輸出光功率？

4、一光信號在光纖中傳輸，入射光功率為200W，經(jīng)過1km傳輸功率變?yōu)?00W，又傳輸一段距離后功率變?yōu)?5W，問后一段距離為多少？

5、影響光纖通信傳輸損耗的因素主要有哪些？目前有幾個通信窗口？為什么光纖通信要向NA?nsin??n?n1.55um的長波方向發(fā)展。

包括本征吸收、雜質(zhì)吸收、原子缺陷三種。

影響較大的是在1.39、1.24、0.95、0.72?m，峰之間的低損耗區(qū)0.85，1.30，1.55 ?m構(gòu)成了光纖通信的三個窗口。

光探測

1.簡述光電效應與光熱效應的區(qū)別。

光電（光子）效應：探測器吸收光子后，直接引起原子或分子內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，光子能量的大小直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。對光波頻率表現(xiàn)出選擇性，響應速度一般比較快（ns～us）。

光熱效應：探測元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\動能量，引起探測元件溫度上升，溫度上升的結(jié)果又使探測元件的電學性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。一般對光波頻率沒有選擇性，響應速度比較慢（ms）。2.光電探測器中的常見噪聲有哪些？簡述它們產(chǎn)生的原因。

熱噪聲：或稱約翰遜噪聲，即載流子無規(guī)則的熱運動造成的噪聲。

散粒噪聲：也稱散彈噪聲，穿越勢壘的載流子的隨機漲落（統(tǒng)計起伏）所造成的噪聲。光電探測器的研究表明：散粒噪聲是主要的噪聲來源。

半導體受光照，載流子不斷產(chǎn)生—復合。在平衡狀態(tài)時，在載流子產(chǎn)生和復合的平均數(shù)是一定的,但在某一瞬間載流子的產(chǎn)生數(shù)和復合數(shù)是有起伏的，這種起伏導致載流子濃度的起伏，由這種起伏引起的噪聲產(chǎn)生—復合噪聲。

1/f噪聲：或稱閃爍噪聲或低頻噪聲。由于光敏層的微粒不均勻或不必要的微量雜質(zhì)的存在，當電流流過時在微粒間發(fā)生微火花放電而引起的微電爆脈沖稱為1/f噪聲。3.根據(jù)量子效率的定義推導量子效應與電流響應度之間的關系。4.光電倍增管由哪幾部分組成？簡述每部分的作用。

光入射窗：光窗分側(cè)窗式和端窗式兩種，它是入射光的通道。由于光窗對光的吸收與波長有關，波長越短吸收越多，所以倍增管光譜特性的短波閾值決定于光窗材料。

光電陰極：光電陰極由光電發(fā)射材料制作。光電發(fā)射材料大體可分為：金屬材料、半導體材料。

電子光學系統(tǒng)：(1)使光電陰極發(fā)射的光電子盡可能全部會聚到第一倍增極上，而將其他部分的雜散電子散射掉，提高信噪比；

(2)使陰極面上各處發(fā)射的光電子在電子光學系統(tǒng)中有盡可能相等的渡越時間，以保證光電倍增管的快速響應。二次發(fā)射倍增系統(tǒng)：倍增系統(tǒng)是由許多倍增極組成的綜合體，每個倍增極都是由二次電子倍增材料構(gòu)成，具有使一次電子倍增的能力。因此倍增系統(tǒng)是決定整管靈敏度最關鍵的部分。陽極：陽極是采用金屬網(wǎng)作的柵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把它置于靠近最末一級倍增極附近，用來收集最末一級倍增極發(fā)射出來的電子。

5.某光電倍增管具有5級倍增系統(tǒng)，倍增系數(shù)（二次發(fā)射系數(shù)）δ=100。如果用λ=488nm，光功率p=10-8w的紫光照射倍增管的光電陰極，假設光電陰極的量子效率為10%，試計算收集陽極處短路電流強度。（h=6.63×10-34J·s，e=1.602×10-19C，c=3.0×108m/s）

NN解：

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5?19

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1、簡述PN結(jié)的形成過程以及PN型光電二極管的工作原理。

當光照射到光電二極管的光敏面上時，能量大于或等于帶隙能量Eg的光子將激勵價帶上的電子吸收光子的能量而躍遷到導帶上（受激吸收），產(chǎn)生電子-空穴對（稱為光生載流子）。電子-空穴對在反向偏置的外電場作用下立即分開并在結(jié)區(qū)中向兩端流動，從而在外電路中形成電流（光電流）。

2、比較PIN型以及APD型光電二極管與PN型光電二極管的異同。

PIN光電二極管是在摻雜濃度很高的P型、N型半導體之間，加一層輕摻雜的N型材料，稱為I（Intrinsic，本征的）層。由于是輕摻雜，電子濃度很低，經(jīng)擴散后形成一個很寬的耗盡層，這樣可以提高其響應速度和轉(zhuǎn)換效率。

利用PN結(jié)在高反向電壓下（100-200V，接近反向擊穿電壓），光生載流子在耗盡層內(nèi)的碰撞電離效應產(chǎn)生的雪崩效應，實現(xiàn)光電流倍增（電流增益達106）。具有靈敏度高，響應速度快的特點。

3、列出熱電器件的種類以及其代表器件。熱敏電阻—輻射熱計效應 熱釋電器件—熱釋電效應 熱電偶—溫差電效應

4、畫出熱釋電探測器的原理圖，并簡述其工作原理。

溫度恒定時，面束縛電荷被晶體內(nèi)部或外部的自由電荷所中和，而觀察不到它的自發(fā)極化現(xiàn)象。因此靜態(tài)時不能測量自發(fā)極化。

當溫度變化時，晶體表面的極化電荷則隨之變化（馳豫時間約10－12s），而自由電荷中和面束縛電荷所需時間長（一般在1~103秒量級）因此跟不上它的變化，在來不及中和之前，熱電體側(cè)表面就呈現(xiàn)出相應于溫度變化的面電荷變化，失去電的平衡，這時即顯現(xiàn)出晶體的自發(fā)極化現(xiàn)象。

5、簡述各類熱輻射探測器的特點。

熱電器件的共同特點是，光譜響應范圍寬，從紫外到毫米量級的電磁輻射幾乎都有相同的響應。而且響應率都很高，但響應速度都較低。

1）由半導體材料制成的溫差電堆：響應率很高，但機械強度較差，使用時必須十分當心。它的功耗很小，測量輻射時，應對所測的輻射強度范圍有所估計，不要因電流過大燒毀熱端的黑化金箔。保存時，輸出端不能短路，要防止電磁感應。2）熱敏電阻（測輻射熱計）：響應率也很高，對靈敏面采取致冷措施后，響應率會進一步提高。但它的機械強度也較差，容易破碎，所以使用時要當心。它要求踉它相接的放大器要有很高的輸入阻抗。流過它的偏置電流不能大，免得電流產(chǎn)生的焦耳熱影響靈敏面的溫度。3）熱釋電器件：一種比較理想的熱探測器，機械強度、響應率、響應速度都很高。但根據(jù)它的工作原理，它只能測量變化的輻射，入射輻射的脈沖寬度必須小于自發(fā)極化矢量的平均作用時間。輻射恒定時無輸出。利用它來測量輻射體溫度時，它的直接輸出，是背景與熱輻PP?I??????e??????eh?hc10?488?10??0.1?100?1.602?106.63?10?3.0?10?3.93A射體的溫差，而不是熱輻射體的實際溫度。另外，因各種熱釋電材料都存在一個居里溫度，所以它只能在低于居里溫度的范圍內(nèi)使用。

光顯示

1，什么是三基色原理？

自然界中任意一種顏色均可以表示為三個確定的相互獨立的基色[紅(700 nm)、綠(546.1 nm)、藍(435.8nm)]的線性組合。將三基色按一定比例相加混合，就可以模擬出各種顏色。2，光度量有哪些？單位分別是什么？

(1)光通量: 單位時間內(nèi)所發(fā)出的光量；單位：流明(lm)。

(2)發(fā)光強度: 在給定方向的單位立體角（）輻射的光通量，單位：坎德拉(cd)。(3)光照度:單位受光面積（S）上所接收的光通量，單位：勒克斯(lx).(4)亮度:垂直于傳播方向單位面積（）上的發(fā)光強度，單位cd/m2 3，黑白CRT主要由哪幾部分構(gòu)成？簡述其工作原理。CRT顯示器的核心部件是CRT顯像管（即陰極射線管），其主要由五部分組成：電子槍(Electron Gun)、偏轉(zhuǎn)線圈(Defiection coils)、蔭罩(Shadow mask)、熒光粉層(Phosphor)及玻璃外殼，其中電子槍是顯像管的核心。

工作時，電子槍中陰極K被燈絲加熱發(fā)射大量的電子，電子束首先由加在第一控制柵極的視頻電信號調(diào)制，然后經(jīng)加速和聚焦后，高速轟擊熒光屏上的熒光體，熒光體發(fā)出可見光。電子束的電流是受顯示信號控制的，信號電壓高，電子槍發(fā)射的電子束流也越大，熒光體發(fā)光亮度也越高——不同灰度級的實現(xiàn)。

最后通過偏轉(zhuǎn)磁軛控制電子束，在熒光屏上從上到下，從左到右依次掃描，從而將圖像或文字完整地顯示在熒光屏上。

4，簡述彩色CRT中蔭罩的作用。

蔭罩的作用——為了防止每個電子束轟擊另外兩個顏色的熒光體，在熒光面內(nèi)設有選色電極－蔭罩。當電子束到達屏幕后部時，還要通過一個非常薄的，大約只有0.1MM厚的蔭罩板，只使有用的電子束通過，無用電子束擊打在蔭罩板上做無用功發(fā)熱。對于原來孔狀的蔭罩板，其上每一個孔都與屏幕上的一組三個熒光粉顆粒相對應(一個點有紅綠藍三個熒光粉顆粒組成)。

5，簡述CRT顯示器件的優(yōu)缺點。優(yōu)點：

1、亮度高（可調(diào)）

2、對比度高

3、視角大

4、色彩還原度好

5、色度均勻

6、分辨率高（可調(diào)）

7、響應時間短 缺點：

1、耗電量大

2、尺寸大，重量大

3、無法制造較大面積的顯示屏

技術(shù)上的困難：較大真空玻璃外殼容易破裂

顯示面積較大時，掃描頻率降低，無法顯示運動影像

4、受電磁場影響，容易發(fā)生線性失真

5、存在輻射，影響使用者身體健康

1，按照液晶分子排列狀態(tài)分類，液晶可分為哪幾類？簡述它們的分子排列特征。按液晶分子排列狀態(tài)，熱致液晶相可分為三大類：

近晶相液晶:棒狀或條狀分子按層狀排列，二維有序，層內(nèi)分子長軸相互平行，其方向可垂直于層面或與層面傾斜。分子質(zhì)心位置在層內(nèi)無序，分子可在層內(nèi)轉(zhuǎn)動或者滑動。

向列相液晶:由長徑比很大的棒狀分子組成，保持與軸向平行的排列狀態(tài)。分子的重心雜亂無序，并容易順著長軸方向自由移動，像液體一樣富于流動性。

膽甾相液晶:具有層狀結(jié)構(gòu)，分子長軸在層內(nèi)是相互平行的，而在垂直于層的平面上，每層分子都會旋轉(zhuǎn)一個角度。整體呈螺旋結(jié)構(gòu)，螺距的長度與可見光波長相當。膽甾型液晶具有負的雙折射性質(zhì).膽甾相和向列相液晶可互相轉(zhuǎn)換。2，何為液晶的電光效應？ 電光效應：

液晶材料在施加電場（電流）時，其光學性質(zhì)會發(fā)生變化，這種效應稱為液晶的電光效應。

3，說明TN-LCD的工作原理。

當入射光通過偏振片后成為線偏振光，在無外電場作用時，由于扭曲向列液晶的旋光特性，線偏光經(jīng)過扭曲向列液晶時偏振方向跟隨扭曲向列液晶旋轉(zhuǎn)90°，在出射處，檢偏片與起偏片相互垂直，旋轉(zhuǎn)了90°的偏振光可以通過，因此呈透光態(tài)。

在有電場作用時，當電場大于閾值場強后，液晶盒內(nèi)液晶分子長軸都將沿電場方向排列，即與表面呈垂直排列，此時入射的線偏振光不能得到旋轉(zhuǎn)，因而在出射處不能通過檢偏片，呈不透光態(tài)。

4，何為液晶顯示器的“交叉效應”？該效應存在于哪幾種液晶顯示器中？

若半選擇點上的有效電壓大于閾值電壓時，在屏幕上將出現(xiàn)不應有的顯示，使對比度下降，這就是交叉效應。TN、STN-LCD存在所謂的“交叉效應”。由于每個像素相當于一個電容，當一個像素被先通時，相鄰像素將處于半選通狀態(tài)，產(chǎn)生串擾。因此對于多路、視頻運動圖像的顯示很難滿足要求。5，簡述LCD的優(yōu)缺點。

優(yōu)點：低壓、低功耗；平板結(jié)構(gòu)；顯示信息量大；易于彩色化；長壽命；無輻射、無污染。缺點：顯示視角??；響應速度慢；亮度相對較低；對比度低；畫面均勻度相對較差、存在點缺陷。

6，PDP如何實現(xiàn)彩色顯示？。

PDP顯示原理：PDP是利用氣體放電發(fā)光進行顯示的平面顯示板。這種屏幕采用等離子管作為發(fā)光元件，大量等離子管排列構(gòu)成屏幕。每個等離子管對應的每個小室內(nèi)部充滿惰性氣體（AC： Ne； DC： Ne, Ar, Hg；彩色：Ne:Xe, Ag:Hg）。等離子管電極間加上高壓后，封裝在兩個玻璃之間的氣體放電，產(chǎn)生等離子體，等離子體產(chǎn)生紫外光照射三基色熒光粉發(fā)出可見光。

第三篇：光電子器件習題

題型：填空20，選擇20，判斷對錯10，計算題20，簡答題30

1.衡量光電子器件探測能力的參數(shù)有哪些？其中光譜響應度和響應度，最小可探測功率

和探測率之間具有怎樣的關系？光電器件的性能參數(shù)主要有哪些？并做簡要說明

2.光電效應的種類，解釋什么是內(nèi)光電效應，外光電效應，光電導效應，光伏效應。何

為外光電效應，何為內(nèi)光電效應，分別解釋其原理及利用各自原理的主要器件。

3.光敏電阻的性能特點

4.影響光敏電阻光譜特性的主要有那兩個因素？

5.光敏電阻的光電特性，計算一個照度上會產(chǎn)生多大的電流，或電壓。

6.試解釋光生伏特效應。主要的光伏器件有哪些？試以一種器件為例說明其工作原理。

7.2DU型光電二極管環(huán)極的作用及連接方式。

8.推導光電二極管的最小可探測功率。

9.當光的增益功率足夠大時就會產(chǎn)生受激吸收和發(fā)射光電子的現(xiàn)像。

10.外光電效應的兩個定律是什么，解釋每個個規(guī)定。給出一個閾值功率。代表什么含義。

11.光電被增管的增益和那些因素有關？（倍增極材料，偏置電壓）調(diào)整偏置電壓時是否

可以改變增益？

12.影響光電倍增管的長波閾值和短波閾值分別是什么？

13.光電倍增管的性能特點及特性參數(shù)的計算。

14.光電成像器件的種類。

15.熱電探測器件有哪些，試簡要說明各自特點。

16.17.18.19.像管的種類與功能。微光像增強器的基本原理與結(jié)構(gòu)。攝像管功能。單個電荷耦合器件的基本原理和信息傳遞過程。

20.CCD的主要特性參數(shù)。

21.如何減少傳遞中的電荷損失，提高轉(zhuǎn)移效率？

22.CCD的上下限頻率特性由什么決定？

23.簡單畫出幀場轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)面陣CCD的結(jié)構(gòu)，并說明其工作原理。

24.CCD圖像傳感器的附加電路有哪些？

25.CMOS圖像傳感器單個像元的工作原理。

26.CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器實現(xiàn)光電信息轉(zhuǎn)換的相同點和不同點。

27.CMOS圖像傳感器芯片的基本構(gòu)成。

28.比較CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器不同。

29.致冷型紅外成像器件主要利用黑體的什么定律來實現(xiàn)紅外檢測？

30.SPRITE探測器的工作原理，（光電導效應）實現(xiàn)全部掃出必須滿足的兩個條件。

31.微測輻射熱計的工作原理。

32.光子探測器和熱探測器的區(qū)別。

33.熱探測器的基本原理——熱效應

34.熱釋電探測器的基本原理——熱釋電效應

35.紫外光的劃分。

36.紫外探測的特點。

37.X射線的范圍。

38.人造X射線的工作原理。

第四篇：光電子器件概念總結(jié)

1.光的基本屬性：光的波粒二象性。

2.激光的特性：方向性好、單色性好、亮度高、相干性好。

3.玻爾假說：定態(tài)假設和躍遷假設。定態(tài)假設：原子存在某些定態(tài)，在這些定態(tài)中不發(fā)出也不吸收電磁輻射能。原子定態(tài)的能量只能采取某些分立的值，而不能采取其它值。躍遷假設：只有當原子從較高能量的定態(tài)躍遷到較低能量的定態(tài)時，才能發(fā)射一個能量為h?的光子。

4.光與物質(zhì)的共振相互作用的三種過程：自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射。

5.自發(fā)輻射躍遷幾率的意義：在單位時間內(nèi)，E2能級上N2個粒子數(shù)中自發(fā)躍遷的粒子數(shù)與N2的比值；也可以理解為每一個處于E2能級的粒子在單位時間內(nèi)發(fā)生自發(fā)躍遷的幾率。

6.自發(fā)輻射躍遷壽命：粒子在E2 能級上停留的平均時間稱為粒子在該能級上的平均壽命，簡稱壽命。τ=1/A21 7.亞穩(wěn)態(tài)：壽命特別長的激發(fā)態(tài)稱為亞穩(wěn)態(tài)。

8.受激輻射的光子性質(zhì)：放出光子的頻率、振動方向、相位都與外來光子一致。9.受激吸收和受激輻射這兩個過程的關系及其宏觀表現(xiàn)：在外來光束照射下，兩能級間受激吸收和受激輻射這兩個過程總是同時存在，相互競爭。當吸收過程比受激輻射過程強時，宏觀看來光強逐漸減弱；反之，當吸收過程比受激輻射過程弱時，宏觀看來光強逐漸加強。

10.受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)別：最重要的區(qū)別在于光輻射的相干性，由自發(fā)輻射所發(fā)射的光子的頻率、相位、振動方向都有一定的任意性，而受激輻射所發(fā)出的光子在頻率、相位、振動方向上與激發(fā)的光子高度一致，即有高度的簡并性。

11.光譜線加寬現(xiàn)象:實際上光強分布總在一個有限寬度的頻率范圍內(nèi),每一條譜線都有一定的寬度, v = v0只是譜線的中心頻率.這種現(xiàn)象稱為光譜線加寬。

12.譜線加寬的原因:由于能級有一定的寬度。

13.譜線加寬的物理機制分為哪兩大類？它們的區(qū)別？

可以根據(jù)譜線加寬的物理機制，將譜線加寬分為均勻加寬和非均勻加寬。

均勻加寬：引起加寬的物理因素對每個原子都是等同的。發(fā)光粒子的光譜因物理因素加寬后中心頻率不變,由它們迭加成的光源光譜形狀與發(fā)光粒子相同。主要包括自然加寬、碰撞加寬和熱振動加寬等。譜線形狀是洛倫茲形的。非均勻加寬：引起譜線加寬的物理因素對介質(zhì)中的每個發(fā)光原子不一定相同，每個發(fā)光原子所發(fā)的光只對譜線內(nèi)某些確定的頻率。發(fā)光粒子的光譜因物理因素使得中心頻率發(fā)生變化,由它們迭加成的光源光譜形狀與發(fā)光粒子不同。主要包括多普勒加寬和殘余應力加寬。譜線形狀是高斯形的。14.譜線加寬對原子與準單色光輻射場相互作用的影響:由于發(fā)光粒子的譜線加寬，與它相互作用的單色光頻率不一定精確等于粒子中心頻率時才發(fā)生受激躍遷。而在v’=v0附近范圍內(nèi)，都能產(chǎn)生受激躍遷。當v‘=v0時躍遷幾率最大，v’ 偏離v0躍遷幾率急劇下降。

15．參與普通光源的發(fā)光的光與物質(zhì)共振相互作用過程:受激吸收和自發(fā)輻射。

16.激光產(chǎn)生的必要條件和充分條件:必要條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和減少振蕩模式；充分條件：起振和穩(wěn)定振蕩。

17.激光器的基本結(jié)構(gòu)及其各部分的作用:激光工作物質(zhì)、泵浦源、光學諧振腔。泵浦源：實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。光學諧振腔：減少振蕩模式數(shù)。

18.增益飽和現(xiàn)象:當入射光強度足夠弱時，增益系數(shù)與光強無關，是一個常量；而當入射光強增加到一定時，增益系數(shù)將減小，這種現(xiàn)象稱為增益飽和現(xiàn)象

19.二能級系統(tǒng)為什么不能充當激光工作物質(zhì)？光抽運可以將粒子從低能級抽運到高能級。在二能級系統(tǒng)中，由于發(fā)生受激吸收和受激輻射的幾率是相同的（B12=B21），最終只有達到兩個能級的粒子數(shù)相等而使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定。20.三能級和四能級系統(tǒng)如何實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？為什么四能級系統(tǒng)比三能級系統(tǒng)的效率高？

E1為基態(tài)，E2、E3 為激發(fā)態(tài)，中間能級E2為亞穩(wěn)態(tài)。在泵浦作用下，基態(tài)E1的粒子被抽運到激發(fā)態(tài)E3上，E1上的粒子數(shù)N1隨之減少。但由于E3能級的壽命很短，粒子通過碰撞很快地以無輻射躍遷的方式轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)E2上。由于E2態(tài)壽命長，其上就累積了大量的粒子，即N2大于N1，于是實現(xiàn)了亞穩(wěn)態(tài)E2與基態(tài)E1間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。

四能級系統(tǒng)是使系統(tǒng)在兩個激發(fā)態(tài)E2、E1之間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。因為這時低能級E1 不是基態(tài)而是激發(fā)態(tài)，其上的粒子數(shù)本來就極少，所以只要亞穩(wěn)態(tài)E2上的粒子數(shù)稍有積累，就容易達到N2 大于N1，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在能級E2、E1 之間產(chǎn)生激光。于是，E3 上的粒子數(shù)向E2 躍遷，E1上的粒子數(shù)向E0 過渡，整個過程容易形成連續(xù)反轉(zhuǎn)因而四能級系統(tǒng)比三能級系統(tǒng)的效率高。21.激光的縱模和橫模:光場沿軸向傳播的振動模式稱為縱模；激光腔內(nèi)與軸向垂直的橫截面內(nèi)的穩(wěn)定光場分布稱為激光的橫模。22.激光橫模形成的主要因素:激光橫模形成的主要因素是諧振腔兩端反射鏡的衍射作用。23.激活離子:為產(chǎn)生激光發(fā)射作用而摻入的離子。

24.固體激光器的基本構(gòu)成:工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、諧振腔和冷卻、濾光系統(tǒng)。25.紅寶石激光器的激活離子和能級系統(tǒng):Cr3+ 三能級系統(tǒng)。26.Nd3+:YAG的能級系統(tǒng):四能級系統(tǒng)。

27.He-Ne激光器的基本結(jié)構(gòu)？其中激光管主要包括哪三部分？激光管和激光電源。放電管、電極和光學諧振腔。

28.在He-Ne激光器中，為保證632.8nm譜線起振并提高其輸出功率, 設法抑制3.39μm譜線的振蕩所采取的方法？棱鏡色散法；腔內(nèi)放置甲烷吸收盒；外加非均勻磁場法

29.雙簡并半導體的能帶特點：半導體中存在兩個費米能級。兩個費米能級使得導帶中有自由電子；價帶中有空穴。

30.pn結(jié)如何形成雙簡并能帶結(jié)構(gòu)：當給P－N 結(jié)加以正向電壓V時，原來的自建場將被削弱，勢壘降低，破壞了原來的平衡，引起多數(shù)載流子流入對方，使得兩邊的少數(shù)載流子比平衡時增加了，這些增加的少數(shù)載流子稱為“非平衡載流子”。這種現(xiàn)象叫做“載流子注入”。此時結(jié)區(qū)的統(tǒng)一費米能級不復存在，形成結(jié)區(qū)的兩個費米能級EF+和EF-，稱為準費米能級。它們分別描述空穴和電子的分布。在結(jié)區(qū)的一個很薄的作用區(qū)，形成了雙簡并能帶結(jié)構(gòu)。31.同質(zhì)結(jié)砷化鎵(GaAs)激光器的特性 ：單向?qū)щ娦?/p>

32.從提高雙異質(zhì)結(jié)型半導體激光器的性能要求出發(fā),對異質(zhì)結(jié)兩側(cè)的材料的技術(shù)要求：(1)要求兩種材料的晶格常數(shù)盡可能相等,若在結(jié)合的界面處有缺陷,載流子將在界面處復合掉,不能起到有效的注入、放大和發(fā)光的作用;(2)為了獲得較高的發(fā)光效率,要求材料是直接躍遷型的;(3)為了獲得高勢壘,要求兩種材料的禁帶寬度有較大的差值。

33.雙異質(zhì)結(jié)型半導體激光器結(jié)構(gòu)：雙異質(zhì)結(jié)（DH)LD由三層不同類型的半導體材料構(gòu)成，不同材料發(fā)不同的波長。結(jié)構(gòu)中間一層窄帶隙P型半導體為有源層，兩側(cè)分別為寬帶隙的P型和N型半導體是限制層，三層半導體置于基片上，前后兩個晶體解理面為反射鏡構(gòu)成諧振腔。光從有源層沿垂直于PN結(jié)的方向射出。34.光波導的分類：（1）平板波導、（2）矩形波導、（3）圓柱形波導

35.以非對稱型平板介質(zhì)波導為例，平板介質(zhì)中可能存在的模式？以及相應的入射角與全反射角的關系？ 包層模、襯底模和導模θ1<θc13<θc12，θc13<θ1<θc12，θc13<θc12<θ1 36.從平板介質(zhì)波導中的導波的特征方程，入射角與模序數(shù)的關系：由特征方程還可以看出，在其他條件不變的情況下，若θ1減小，則m增大，因而表明高次模是由入射角θ1較小的平面波構(gòu)成的。

37.截止波長是的定義：當θ1=θc12 時處于截止的臨界狀態(tài)，導波轉(zhuǎn)化為輻射模，此時的波長就是該模式的截止波長。

38.在非對稱型平板介質(zhì)波導所有模式中，截止波長最長的模式？以及單模傳輸?shù)臈l件？TE0模的截止波長最長。λc(TM0)<λ0<λc(TE0)39.在對稱型的平板介質(zhì)波導中的兩種特殊的現(xiàn)象：當TEm模出現(xiàn)時TMm模也伴隨出現(xiàn)的兼并現(xiàn)象和沒有截止現(xiàn)象。40.光纖的基本結(jié)構(gòu)：由折射較高的纖芯和折射率較低的包層組成。

41.光纖涂覆層的作用：涂覆層的作用則是隔離雜散光、提高光纖強度和保護光纖等。

42.光纖是否為單模傳輸與什么有關：與光纖自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和光纖中傳輸?shù)墓獠ㄩL有關。

43.漸變型光纖與階躍型光纖的區(qū)別：漸變型光纖與階躍型光纖的區(qū)別在于其纖芯的折射率不是常數(shù)，而是隨半徑的增加而遞減直到等于包層的折射率

44.光調(diào)制：光調(diào)制就是將一個攜帶信息的信號疊加到載波光波上 45.這些參數(shù)包括：光波的振幅、位相、頻率、偏振、波長等。

46.什么是內(nèi)調(diào)制，什么是外調(diào)制：振幅內(nèi)調(diào)制是將要傳輸?shù)男盘栔苯蛹虞d于光源，改變光源的輸出特性來實現(xiàn)調(diào)制。外調(diào)制是在光源外的光路上放置調(diào)制器，將要傳輸?shù)男盘柤虞d于調(diào)制器上，當光通過調(diào)制器時，透過光的物理性質(zhì)將發(fā)生改變，實現(xiàn)信號的調(diào)制。

47.調(diào)制的波形特點：調(diào)幅波的振幅（包絡）變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致；調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱程度

48.電光效應：某些晶體在外加電場的作用下，其折射率將發(fā)生變化，當光波通過此介質(zhì)時，其傳輸特性就受到影響而改變

49.KDP晶體在外加電場時，折射率橢球體的變化：KDP晶體沿 z（主）軸加電場時，由單軸晶變成了雙軸晶體，折射率橢球的主軸繞z軸旋轉(zhuǎn)了45o角，此轉(zhuǎn)角與外加電場的大小無關，其折射率變化與電場成正比。

50.什么是縱向電光效應，什么是橫向電光效應？電場方向與通光方向一致, 稱為縱向電光效應;電場與通光方向相垂直, 稱為橫向電光效應。

51.半波電壓：當光波的兩個垂直分量Ex’ , Ey’ 的光程差為半個波長(相應的相位差為π)時所需要加的電壓，稱為“半波電壓”。52.電光強度調(diào)制器件的器件組成及工作原理：①起偏器、電光晶體、檢偏器、1/4波片。②當一束線偏振光沿著 z 軸方向入射晶體, 且 E 矢量沿 x 方向，進入晶體(z=0)后即分解為沿 x’ 和 y’方向的兩個垂直偏振分量。由于二者的折射率不同, 則沿x’ 方向振動的光傳播速度快, 而沿 y’ 方向振動的光傳播速度慢, 當它們經(jīng)過長度 L 后所走的光程分別為 nx’L 和ny’L, 這樣, 兩偏振分量產(chǎn)生相位延遲，這個相位差作用就會改變出射光束的偏振態(tài)。如果在晶體的輸出端放置一個與入射光偏振方向相垂直的偏振器，當晶體上所加的電壓變化時。從檢偏器輸出的光只是橢圓偏振光的Y向分量，因而可以把偏振態(tài)的變化變換成光強度的變化

53.電光開關原理：電光開關的基本結(jié)構(gòu)與電光調(diào)制器類似。在晶體前后放置兩塊通光方向相互垂直的偏振片，根據(jù)晶體性質(zhì)，在兩端加上相應的半波電壓，使得進入晶體的偏振光在經(jīng)過晶體后的偏振方向改變了? /2，正好與檢偏器的通光方向一致，因而光波能完全通過，相當于開關接通的情況；如果不加電壓，使得從晶體中出射光的偏振方向與檢偏器的通光方向垂直，光波完全被阻擋，相當于開關斷開的情況。

54.聲光效應：聲波在介質(zhì)中傳播時，它使介質(zhì)產(chǎn)生相應的彈性形變，從而激起介質(zhì)中各質(zhì)點沿聲波的傳播方向振動，引起介質(zhì)的密度呈疏密相間的交替變化，因此，介質(zhì)的折射率也隨著發(fā)生相應的周期性變化。超聲場作用的這部分如同一個光學的“相位光柵”，該光柵間距(光柵常數(shù))等于聲波波長?s。當光波通過此介質(zhì)時，就會產(chǎn)生光的衍射。其衍射光的強度、頻率、方向等都隨著超聲場的變化而變化。

55.光相互作用的兩種類型及其區(qū)別：拉曼—納斯衍射：超聲波頻率較低。布拉格衍射：聲波頻率較高。56.聲光體調(diào)制器的組成：聲光介質(zhì)、電—聲換能器、吸聲(或反射)裝置及驅(qū)動電源等。

57.聲光調(diào)制的工作過程：根據(jù)聲光調(diào)制器的工作過程，首先是由電—聲換能器把電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲振動，再通過換能器和聲光介質(zhì)間的粘合層把振動傳到介質(zhì)中形成超聲波，當光波通過聲光介質(zhì)時，由于聲光作用，使光載波受到調(diào)制而成為“攜帶”信息的強度調(diào)制波。

58．磁光調(diào)制的工作過程：磁光調(diào)制是電信號先轉(zhuǎn)換成與之對應的交變磁場，由磁光效應改變在介質(zhì)中傳輸?shù)墓獠ǖ钠駪B(tài)，從而達到改變光強度等參量的目的。

59.光電探測器：對各種光輻射進行接收和探測的器件。

60.光電探測的物理效應的三大類：光電效應、光熱效應、波擾動效應。

61.光電效應：光照射到物體上使物體發(fā)射電子，或電導率發(fā)生變化，或產(chǎn)生電動勢，這些因光照引起物體電學特性改變的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為光電效應。

62.光熱效應：器件吸收入射輻射功率產(chǎn)生溫升，溫升引起材料某種有賴于溫度的參量的變化，檢測該變化，可以探知輻射的存在和強弱。

63.內(nèi)光電效應以及包括的兩類效應：光子激發(fā)的載流子(電子或空穴)將保留在材料內(nèi)部，主要包括光電導效應和光伏效應。64.光電導效應：光電導效應是光照變化引起半導體材料電導變化的現(xiàn)象

65.光伏效應：光伏效應指光照使不均勻半導體或半導體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。

66.光生伏特效應過程：當光照射pn結(jié)時，只要光子能量大于禁帶寬度，無論p區(qū)、n區(qū)或結(jié)區(qū)都會產(chǎn)生少數(shù)載流子。那些在結(jié)附近n區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子離pn結(jié)的距離小于它的擴散長度，總有一定概率擴散到結(jié)界面處，它們一旦到達pn結(jié)界面處，就會在結(jié)電場作用下被拉向p區(qū)。同樣，如果在結(jié)附近p區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子擴散到結(jié)界面處，也會被結(jié)電場迅速拉向n區(qū)。結(jié)內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對在結(jié)電場作用下分別被移向n區(qū)和p區(qū)。如果電路處于開路狀態(tài)，光生電子和空穴積累在pn結(jié)附近，使p區(qū)獲得附加正電荷，n區(qū)獲得附加負電荷，使pn結(jié)獲得光生電動勢。

67.光子器件和熱電器件的區(qū)別：光子器件響應波長有選擇性，熱電器件波長無選擇性，光子器件響應快，熱電器件響應慢。69.為什么光電探測器存在噪聲？光探測器會有哪些噪聲？在光電轉(zhuǎn)換過程中，半導體中的電子從價帶躍遷到導帶，或者電子逸出材料表面等過程，都是一系列獨立事件，是一種隨機的過程。每一瞬間出現(xiàn)多少載流子是不確定的，所以隨機的起伏將不可避免地與信號同時出現(xiàn)。尤其在信號較弱時，光電探測器的噪聲會顯著地影響信號探測的準確性。光電探測器的噪聲可大致分為散粒噪聲、產(chǎn)生—復合噪聲、光子噪聲、熱噪聲和低頻噪聲。

第五篇：淺談納米光電子器件的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 量子線激光器

近日，科學家研制出功率比傳統(tǒng)激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創(chuàng)造速度更快的計算機和通信設備邁進了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網(wǎng)及其他采用光纖網(wǎng)絡的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實驗室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因為這些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產(chǎn)生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時強度會減弱（中繼器）。

3.2 量子點激光器

由直徑小于20nm的一堆物質(zhì)構(gòu)成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與量子效應沖突。科學家們希望用量子點代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數(shù)量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應的困境。但是，通過改變材料使量子點能夠更牢地約束電子，日本電子技術(shù)實驗室的松本和斯坦福大學的詹姆斯和哈里斯等少數(shù)幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預定的路線。因此，大多數(shù)科學家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計算機設計量子裝置。微腔激光器

微腔激光器是當代半導體研究領域的熱點之一，它采用了現(xiàn)代超精細加工技術(shù)和超薄材料加工技術(shù)，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著，100萬個激光器同時工作，功耗只有5W。

該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實驗室開發(fā)成功。其內(nèi)部為采用先進的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內(nèi)產(chǎn)生的光在此結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)射，直到所產(chǎn)生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100μA的電流。

長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所從經(jīng)典量子電動力學理論出發(fā)研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應離子刻蝕和選擇化學腐蝕等微細加工技術(shù)制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯(lián)和光信息處理等方面有著很好的應用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

微腔光子技術(shù)，如微腔探測器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術(shù)研究的突破，可使超大規(guī)模集成光子回路成為現(xiàn)實。因此，包括美國在內(nèi)的一些發(fā)達國家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長春光機與物理所的科技人員打破常規(guī)，用光刻方法實現(xiàn)了碟型微腔激光器件的圖形轉(zhuǎn)移，用濕法及干法刻蝕技術(shù)制作出碟型微腔結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)首次研制出直徑分別為8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直徑的微碟激光器在77K溫度下的激射闊值功率為5μW，是目前國際上報道中的最好水平。此外，他們還在國內(nèi)首次研制出激射波長為1.55μm，激射閾值電流為2.3mA，在77K下激射直徑為10μm的電泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及國際上首個帶有引出電極結(jié)構(gòu)的電泵浦微柱激光器。值得一提的是，這種微碟激光器具有高集成度、低閾值、低功耗、低噪聲、極高的響應、可動態(tài)模式工作等優(yōu)點，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應用前景廣闊，可用于大規(guī)模光子器件集成光路，并可與光纖通信網(wǎng)絡和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路匹配，組成光電子信息集成網(wǎng)絡，是當代信息高速公路技術(shù)中最理想的光源；同時，可以和其他光電子元件實現(xiàn)單元集成，用于邏輯運算、光網(wǎng)絡中的光互連等。新型納米激光器

據(jù)報道，世界上最早的納米激光器是由美國加州大學伯克利分校的科學家于2001年制造的，當時使用的是氧化鋅納米線，可發(fā)射紫外光，經(jīng)過調(diào)整后還能發(fā)射從藍色到深紫外的激光。但是，美中不足的是只有用另一束激光將納米線中的氧化鋅晶體激活，其才會發(fā)射出激光。而新型納米激光器具備了電子自動開關的性能，無需借助外力激活，這無疑會使其實用性大為增強。