第一篇：關(guān)于Altera器件不能下載的問題總結(jié)

關(guān)于Altera器件不能下載的問題總結(jié)

筆者前一段時(shí)間在調(diào)試電路板時(shí)碰到了器件不能正確下載的問題,無奈之中只能上論壇查找相關(guān)帖子,發(fā)現(xiàn)遇到類似問題的人不在少數(shù),此類帖子約有好幾十,但筆者感覺對(duì)于面臨問題的新手來說,相關(guān)帖子的參考價(jià)值還不夠充分：一是帖子太分散,不易于查找;二是帖子提出問題和現(xiàn)象的多,解答的少;三是有些問題具有相關(guān)性,如果放在一起說明可能會(huì)更明白一些。因此,筆者覺得有必要將相關(guān)的帖子中的內(nèi)容簡(jiǎn)單綜合一下,并將我剛剛遇到的問題及解決方法共享出來,以便其他人參考。建議其他以前有過相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的同志也不吝將自己的經(jīng)驗(yàn)和解決方法（這對(duì)后來者特別有參考意義）拿出來與大家共享。

筆者先拋磚引玉了：

器件為cyclone_ep1c20,配置芯片為epcs4,留有AS接口和jatg接口。遇到的問題為：AS方式下不能下載,但jatg方式下可以正常下載。采用BBII電纜,在QuartusII中報(bào)錯(cuò)為“Error:can't recognize silicon ID for Device1”。經(jīng)檢查電路連接無錯(cuò)誤,fpga與epcs4之間的引腳存在波形,dclk,data,ncs,asdi腳上都有始終輸出,由于epcs4是剛買的芯片,沒有配置信息,因此上電時(shí)FPGA始終嘗試從epcs4中讀取配置信息,conf_done腳始終為高。接上下載線后下載時(shí),發(fā)現(xiàn)nconfig腳不能被拉低。后換了臺(tái)機(jī)器重試,問題依舊,最后重新找了條下載線,AS方式下下載成功。經(jīng)驗(yàn)：一般情況下參考datasheet中的說明和電路圖進(jìn)行連接,應(yīng)該不會(huì)有什么問題;有問題時(shí)可以先查時(shí)序,確認(rèn)無誤后可以考慮其他的一些因素：下載線、電腦（有的電腦并口壞掉或可能驅(qū)動(dòng)能力不夠）,軟件******是否完全等。Jatg下載過程中發(fā)現(xiàn)偶爾會(huì)下載失敗,重新上電后正常。

以下為我從以前的帖子中整理的一些注意事項(xiàng)：

1、使用下載線之前需要先安裝驅(qū)動(dòng)。

2、QT之中先要選擇下載線的類型,并選上相應(yīng)的下載選項(xiàng)。

3、檢查電路連接,注意焊接質(zhì)量,芯片上的電壓有沒有和外圍的電路上的電壓連上。

4、片子損壞（據(jù)說有的片子只能下載一次就不能下載了）。

5、電源有問題,輸出電壓不夠,或紋波太大。

6、下載線有問題,可能引起很多錯(cuò)誤：不能下載,或者下載之后程序不能運(yùn)行（假下載？）等等,建議多在下載線上找找原因。

7、換機(jī)器試一試。

8、確認(rèn)所用的軟件版本有無問題,不行試試別的版本。

以前的帖子上還有很多其他的問題和現(xiàn)象,篇幅所限,不一一列舉了。個(gè)人感

覺關(guān)鍵的是兩點(diǎn)：?jiǎn)栴}的現(xiàn)象和解決的辦法,如果能夠把大家以前遇到的情況和解決辦法都羅列到一起,相信后來者一定能夠有的放矢,節(jié)省很多精力。所以,強(qiáng)烈呼吁有經(jīng)驗(yàn)者多加補(bǔ)充啊！

altera下載線ByteBlasterMV和ByteBlaster區(qū)別總結(jié)

用altera的各位都要用下載線,ByteBlasterMV和ByteBlaster大家再熟悉不過了,對(duì)于高手來說,兩者的區(qū)別自是小菜,可對(duì)我們這些剛?cè)腴T的小弟來說就不是很清楚了,此文總結(jié)一下他們的區(qū)別,給那些和我一樣剛?cè)腴T的新手！

1.ByteBlasterMV可以支持3.3V和5.0V器件下載和編程,ByteBlaster只支持5.0V器件, ByteBlasterMV可以替代ByteBlaster;

2.支持器件不同

ByteBlasterMV

MAX9000,MAX7000S,MAX7000A,MAX3000A,APEX20K,FLEX10K（FLEX10KA,FLEX10KE),FLEX8000,FLEX6000

ByteBlaster:MAX9000,MAX7000S,MAX7000A,FLEX10K,FLEX8000,FLEX6000

3.支持電平不同

ByteBlasterMV:支持3.3V和5.0V TTL和CMOS 輸出電壓

ByteBlaster：支持5.0V TTL輸出電壓

4.下載線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的區(qū)別

1）ByteBlasterMV25針接口中15腳是VCC,而ByteBlaster25針接口中15腳是地;

2）ByteBlasterMV下載線用的芯片是74HC244,ByteBlaster下載線用的芯片是74LS244

Can't recognize silicon ID for device 1的錯(cuò)誤經(jīng)3天解決，共享出來！摸索，得以解決，共享出來，幫有類似問題的朋友節(jié)約寶貴時(shí)間吧。在AS模式下 如果出現(xiàn)如下錯(cuò)誤

Error: Can't recognize silicon ID for device 1

1。確認(rèn)你的QII中選擇的配置芯片是否和電路板中的芯片一致 包：括

2。檢查你的下載線是否損壞，據(jù)說下載線長(zhǎng)不應(yīng)該超過30CM 但是我自己做的大概有50CM也可以正常使用

3。確定你的配置芯片是否損壞，可以使用JTAG燒寫配置芯片測(cè)試下，如果可寫 那就可以排除該錯(cuò)誤

4。檢查你的電路中的AS模式中的上拉電阻和下拉電阻是否虛焊，還有MSEL0與MSEL1是否選擇正確

和nSTATUS是否接上拉電阻等

再不行就這樣看看：

請(qǐng)到QuartusII的setting->devices->pins & devices...打開配置界面，其中有一個(gè)標(biāo)簽頁(yè)

“configuration”是選擇配置芯片型號(hào)的，請(qǐng)選為板子上的型號(hào) device->epcs4

第二篇：Altera Cyclone II LVDS學(xué)習(xí)總結(jié)

Altera Cyclone II LVDS學(xué)習(xí)總結(jié)

-無情劍客lufy(282094986)LVDS電平標(biāo)準(zhǔn)：

LVDS是對(duì)應(yīng)一種高速差分信號(hào)，對(duì)于Cyclone II可輸入高達(dá)805Mbps，輸出高達(dá)640Mbps。

對(duì)應(yīng)LVDS電平IO的Place推薦：

1，Single-ended IO Input至少要離一個(gè)LVDS IO 4個(gè)Pad遠(yuǎn)。2，Single-ended IO Output至少要離一個(gè)LVDS IO 5個(gè)Pad遠(yuǎn)。

3，平均每一對(duì)VCCIO和GND對(duì)最大可支持4個(gè)155MHz(或者更大)的的輸出IO； 4，平均每一對(duì)VCCIO和GND對(duì)最大可支持3個(gè)311MHz(或者更大)的的輸出IO；

對(duì)應(yīng)Cyclone II，對(duì)應(yīng)每個(gè)Bank都支持LVDS標(biāo)準(zhǔn)電平。具體見IO定義。

對(duì)應(yīng)在Cyclone IV中，對(duì)應(yīng)Cyclone IV GX只有right-Bank支持True LVDS。而對(duì)應(yīng)Cyclone E中，左右Bank均支持True LVDS。對(duì)應(yīng)上下Bank是通過Single-Ended Output Buffer以及外部電阻組合成LVDS。

對(duì)應(yīng)應(yīng)用True Lvds硬件連接：

對(duì)應(yīng)應(yīng)用上下Bank LVDS硬件連接

AltLvds這個(gè)IP用法講解：

AltLvds這個(gè)IP應(yīng)用包括AltLvds-RX和AltLvds-TX這兩個(gè)IP對(duì)。下表對(duì)應(yīng)就是ALTLVDS-RX和ALTLVDS-TX對(duì)應(yīng)特性：

通過表中知道對(duì)應(yīng)Cyclone系列，無對(duì)應(yīng)專用硬件實(shí)現(xiàn)電路實(shí)現(xiàn)LVDS的收發(fā)。同時(shí)對(duì)應(yīng)在ALTLVDS-RX中，對(duì)應(yīng)不支持動(dòng)態(tài)相位監(jiān)測(cè)以及校準(zhǔn)功能，以及時(shí)鐘恢復(fù)功能。

對(duì)應(yīng)支持此IP的器件系列：

Parameter Setting 以下對(duì)應(yīng)就是ALTLVDS-RX和ALTLVDS-TX的參數(shù)設(shè)置

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)應(yīng)將Deserializer電路采用內(nèi)部LE單元實(shí)現(xiàn)。（對(duì)應(yīng)有些器件支持內(nèi)部LE實(shí)現(xiàn)或者采用內(nèi)部專用電路實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)Cyclone系列，只能采用LE實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部無專用電路）。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置主要設(shè)置LVDS-TX通道數(shù)。對(duì)應(yīng)設(shè)置最大值需根據(jù)所選的Device支持LVDS個(gè)數(shù)決定。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)主要設(shè)置對(duì)應(yīng)每個(gè)通道TX的數(shù)據(jù)寬度。如：8,10等，最大為10。假如對(duì)應(yīng)每個(gè)通道設(shè)置的數(shù)據(jù)寬度為10，如果你選用了44個(gè)通道，對(duì)應(yīng)你發(fā)送的數(shù)據(jù)位44X10=440bits。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)主要設(shè)置其是采用內(nèi)部PLL還是外部PLL，如果采用外部PLL為這個(gè)IP提供時(shí)鐘，你對(duì)應(yīng)需要在額外提供一個(gè)PLL產(chǎn)生時(shí)鐘提供給這個(gè)IP。對(duì)應(yīng)，你必須提供一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)鐘輸入。當(dāng)你Deserialization Factor為2（對(duì)應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)寬度為2）,對(duì)應(yīng)其實(shí)現(xiàn)發(fā)送直接采用DDR Registers實(shí)現(xiàn)，而旁路掉SERDES這個(gè)專用電路或者SERDES實(shí)現(xiàn)單元。因此，這個(gè)時(shí)候不需采用外部PLL，如果要采用外部PLL，Deserialization Factor至少為4.當(dāng)你采用Stratix或者Stratix GX系列時(shí)，對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)LVDS采用內(nèi)部專用SERDES Block，無需采用外部PLL。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)主要設(shè)置是否直接旁路掉PLL的使用，直接通過一個(gè)Clock Pin輸入一個(gè)時(shí)鐘。但是當(dāng)你啟用這個(gè)參數(shù)，對(duì)應(yīng)最大Data Rate被limited to 717Mbps；同時(shí)對(duì)應(yīng)創(chuàng)建SDC文件用于約束其時(shí)序。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置一個(gè)復(fù)位信號(hào)輸入，對(duì)應(yīng)只有在實(shí)現(xiàn)LVDS采用內(nèi)部LE實(shí)現(xiàn)情況下，才可選此參數(shù)配置。對(duì)應(yīng)這個(gè)信號(hào)可異步復(fù)位ALTLVDS_TX中除了PLL的其他所有邏輯。

對(duì)應(yīng)下面的參數(shù)主要是用于當(dāng)采用內(nèi)部PLL時(shí)ALTLVDS_TX參數(shù)設(shè)置：

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)主要設(shè)置TX輸出Data Rate。對(duì)應(yīng)其范圍參考相關(guān)Device Datasheet.對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)主要設(shè)置對(duì)應(yīng)時(shí)鐘輸入頻率。對(duì)應(yīng)這個(gè)時(shí)鐘輸入給內(nèi)部PLL。

這個(gè)參數(shù)設(shè)置輸入的TX_IN數(shù)據(jù)和TX_inclock時(shí)鐘間的相位關(guān)系。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)PLL的使能。特別應(yīng)用與數(shù)個(gè)ALTLVDS_TX應(yīng)用。要求所有的ALTLVDS_TX共用一個(gè)tx_pll_enable信號(hào)。并且要求對(duì)應(yīng)所有的ALTLVDS_TX均采用這個(gè)參數(shù)，否則在編譯中會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)一個(gè)警告。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置一個(gè)pll_areset信號(hào)給ALTLVDS_TX這個(gè)IP。這個(gè)對(duì)應(yīng)提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)給PLL，當(dāng)使用數(shù)個(gè)ALTLVDS_TX，對(duì)應(yīng)需ALTLVDS_TX都開啟這個(gè)信號(hào)，并全部使用同一個(gè)pll_areset信號(hào)。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置調(diào)整輸出時(shí)鐘相位，增加一個(gè)90°的相位偏移。從而達(dá)到輸出的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘達(dá)到一個(gè)Center-aligns的關(guān)系。

這個(gè)參數(shù)的意義主要是當(dāng)PLL失鎖，自動(dòng)復(fù)位PLL。

這個(gè)參數(shù)設(shè)置就是讓LVDS接收和發(fā)送使用相同的內(nèi)部PLL。（只有當(dāng)LVDS receivers和transmitters使用相同的時(shí)鐘頻率，deserialization factor以及data rates，才可以設(shè)置為使用相同PLL）。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)：設(shè)置輸入的tx_in數(shù)據(jù)采用tx_inclock或者tx_coreclock進(jìn)行register（也就是用D觸發(fā)器打一拍）。主要是在輸入到ALTLVDS_TX這個(gè)IP前，用tx_coreclock打一拍。

這個(gè)參數(shù)選項(xiàng)設(shè)置：使用一個(gè)tx_outclock輸出TX時(shí)鐘。

當(dāng)對(duì)應(yīng)以下任意條件成立，對(duì)應(yīng)tx_outclock直接通過位移寄存器實(shí)現(xiàn) 當(dāng)outclock_divide_by這個(gè)信號(hào)為1.或者outclock_divide_by這個(gè)信號(hào)等于deserialization_factor以及outclock_duty_cycle為50.對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)：主要通過設(shè)置了這個(gè)參數(shù)設(shè)置了tx_outclock頻率，通過output data rate /outclock divide factor(B)(也就是這個(gè)參數(shù))得到tx_outclock的頻率。

這個(gè)參數(shù)只有在用戶設(shè)置使用tx_outclock這個(gè)信號(hào)后才有效，這個(gè)參數(shù)設(shè)置了tx_outclock于輸出的tx_out之間的相位關(guān)系。

這個(gè)參數(shù)只有用戶實(shí)現(xiàn)SERDES LVDS采用的是LE以及使用了tx_outclock這個(gè)信號(hào)才有效。對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置了tx_outclock和tx_out之間的相位值。

這個(gè)參數(shù)主要設(shè)置了tx_outclock的占空比，對(duì)應(yīng)當(dāng) 1，deserialization_factor為5,7,9 2，outclock_divide_by信號(hào)等于deserialization_factor 3，outclock_multiply_by為2 上面這些條件成立，對(duì)應(yīng)占空比不能設(shè)置為50；

這個(gè)參數(shù)主要是輸出一個(gè)tx_locked信號(hào)，用于監(jiān)控PLL的狀態(tài)，為1，表示PLL LOCKED，否則失鎖。

對(duì)應(yīng)這個(gè)主要是輸出一個(gè)tx_coreclock，主要用于仿真觀察。

這個(gè)參數(shù)設(shè)置tx_coreclock時(shí)鐘內(nèi)部走線網(wǎng)絡(luò)，默認(rèn)值為Auto selection，可選Global clock(全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò))，Regional Clock(區(qū)域時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò))。

以上對(duì)應(yīng)的就是ALTLVDS_TX設(shè)置的主要參數(shù)，后面設(shè)置的對(duì)應(yīng)就是選擇輸出文件類型。

下面對(duì)應(yīng)的就是ALTLVDS_RX設(shè)置相關(guān)參數(shù)講解：

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)應(yīng)將Deserializer電路采用內(nèi)部LE單元實(shí)現(xiàn)。（對(duì)應(yīng)有些器件支持內(nèi)部LE實(shí)現(xiàn)或者采用內(nèi)部專用電路實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)Cyclone系列，只能采用LE實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部無專用電路）。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)使能DPA（動(dòng)態(tài)相位調(diào)整）功能，對(duì)應(yīng)這個(gè)電路功能只有部分器件支持。在使能了這個(gè)功能后，對(duì)應(yīng)要在DPA模式下設(shè)置 DPA Settings 1 DPA Settings 2 DPA Settings 3

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置主要設(shè)置LVDS_RX通道數(shù)。對(duì)應(yīng)設(shè)置最大值需根據(jù)所選的Device支持LVDS個(gè)數(shù)決定。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)主要設(shè)置對(duì)應(yīng)每個(gè)通道RX的數(shù)據(jù)寬度。如：8,10等，最大為10。假如對(duì)應(yīng)每個(gè)通道設(shè)置的數(shù)據(jù)寬度為10，如果你選用了44個(gè)通道，對(duì)應(yīng)你發(fā)送的數(shù)據(jù)位44X10=440bits。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)主要設(shè)置其是采用內(nèi)部PLL還是外部PLL，如果采用外部PLL為這個(gè)IP提供時(shí)鐘，你對(duì)應(yīng)需要在額外提供一個(gè)PLL產(chǎn)生時(shí)鐘提供給這個(gè)IP。對(duì)應(yīng)，你必須提供一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)鐘輸入。當(dāng)你Deserialization Factor為2（對(duì)應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)寬度為2）,對(duì)應(yīng)其實(shí)現(xiàn)發(fā)送直接采用DDR Registers實(shí)現(xiàn)，而旁路掉SERDES這個(gè)專用電路或者SERDES實(shí)現(xiàn)單元。因此，這個(gè)時(shí)候不需采用外部PLL，如果要采用外部PLL，Deserialization Factor至少為4.當(dāng)你采用Stratix或者Stratix GX系列時(shí)，對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)LVDS采用內(nèi)部專用SERDES Block，無需采用外部PLL。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置一個(gè)復(fù)位信號(hào)輸入，對(duì)應(yīng)只有在實(shí)現(xiàn)LVDS采用內(nèi)部LE實(shí)現(xiàn)情況下，才可選此參數(shù)配置。對(duì)應(yīng)這個(gè)信號(hào)可異步復(fù)位ALTLVDS_RX中除了PLL的其他所有邏輯。

對(duì)應(yīng)下面相關(guān)參數(shù)設(shè)置只當(dāng)你使用內(nèi)部PLL時(shí)有效

對(duì)應(yīng)上面三個(gè)設(shè)置，主要設(shè)置一個(gè)輸入data rate，一個(gè)設(shè)置輸入時(shí)鐘頻率或者周期，一個(gè)設(shè)置是否與ALTLVDS_TX共用PLL。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置一個(gè)pll_areset信號(hào)給ALTLVDS_RX這個(gè)IP。這個(gè)對(duì)應(yīng)提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)給PLL，當(dāng)使用數(shù)個(gè)ALTLVDS_RX，對(duì)應(yīng)需ALTLVDS_RX都開啟這個(gè)信號(hào)，并全部使用同一個(gè)pll_areset信號(hào)。

對(duì)應(yīng)這個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)PLL的使能。特別應(yīng)用與數(shù)個(gè)ALTLVDS_RX應(yīng)用。要求所有的ALTLVDS_RX共用一個(gè)rx_pll_enable信號(hào)。并且要求對(duì)應(yīng)所有的ALTLVDS_RX均采用這個(gè)參數(shù)，否則在編譯中會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)一個(gè)警告。

對(duì)應(yīng)這兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)參數(shù)是使能輸出一個(gè)rx_locked信號(hào)，為1，表示內(nèi)部PLL鎖定，否則失鎖。另外一個(gè)參數(shù)用于選擇rx_outclock布線選擇。三個(gè)選項(xiàng)，一個(gè)是Auto selection(自動(dòng)選擇),一個(gè)是Global clock(全局時(shí)鐘)，一個(gè)是Regional clock(區(qū)域時(shí)鐘)。默認(rèn)選擇為Auto Selection.這個(gè)參數(shù)設(shè)置了rx_in和rx_inclock之間相位關(guān)系。對(duì)應(yīng)這個(gè)設(shè)置在關(guān)閉DPA模式下有效。

開啟源同步模式，在開啟這項(xiàng)設(shè)置時(shí)候必須輸入的rx_in和rx_inclock通過一個(gè)相位調(diào)整，使得數(shù)據(jù)和時(shí)鐘具有一個(gè)相位關(guān)系。

對(duì)應(yīng)這兩個(gè)參數(shù)：第一個(gè)參數(shù)主要設(shè)置將時(shí)鐘移位90°，使得時(shí)鐘和數(shù)據(jù)clock to center of data window。對(duì)應(yīng)這個(gè)設(shè)置僅Arria GX,Cyclone II, Stratix II GX,Stratix II和HardCopy II這些器件在使用LE實(shí)現(xiàn)SERDES時(shí)候支持。第二個(gè)參數(shù)就是當(dāng)PLL失鎖后產(chǎn)生一個(gè)自復(fù)位信號(hào)。

對(duì)應(yīng)以下參數(shù)是開啟了DPA模式下需要設(shè)置的。

對(duì)應(yīng)使能一個(gè)FIFO For DPA channels。使用一個(gè)相位補(bǔ)償?shù)腇IFO同步Core的并行數(shù)據(jù)。這個(gè)操作只有在Stratix GX系列支持。

具體的DPA模式下暫時(shí)也不是很清楚，所以關(guān)于這些參數(shù)設(shè)置先不解釋了，省的越解釋越看的糊涂。

對(duì)應(yīng)上面的就是在DPA模式下需要設(shè)置的參數(shù)。

對(duì)應(yīng)ALTLVDS_RX就是這些參數(shù)，還有一些就是選擇輸出文件類型。

第三篇：電子材料與器件總結(jié)

Chapter 1.Introduction 1.What are electronic materials? 電子材料是用在電子電氣工廠的材料，它們是電子器件和集成電路制造的基礎(chǔ)。2.What are the functional electronic materials? 功能電子材料是指除強(qiáng)度性能外，還有特殊功能，或能實(shí)現(xiàn)光電磁熱力等不同形式的交互作用和轉(zhuǎn)換的非結(jié)構(gòu)材料。

3.What are the basic requirements of modern society to electronic materials? 1.高純度與完美的晶體結(jié)構(gòu)。2.先進(jìn)的制造技術(shù)。3.大尺寸。

4.壽命長(zhǎng)且可控。5.具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)與功能特性。6.減少污染節(jié)約能源。4.What is the future direction for the development of advanced electronic materials?

先進(jìn)復(fù)合材料 有機(jī)電子材料 電子薄膜材料 5.What is Moore’s law?

集成電路上可容納的晶體管數(shù)目將在每三年變成原來的4倍。

Chapter 2.Elementary materials science concepts 1.Please explain the shell model of atomic structure and sketch that for sodium.殼模型是基于波爾模型的。原子核：帶正電的質(zhì)子與中性的中子。原子序數(shù)：核電荷數(shù)。電子：質(zhì)量極小，帶負(fù)電，在原子中繞電子核旋轉(zhuǎn)。核外電子排布：泡

利不相容定理、能量最低原理、洪特定理。

2.What’s the force between the two atoms when their separation is above the bond length, equal to the bond length and below the bond length? What are the net force and potential energy in bonding between two atoms?

距離大于鍵長(zhǎng)時(shí)合力為吸引力，等于鍵長(zhǎng)時(shí)合力為0，小于鍵長(zhǎng)時(shí)合力為斥力。力為勢(shì)能相對(duì)距離的導(dǎo)數(shù)。當(dāng)兩個(gè)原子距離無窮遠(yuǎn)時(shí)，幾乎不相互作用，勢(shì)能為0.當(dāng)兩個(gè)原子在吸引力作用下靠近時(shí)，勢(shì)能逐漸下降，到達(dá)平衡位置時(shí)，勢(shì)能最低。當(dāng)原子距離進(jìn)一步接近，要克服排斥力，使得勢(shì)能重新升高。把平衡位置距離下對(duì)應(yīng)的勢(shì)能定義為結(jié)合能。

3.Please list three kinds of the primary bonds and the typical material.共價(jià)鍵：H2, CH4

金屬鍵: copper.離子鍵: NaCl, ZnS.4.Please list two kinds of the secondary bonds and the typical material.誘發(fā)偶極矩: H2、CH4 氫鍵: H20.5.What’s the bond for semiconductors?

許多重要的半導(dǎo)體都是極化共價(jià)鍵，是一種混合鍵。6.What’s the origin of the Van der Waals bond? Please explain the formation of the hydrogen bond and induced dipole, respectively.范德華鍵：產(chǎn)?于分?或原?之間的靜電相互作?

氫鍵：氧原子中的電子在遠(yuǎn)離氫原子的地方聚集，水分子是極性的有一個(gè)電偶極矩。水中各種偶極矩之間的引力引起范德華鍵，當(dāng)一個(gè)偶極子的正電荷來自一個(gè)暴露的氫核時(shí)，范德華鍵便稱作氫鍵。

誘發(fā)偶極矩：兩個(gè)原子由于電子波動(dòng)的同步性誘發(fā)電偶極矩彼此互相吸引。7.Please draw the body centered cubic and tetragonal crystal structure.8.What’s the miller index of the crystal plane?

9.Please draw the crystal direction and crystal plane in a cubic crystal.[110](110)

[111](111)

[12 1](12 1)10.Please describe different kinds of crystal defects.點(diǎn)缺陷：引起晶格周期性的破壞發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)晶格常數(shù)范圍內(nèi)的缺陷。線缺陷：晶格周期性的破壞發(fā)生在晶體內(nèi)部一條線的周圍近鄰。面缺陷：密排晶體中原子面的堆積順序出現(xiàn)了反常所造成的缺陷。11.How to determine a Burger’s vector for a dislocation in a crystal? What’s the difference between the Edge dislocation and Screw dislocation? 在實(shí)際晶體中作一伯格斯回路，在完整晶體中按其相同的路線和步伐作回路，自路線終點(diǎn)向起點(diǎn)的矢量，即伯格斯矢量。伯格斯矢量垂直于刃位錯(cuò)線。伯格斯矢量與位錯(cuò)線平行。

刃型位錯(cuò)必須與滑移方向slipping direction垂直，也垂直與滑移矢量slipping vector.螺旋位錯(cuò)線平行于滑移方向。12.What are the characteristics at grain boundary? 晶界兩側(cè)晶粒的晶體結(jié)構(gòu)相同，空間取向不同。

Point group點(diǎn)陣：從晶體結(jié)構(gòu)中抽象出來的幾何點(diǎn)的集合稱之為晶體點(diǎn)陣 Basis 基元：原子、分子或多個(gè)原子構(gòu)成的集團(tuán)

Chapter 3.Dielectric materials and devices 1.What are the direct and converse piezoelectric effect?

Direct piezoelectric effect 正壓電效應(yīng): 晶體在機(jī)械力作用下，一定方向產(chǎn)生電壓，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過程。

Converse piezoelectric effect 逆壓電效應(yīng): 在外電場(chǎng)激勵(lì)下，晶體某些方向產(chǎn)生形變現(xiàn)象，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程。2.What is the domains?

電疇：電偶極矩具有相同方向的區(qū)域稱為電疇。

3.Please explain the polarization process for the piezoelectric ceramic..對(duì)壓電陶瓷施加電場(chǎng)，可以使電疇有序排列，發(fā)生極化。施加外電場(chǎng)時(shí)，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng), 趨向于按外電場(chǎng)方向的排列, 從而使材料得到極化。4.Please draw the polarization versus stress for piezoelectric ceramic.5.Please give the piezoelectric equation and explain the parameters.極化感應(yīng)電荷的大小與所加力的大小成比例，極性與力的方向有關(guān):

d為壓電系數(shù)

6.Please list at least three important piezoelectric material.Single crystals 單晶 Polycrystalline ceramics 陶瓷 Polymer 高分子聚合物 Thin films 薄膜

7.Why can’t a static force be measured by the piezoelectric sensor? 理論上來講，如果施加在晶片上的外力不變，積聚在極板上的電荷無內(nèi)部泄漏，外電路負(fù)載無窮大，那么在外力作用期間，電荷量將始終保持不變。但這是不存在的,漏電阻會(huì)很快泄放掉其上的電荷。

8.How to improve the sensibility of the piezoelectric sensor using Electrometer circuit? t=R(Ca+Cc+Ci)被測(cè)作用力變化緩慢，此時(shí)如果測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)也不大，就會(huì)造成傳感器的靈敏度降低。為了增大壓電傳感器的工作頻率范圍，必須增大時(shí)間常數(shù)。增大測(cè)量回路的電容來提高時(shí)間常數(shù)τ，則會(huì)影響電壓靈敏度，通常用增加電阻來提高時(shí)間常數(shù)。

9.Please list the application of piezoelectric sensors.壓電加速度傳感器 壓電壓?傳感器 超聲波流量計(jì)

10.Please give the frequency response for a PZT and explain the origination for each section.直流響應(yīng)為0，然后有一平坦區(qū)間，接著有一諧振峰，然后快速下降。第一個(gè)區(qū)間是由于壓電材料的漏電組引起的，第三個(gè)區(qū)間是由于傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的共振引起的。

11.How to measure the flow velocity of liquid by the piezoelectric sensor? 它采用兩個(gè)聲波發(fā)送器(SA和SB)和兩個(gè)聲波接收器（RA和RB）。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成θ角。由于向下游傳送的聲波被流體加速，而向上游傳送的聲波被延遲，它們之間的時(shí)間差與流速成正比。

第四篇：微光學(xué)器件總結(jié)

大作業(yè)

丁武文

2008010646

精85 折射微光學(xué)元件： 1.折射微透鏡：

橢圓微透鏡的制備及在半導(dǎo)體激光器（LD）光束整形中的應(yīng)用[1] 基礎(chǔ)：

LD發(fā)射光束具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（2）x與y方向上的光束發(fā)散角不同；（2）光斑是橢圓形的。傳統(tǒng)的耦合技術(shù)是將LD基片與光纖端面直接相連, 稱為平接連接法。由于LD和光纖之間數(shù)值孔徑的巨大差異，平接連接的耦合效率只能達(dá)到10%。目前已有幾種提高LD和光纖之間耦合效率的方法，這些方法可分為兩類。第一類是將光纖一端做成半球形或圓錐形，相當(dāng)于一個(gè)透鏡。LD和透鏡話光纖的耦合效率是2.5dB~6.4dB。另一類是利用梯度折射率光纖，光纖中不同部位的折射率不同，使得光纖像一個(gè)自聚焦透鏡。使用這種方法的耦合效率大約是0.84 dB～3dB，工作距離低于4 500 μm。這里提到的方法是用橢圓微透鏡耦合的方案。利用橢圓微透鏡具有雙焦距的特性，同時(shí)對(duì)LD光束進(jìn)行準(zhǔn)直、整形，使發(fā)散光束成為適合光纖傳輸?shù)膱A光束，提高了耦合效率。

微透鏡的設(shè)計(jì)及制備：

按需滴定法成形是使用脈沖式點(diǎn)膠機(jī)將PMMA溶液按照所需體積滴在玻璃基板上，溶液是光學(xué)級(jí)純度的PMMA溶于MMA單體所得的混合預(yù)聚溶液，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。

在實(shí)驗(yàn)前對(duì)作為基板的石英玻璃板進(jìn)行預(yù)處理: 先將石英基板放在超聲波清洗器中用蒸餾水清洗10 min，晾干后再用分析純的無水乙醇在超聲波清洗器中清洗10 min。將清洗干凈的石英基板放在含氮?dú)夥盏恼婵崭稍锵渲泻娓墒够鍖?duì)水的接觸角為10°，對(duì)PMMA溶液基本不浸潤(rùn)。然后在基板上用MMA溶液按所設(shè)計(jì)的透鏡大小做一些橢圓形的區(qū)域，該區(qū)域?qū)MMA溶液完全浸潤(rùn)(如圖2所示)。我們將溶液滴在這些橢圓形區(qū)域上，液滴在表面張力的作用下形成橢圓形的微透鏡。在滴定完成后，樣品應(yīng)立即放入一個(gè)小密閉容器中以減小MMA單體的揮發(fā)和透鏡的收縮率。然后放入烘箱，升溫至100 ℃，這時(shí)PMMA和MMA單體快速聚合，等聚合完全后將爐溫升到180 ℃，透鏡處于熔融狀態(tài)，但又具有很高的粘度，能夠保持住形狀，在表面張力的作用下微透鏡表面還可進(jìn)行自修復(fù)形成橢圓形微透鏡。

所得橢圓透鏡的相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系公式為

Di2?4h2Ri?……（1）8hRfi?i…………（2）

n?1fF#i?i……………（3）Di其中fi為橢圓透鏡焦距，包括X方向fx和Y方向fy;Ri為橢圓透鏡曲率半徑，包括X方向Rx和Y方向Ry;；Di為橢圓透鏡直徑，包括X方向Dx和Y方向Dy；F#i為橢圓透鏡數(shù)值孔徑，包括X方向F#x和Y方向F#y;；h為橢圓透鏡矢高；n為材料折射率。

對(duì)于按需滴定法，當(dāng)針頭型號(hào)、氣泵壓力、脈沖時(shí)間決定之后，每次滴下的液滴的量也就固定。另外，在其他條件不改變的情況下，聚合物溶液與基板的接觸角由溶液的粘度決定，而溶液的粘度又由濃度來改變。由此可知，濃度固定時(shí)，接觸角就固定。所以由簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系就可知，對(duì)于成份相同的溶液，粘度和針頭的型號(hào)就決定了單個(gè)液滴的形狀(包括直徑、矢高和曲率半徑)。

實(shí)驗(yàn)中，通過摸索調(diào)整溶液粘度和壓力大小及脈沖時(shí)間，就可以得到所需橢圓微透鏡的兩個(gè)焦距。實(shí)驗(yàn)中選用28號(hào)針頭，其內(nèi)徑為0.15 mm，外徑為0.35 mm;溶液濃度為4 mol/L。

使用微透鏡陣列的耦合：

我們分別測(cè)量了傳統(tǒng)的平接連接法和本文所介紹的微透鏡耦合法的耦合效率和對(duì)不同軸的容忍性。由于LD的發(fā)散角和光纖的數(shù)值孔徑都會(huì)影響到耦合效率和對(duì)不同軸的容忍性，所以我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了同樣的LD和光纖來比較兩者的耦合。測(cè)得1.55 μm的LD發(fā)出的光束在接觸面處的垂直和水平發(fā)散角分別是39.3°和20.2°，光纖芯徑為8.6 μm，折射率差為0.42%，數(shù)值孔徑為0.096。

平接連接法中, 光束從LD直接進(jìn)入光纖中。微透鏡耦合法中, 在兩者之間增加了一個(gè)橢圓微透鏡, LD、微透鏡和光纖被固定在高精度多軸定位平臺(tái)上, 其在X、Y、Z方向移動(dòng)精度上0.1 μm,θX、θY方向上轉(zhuǎn)動(dòng)精度是3″。激光光束經(jīng)過一段一米長(zhǎng)的SMF傳至能量計(jì)上來測(cè)量其光能分布。利用紅外感應(yīng)卡(當(dāng)被紅外線照射時(shí)可以放射出可見光)來幫助調(diào)整定位。首先, 調(diào)整LD和光纖。對(duì)于平接連接法, LD發(fā)光面與光纖端面直接相連, 對(duì)于微透鏡耦合法,LD與微透鏡陣列背面(即石英基板一側(cè))相連。LD的驅(qū)動(dòng)電流從9.0 mA調(diào)至18.0 mA, 測(cè)出激光輸出能量。微透鏡耦合方案的耦合效率是鏈接法的8倍。另外, 對(duì)不同軸的容忍性也是影響耦合效率的重要因素。不同軸包括水平錯(cuò)位、軸向錯(cuò)位和角度傾斜。與平接連接法相比, 微透鏡耦合法對(duì)水平錯(cuò)位和軸向錯(cuò)位有很好的容忍性, 但對(duì)角度傾斜要求很高。

優(yōu)缺點(diǎn)：

LD與光纖之間使用微透鏡耦合的方案與傳統(tǒng)的平接連接法相比, 耦合效率大大提高, 并且對(duì)水平和軸向的對(duì)接精度要求顯著降低，但是對(duì)角度傾斜要求很高。

微反射鏡：

靜電微反射鏡的應(yīng)用研究主要集中在光開關(guān)、投影儀和被動(dòng)式空間光通信器件三個(gè)領(lǐng)域中。光開關(guān)和應(yīng)用于投影儀的微反射鏡研究起步較早, 空間光通信器件的研究是最近幾年才發(fā)展起來的。

微反射棱鏡[2]: 微反射鏡的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域是空間光通信, 這方面角錐棱鏡(Cube-corner Retroreflector)的結(jié)構(gòu)方式應(yīng)用最為普遍。東京科技大學(xué)對(duì)其在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)分析。角錐棱鏡的入射光束分布于三個(gè)鏡面上, 僅僅在有效光闌半徑內(nèi)的入射光才能經(jīng)過三鏡面的依次反射產(chǎn)生與入射光平行的出射光, 且出射光與入射光光強(qiáng)呈中心對(duì)稱。角錐棱鏡具有三個(gè)相互正交的工作平面, 相比平面鏡來說體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 同時(shí)還對(duì)工藝精度尤其是鏡面的相互垂直度要求高。由于其入、出射光平行, 能從原理上自動(dòng)跟蹤光源, 可望用于近距離網(wǎng)絡(luò)通信、星際通信等領(lǐng)域, 尤其適用于隨動(dòng)通信系統(tǒng)間的通信。DARPA 計(jì)劃所提出的智能塵埃中的被動(dòng)光通信裝置就采用了角錐棱鏡系統(tǒng)。它被作為空間光通信的重要器件從本世紀(jì)初起進(jìn)行了重點(diǎn)研究, 其重點(diǎn)是具有高垂直精度的微角錐棱鏡結(jié)構(gòu)及工藝。具有良好工藝性和精度可靠性的典型結(jié)構(gòu)如圖5所示,它們分別包含兩個(gè)側(cè)反射面和一個(gè)底反射面。底反射面由可動(dòng)微反射鏡組成, 它通過微反射鏡的角度變化改變?nèi)齻€(gè)面的正交性, 進(jìn)而改變反射光的平行性。側(cè)面分別由鉸支結(jié)構(gòu)、插裝結(jié)構(gòu)裝配而成, 前者結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、工藝復(fù)雜;后者相反, 工藝復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。兩種結(jié)構(gòu)的共同缺陷是距離應(yīng)用有一定差距。

應(yīng)用于被動(dòng)空間光通信領(lǐng)域的微角錐棱鏡是靜電微反射鏡方向具有挑戰(zhàn)性的課題之一，研究的成功將為通信帶來又一次革命。它的研究始于DARPA 計(jì)劃和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校傳感器與執(zhí)行器研究中心(Berkeley Sensor & ActuatorCenter)的Pister 和Kahn 教授智能塵埃計(jì)劃的提出。

不足：

深入研究微反射鏡的特性。現(xiàn)有微反射鏡的設(shè)計(jì)主要傾向于機(jī)電特性而欠缺對(duì)光學(xué)性能的深入分析。為此, 需進(jìn)一步研究不同光學(xué)面形狀、尺寸參數(shù)和陣列參數(shù)對(duì)光學(xué)性能的影響, 克服衍射效應(yīng)等帶來的不利影響。折射率漸變微透鏡： Spot-size converter（波導(dǎo)模態(tài)變換器）是光纖與光波導(dǎo)連接之間的一種常用的過渡結(jié)構(gòu)，它可有效地提高不同類型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的耦合效率。目前，已有多種Spot-size converter 的報(bào)告，例如由高相對(duì)折射率差Δ的半導(dǎo)體材料制備的光波導(dǎo)采用了波導(dǎo)寬度和高度漸變型過渡區(qū)。

漸變折射率Spot-size converter[3]的設(shè)計(jì)：

取單模石英光纖的Δ為0.3%，芯直徑為8μm，芯層折射率為1.4681（波長(zhǎng)在1550nm處）；Δ為0.6%的單模矩形光波導(dǎo)寬度為6μm，高度為6μm，芯層折射率為1.5343（波長(zhǎng)在1550nm處）。采用光束傳播法仿真軟件（Beam PROP軟件）計(jì)算的結(jié)果表明，若光波導(dǎo)不設(shè)置Spot-size converter結(jié)構(gòu)，光纖與波導(dǎo)的端面耦合效率為78%。為了提高光纖與光波導(dǎo)器件的連接耦合效率，減少插入損耗，本文計(jì)算設(shè)計(jì)了兩種平面Taper結(jié)構(gòu)的Spot-size converter。

第一種波導(dǎo)Spot-size converter結(jié)構(gòu)為圖1所示的，波導(dǎo)側(cè)邊為線性漸變型Taper的結(jié)構(gòu)，Taper的厚度與直波導(dǎo)的相同，為了6μm。其他結(jié)構(gòu)參數(shù)為W1=8μm，W2=6μm、L為折射率線性漸變區(qū)長(zhǎng)度。Taper波導(dǎo)區(qū)的Δ，由起始處的0.3%線性增加到0.6%。如圖2所示。掃描改變L的大小，由BPM（beam propagation method）仿真計(jì)算Spot-size converter與單模石英光纖的端面耦合效率，結(jié)果示于圖3中的曲線1.當(dāng)Ｌ＝３００μｍ時(shí)，耦合效率達(dá)到９０％；當(dāng)Ｌ再

增大時(shí)，耦合效率基本不變。

設(shè)計(jì)的第二種結(jié)構(gòu)如圖４所示，波導(dǎo)厚度為６μｍ，Ｔａｐｅｒ區(qū)的波導(dǎo)具有對(duì)稱的拋物線漸變形側(cè)邊，Ｔａｐｅｒ區(qū)波導(dǎo)寬度Ｗ是Ｚ的函數(shù)，滿足式

W=W2-W12Z+W1，Z??0，L?……（2）2L其中，Ｗ１＝８μｍ，Ｗ２＝６μｍ，Ｔａｐｅｒ區(qū)波導(dǎo)相對(duì)折射率差Δ具有線性漸變分布，滿足式

Z?=0.3%+0.3，Z??0，L?……（3）

L掃描Ｌ的大小，由ＢＰＭ仿真計(jì)算端面耦合效率，結(jié)果如圖３中的曲線２所示。當(dāng)Ｌ＝２８０μｍ時(shí)，耦合效率提高到９１.３％ 左右，L再增大，耦合效率基本保持不變。

從圖3結(jié)果看出，采用折射率漸變區(qū)可使波導(dǎo)與光纖的端面禍合效率得到改善, 漸變區(qū)長(zhǎng)度L 存在一個(gè)飽和距離, 既當(dāng)漸變區(qū)長(zhǎng)度大于這一距離時(shí),禍合效率基本不變。采用飽和距離作為過渡區(qū)長(zhǎng)度時(shí), 藕合效率最大且Spot-size converter的尺寸較短, 有利于器件的集成型化。兩種結(jié)構(gòu)的比較表明,側(cè)邊拋物線漸變結(jié)構(gòu)的效果要比側(cè)邊線性漸變結(jié)構(gòu)的好。

優(yōu)點(diǎn)：

高分子光波導(dǎo)由于具有良好的光學(xué)性能、易加工、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為研究熱點(diǎn)。

衍射微光學(xué)元件： 二元光學(xué)：

二元光學(xué)元件(Binary Optical Elements ,簡(jiǎn)寫B(tài)OE)是一種位相型的衍射光學(xué)元件。它以光的衍射效應(yīng)為基本工作原理,采用對(duì)光學(xué)波面的分析來設(shè)計(jì)衍射位相輪廓。目前制作二元光學(xué)元件的方法主要有微電子工藝中的刻蝕法、鍍膜法,高精度鉆石車床程序控制切削法等。其中微電子工藝技術(shù)中的刻蝕法是目前采用的主要手段。由于實(shí)際制作出的位相輪廓,是以2 為量化倍數(shù),與理想的連續(xù)位相輪廓的臺(tái)階形狀近似,故被稱為“二元光學(xué)元件”。二元光學(xué)元件的設(shè)計(jì)與制作: 二元光學(xué)器件的設(shè)計(jì)與制作過程是,首先根據(jù)使用要求(包括孔徑、分辨率、焦距、波面特性等),經(jīng)計(jì)算機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì),確定表面的位相分布,按刻蝕次數(shù)設(shè)計(jì)成N 個(gè)振幅型掩膜,經(jīng)光刻顯影,離子蝕刻去膠后得到位相型二元光學(xué)元件,其典型工藝過程見圖1。

圖1 示出用蝕刻法進(jìn)行形狀制作的工序。在基板上涂敷光致抗蝕劑進(jìn)行光掩模曝光和顯影,復(fù)制圖形。然后利用反應(yīng)性離子蝕刻,除掉基板直至光程長(zhǎng)深度為λ0/ 2 ,最后除掉殘留的光致蝕劑。據(jù)此,能夠制成2 級(jí)形狀。但是,每道工序除掉基板的一半深度。與用反應(yīng)性離子蝕刻法除掉基板的方法相反,也有沉積幾分之一波長(zhǎng)厚的薄膜的制造方法,圖2 示出這種薄膜沉積法。

二元光學(xué)一詞是美國(guó)林肯研究所的Veld2kamp 等人提出的,在最初的研究中只使用一次蝕刻法的工序,就形成二級(jí)(二元)形狀,這就是二元形狀的由來。

這樣,在二元光學(xué)無元件的制作中,由于采用蝕刻法,所以適合于大批量生產(chǎn)。過去的折射型透鏡的制作大多是靠工作人員的經(jīng)驗(yàn),而現(xiàn)在則用已確立的蝕刻工序?qū)嵤┑?。另?過去是組合許多透鏡來構(gòu)成非球面,以修正像差。而二元光學(xué)元件由于形狀可以自由設(shè)計(jì),所以用一個(gè)元件就能實(shí)現(xiàn)像差修正,這是其優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用：

矯正視力缺陷,制成雙焦隱形眼鏡[4] 二元光學(xué)雙焦透鏡，用于眼科病人矯正視力非常有效。醫(yī)生將病人的被白內(nèi)障致混濁的眼球水晶體用冷凍法去除后，配上二元光學(xué)透鏡，使入射光聚焦在兩點(diǎn)上,一個(gè)將圖像直接聚焦在視網(wǎng)膜上；另一個(gè)在其稍后。由大腦選擇它認(rèn)為是最清晰的一個(gè)，而放棄另外一個(gè)。

菲涅爾透鏡：

菲涅爾透鏡提高太陽(yáng)能利用率的研究[5] 太陽(yáng)能能源清潔無污染，但是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的成本高達(dá)普通煤電成本的6至8倍，如此高的成本很難使其得到普遍推廣。因此, 提高太陽(yáng)能的利用效率、降低成本是

目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主要研究方向。其中，降低太陽(yáng)能電池發(fā)電成本的有效途徑之一是用聚光太陽(yáng)能電池來減少給定功率所需的電池面積，并用比較便宜的聚光器來部分代替昂貴的太陽(yáng)能電池。在這種系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池的費(fèi)用只占系統(tǒng)總費(fèi)用的一小部分，所以可以采用工藝先進(jìn)、效率更高而價(jià)格較貴的電池來提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

在太陽(yáng)能利用中的聚光器要求①具有較好的光學(xué)性能，反射率或透射率一般要在以上②具有足夠的剛度和強(qiáng)度，保證聚光器能夠在風(fēng)載、雪載、自重等負(fù)荷下正常工作③具有良好的抗疲勞能力，以保證機(jī)械結(jié)構(gòu)在反復(fù)交變工作條件下的壽命④具有良好的抗沙塵和冰雹等能力，以保證電站在沙漠、高寒等惡劣條件下正常工作，同時(shí)抵卸非正常氣候的破壞⑤具有良好的抗腐蝕能力，要有抗紫外、防鹽霧和酸雨等性能⑥具有良好的運(yùn)動(dòng)性，以使結(jié)構(gòu)本身的運(yùn)動(dòng)能耗降到最低⑦具有良好的保養(yǎng)、維護(hù)和運(yùn)輸性能。

菲涅爾透鏡的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)：

菲涅爾透鏡是由平凸透鏡演變而來的, 是一面刻有一系列同心棱形槽的輕薄光學(xué)塑料片,如圖1所示其每個(gè)環(huán)帶都相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的折射面, 這些棱形環(huán)帶都能使入射光線會(huì)聚到一個(gè)共同的焦點(diǎn)上因此, 消球差是菲涅爾透鏡的固有特點(diǎn)普通的菲涅爾透鏡是具有正光焦度的平面型透鏡, 其中一個(gè)面為棱形槽面, 另一個(gè)面是平面這種透鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 加工方便。另一種形式為彎月型, 即它的基面為曲面, 其優(yōu)點(diǎn)是為消像差增加了自由度, 對(duì)提高成像質(zhì)量有利, 但工藝較復(fù)雜菲涅爾透鏡的棱形槽一般為每毫米2到8個(gè)槽, 精密型的可達(dá)到每毫米20個(gè)槽左右。這樣, 菲涅爾透鏡便完全有可能同以衍射極限為分辨力的一般透鏡相比擬通常, 菲涅爾透鏡在整個(gè)直徑范圍內(nèi)的厚度基本相同,所以使用它可以節(jié)省材料, 減輕重量, 還可減少光吸收作用。

與傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃透鏡相比, 菲涅爾透鏡用于太陽(yáng)能電池聚光的優(yōu)點(diǎn)是①體積小, 重量輕, 價(jià)格便宜, 用很少的原料便可得到較大口徑的透鏡②加工方便, 不易脆裂, “ 光學(xué)記憶力”好③透光率高, 實(shí)際上可達(dá)到以上考慮了反射損失和制造缺陷的影響④適當(dāng)設(shè)計(jì)齒的角度, 如采用變焦距技術(shù), 可使電池上的光強(qiáng)分布合理, 這是其它聚光鏡難以做到的⑤透鏡本身就是電池外罩的一部分, 可以保護(hù)電池, 聚光束被包括在一個(gè)封閉的罩子里, 可防止意外燒傷人體和灼傷眼睛, 防止可燃物碎片落入聚光器引起火災(zāi)⑥散熱效果好, 采用菲涅爾透鏡的聚光系統(tǒng)的散熱器位于電池外罩的陰影里,不會(huì)被太陽(yáng)直射, 便于散熱電池溫度低, 效率也就高⑦保養(yǎng)清掃方便, 電池?zé)o需清掃, 如采用齒面向電池的透鏡, 上面的積塵也很容易清除⑧有一定的強(qiáng)度和韌性, 能經(jīng)得起砂、石的打擊。

優(yōu)點(diǎn)與不足： 菲涅爾透鏡作為折射式聚光器可明顯提高太陽(yáng)能的利用率, 但其聚光倍數(shù)會(huì)隨光強(qiáng)的減弱而變小, 而且還會(huì)隨太陽(yáng)視場(chǎng)角的增大明顯減小, 主要是透鏡表面存在反射損失。因此, 若把透鏡應(yīng)用到聚光太陽(yáng)能系統(tǒng), 為使光線能垂直入射, 跟蹤技術(shù)一直是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

菲尼爾透鏡應(yīng)用2：

熱釋電紅外傳感器應(yīng)用與車流量檢測(cè)系統(tǒng)[6] 使用熱釋電紅外傳感器時(shí), 其表面必須罩上一塊菲涅爾透鏡。所謂的菲涅爾透鏡就是一種特殊設(shè)計(jì)的、由塑料制成的光學(xué)透鏡組, 是根據(jù)菲涅耳原理制成的。它把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū), 具有聚焦的功能;其與熱釋電元件配合, 可以提高傳感器的靈敏度, 擴(kuò)大監(jiān)視范圍。菲涅耳透鏡有折射式形式, 它的聚焦作用是增加靈敏度, 使進(jìn)入檢測(cè)區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式影響紅外傳感器, 這樣紅外傳感器就能產(chǎn)生變化的電信號(hào)。當(dāng)傳感器加上菲涅爾透鏡后, 其檢測(cè)距離大約可以增加到原來的五倍。

優(yōu)缺點(diǎn)：與普通透鏡相比，菲涅爾透鏡加工方便，重量輕，價(jià)格低廉。折衍混合系統(tǒng)：

液體可變焦折衍混合系統(tǒng)的研究[7] 液體變焦透鏡技術(shù)及其發(fā)展：

微光學(xué)系統(tǒng)中使用的光學(xué)組件的典型尺寸為幾十至幾百微米，在這個(gè)尺度下，液體的行為強(qiáng)烈地受表面張力的影響，表面張力已經(jīng)超過重力等其它力而成為主導(dǎo)力。目前已經(jīng)提出了很多種操縱微小液滴的方法用于改變液體透鏡的焦距，包括利用結(jié)構(gòu)化表面、熱毛細(xì)管作用、電化學(xué)效應(yīng)、介電電泳和介質(zhì)上的電潤(rùn)濕(EWOD)、通過機(jī)械結(jié)構(gòu)直接改變液滴表面曲率等，其中最后兩種方法以直接用電控制離散液滴表面張力的EWOD法和通過機(jī)械結(jié)構(gòu)直接改變液滴表面曲率法受到日益關(guān)注。

舉例說明：

電潤(rùn)濕法液體變焦透鏡

介質(zhì)上電潤(rùn)濕是從電潤(rùn)濕I’0](Eleetrowetting，Ew)發(fā)展而來的。1936年，Aleksandr Froumkine利用電場(chǎng)來改變處于金屬表面上的小水滴的形狀，并成功的推動(dòng)液滴在平板上運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象便被稱為電潤(rùn)濕，它是通過在液滴和電極之間施加電場(chǎng)，來改變液一固表面的張力系數(shù)，從而改變接觸角的大小。然而，對(duì)于這種液滴與電極直接接觸的結(jié)構(gòu)，接觸角的改變量很小，而且易產(chǎn)生氣泡，穩(wěn)定性差。近年來研究發(fā)現(xiàn)在液滴與電極間插入一層薄的絕緣介質(zhì)層后仍然可以用電控制液滴的接觸角，從而被稱為介質(zhì)上的電潤(rùn)濕(Eleetrowettingonnieleetrie，EwOD)。改變液滴接觸角所需的靜電場(chǎng)是通過在液滴和平板電極問施加一定電壓來完成的，平板電極內(nèi)嵌于絕緣襯底，并且距液體與固體的交界面有一定距離。利用介質(zhì)上電潤(rùn)濕，可以制作出由微小液滴組成的變焦透鏡，其基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。當(dāng)小液滴置于疏水絕緣層上時(shí)，在表面張力的作用下，液滴與疏水絕緣層之間的初始接觸角為鈍角，液面曲率大。入射平行光線經(jīng)過液滴時(shí)發(fā)生折射而會(huì)聚于一點(diǎn)如圖2.1(a)，此時(shí)液滴形成的透鏡的焦距短。當(dāng)在液滴與電極間施加一定電壓時(shí)，由于EWOD效應(yīng)，液滴的接觸角將減小，液面的曲率也隨之減小，入射光線經(jīng)液滴后將會(huì)聚于較遠(yuǎn)的點(diǎn)，透鏡焦距增大如圖2.1(b)。在液滴接觸角未飽和的情況下，所加電壓越高，EWOD效應(yīng)將越明顯，液滴接觸角及液面曲率越小，透鏡焦距越大，從而達(dá)到通過改變控制電壓來調(diào)節(jié)透鏡焦距的目的。

利用EWOD效應(yīng)，通過外加電壓來調(diào)節(jié)液面的曲率，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)透鏡焦距的控制。與其它結(jié)構(gòu)相比，這類透鏡具有功耗低、失真小、壽命長(zhǎng)、可調(diào)范圍大等突出優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。目前，國(guó)外已有許多單位在研究這類透鏡，而且進(jìn)展很快，有的已經(jīng)產(chǎn)品化了，例如Philips公司于2004年3月發(fā)布了一款名為FluldFocus的可用于拍照手機(jī)等便攜設(shè)備的液體變焦透鏡。

與傳統(tǒng)的固體變焦透鏡相比，液體可變焦透鏡具有功耗低、失真小、壽命長(zhǎng)、可調(diào)范圍大等突出優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。

液體變焦透鏡存在的問題：

但是上述的液體變焦單透鏡仍然為傳統(tǒng)的折射光學(xué)系統(tǒng)，不可避免的存在色差問題。如果用傳統(tǒng)的雙膠或三片鏡片來消除色差仍然會(huì)有體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的弊端，如果將變焦光學(xué)組件的尺寸降為幾十至幾百微米時(shí)由于液體的行為強(qiáng)烈地受表面張力的影響，表面張力已經(jīng)超過重力等其它力而成為主導(dǎo)力。此時(shí)不同液體的接觸面曲率就容易發(fā)生變化，不容易控制，這不適合雙膠或三片鏡片的形式來消除色差。因此普通的液體可變焦單透鏡在變焦的同時(shí)要做到消除色差并不容易。

液體變焦透鏡作為光電子器件中的新興部件，其巨大的優(yōu)點(diǎn)正受到各行各業(yè)的廣泛注意，業(yè)界專家還表示，液體透鏡很有可能會(huì)全面取代傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭。

但是傳統(tǒng)的液體變焦透鏡無論是電濕潤(rùn)式的還是機(jī)械式的，都往往會(huì)有色差現(xiàn)象，而且在變焦的同時(shí)要做到消除色差并不容易。隨著二元光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓蕉嗟夭捎枚鈱W(xué)技術(shù)來改進(jìn)傳統(tǒng)的折射光學(xué)元件(如折衍混合系統(tǒng))，以提高它們的性能，并實(shí)現(xiàn)普通光學(xué)元件無法實(shí)現(xiàn)的特殊功能。

本文提出兩種液體可變焦折衍混合透鏡，如圖4.1所示，一種為二元面在基底為平面的折射面上的可變焦混合透鏡(圖4.1(a))，另一種為二元面附著在基底為曲面的折射面上的可變焦混合透鏡(圖4.1(b))。如圖所示。

設(shè)計(jì)模型Ａ：

液體可變焦折衍混合光學(xué)系統(tǒng)由傳統(tǒng)的液體折射透鏡系統(tǒng)和二元透鏡系統(tǒng)組成。由于BOE的色散特性與材料的無關(guān)性和負(fù)向性就非常有利于消色差，這也是BOE在成像領(lǐng)域受到青瞇的主要原因。這種以液體作為折射系統(tǒng)的材料，結(jié)合衍射面的可變焦單透鏡變焦非常具有可行性。

該模型A將二元面附著在基底為平面的折射面上，當(dāng)基底另一側(cè)表面曲率發(fā)生變化時(shí)，不影響二元面結(jié)構(gòu)，如圖4.2所示。為了設(shè)計(jì)該光學(xué)系統(tǒng)，我們?cè)O(shè)λｄ為設(shè)計(jì)中心波長(zhǎng)，λＦ和λＣ為消色差波長(zhǎng)，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距為F。

該模型的光路示意圖如圖４.３所示。

該光學(xué)系統(tǒng)的成像過程可以視為物點(diǎn)M經(jīng)過液體折射透鏡第一次成像于Ｏ點(diǎn)，再經(jīng)過衍射透鏡進(jìn)行第二次成像于Ｏ’點(diǎn)。圖中Ｐｍ為第m帶外邊緣，AB的長(zhǎng)度d定義為刻蝕深度，有

d??np?1

其中ｎｐ為衍射面的折射率。

折射元件的色差是由光學(xué)材料的材料色散引起的，而BOE的色差是有微結(jié)構(gòu)衍射的波長(zhǎng)依賴性引起的，其色散特性和材料特性正好相反。

對(duì)于液體可變焦折衍混合透鏡來說，對(duì)焦距的改變起決定作用的是其折射部分。衍射部分主要負(fù)責(zé)消除色差，其對(duì)于焦距的變化量很小。液體變焦透鏡在成像時(shí)要得到合適的透鏡焦距，并不需要像傳統(tǒng)透鏡那樣通過透鏡自身的鏡頭沿光軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)。液滴和油滴表面曲率的改變才是液體透鏡實(shí)現(xiàn)變焦的關(guān)鍵所在，如兩種液體間接觸面的形狀在電壓作用下會(huì)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)變焦。由于考慮薄透鏡，因此焦距變化公式為:

fref'?R

n(?)?1由于普通的液體變焦透鏡在基底曲率變化的同時(shí)不可避免地會(huì)存在色差現(xiàn)象，因此將衍射面附著在液體變焦透鏡的其中一個(gè)折射面上，形成液體可變焦折衍混合系統(tǒng)。因?yàn)樵摶旌贤哥R模型衍射部分的焦距為壽，則其總的系統(tǒng)焦距則為:

F?F?fdifR?fdif[n(?)?1]

上式即為該液體折衍混合系統(tǒng)模型系統(tǒng)焦距與其基地半徑的變化關(guān)系。由于衍射部分的焦距ｆｄｉｆ遠(yuǎn)大于折射部分焦距ｆｒｅｆ，因此整個(gè)折衍混合系統(tǒng)焦距Ｆ仍然可以看作與半徑R呈線性關(guān)系。衍射部分由于色散特性的負(fù)向性，其對(duì)整個(gè)折衍混合系統(tǒng)很好地起到了消除色差的作用，但隨著基底半徑R的變化增大，色差也不可避免地會(huì)逐漸增大，因此在實(shí)際應(yīng)用中往往使得半徑R在一定范圍內(nèi)變化，從而使色差最小。

設(shè)計(jì)模型B 在光學(xué)系統(tǒng)中，為提高象質(zhì)和簡(jiǎn)化系統(tǒng)，經(jīng)常使用非球面。但非球面的加工、測(cè)試?yán)щy，成本高，重復(fù)性差，精度不能保證。而對(duì)于衍射光學(xué)元件，引人復(fù)雜的非球面相位分布，并不增加加工難度，也不影響加工精度，所以利用BOE，在不影響精度和加工難度的情況下，增加了設(shè)計(jì)自由度，這對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常有利。BOE的這一特點(diǎn)在準(zhǔn)單色光系統(tǒng)中特別有用，利用BOE可精確的引入任意的非常大的非球面自由度。而在寬波段場(chǎng)合，BOE的非球面度隨波長(zhǎng)的不同而不同，因而引入過大的非球面度會(huì)引入很大的色像差，因而在寬波段場(chǎng)合，通?？衫肂OE引入少量的非球面度，以校正系統(tǒng)的色像差。

一般來說，BOE在HOS中的作用與其使用的場(chǎng)合有關(guān)。對(duì)單色光、準(zhǔn)單色光場(chǎng)合，BOE的主要作用是提供非球面自由度，它有很強(qiáng)的色差校正功能，而且利用BOE消色差不會(huì)增加系統(tǒng)的絕對(duì)光焦度，因此，此模型把衍射面附著在基底為非球面的折射面上，其結(jié)構(gòu)如圖4.5所示。為了設(shè)計(jì)該光學(xué)系統(tǒng)，我們同樣設(shè)λd為設(shè)計(jì)中心波長(zhǎng)，λF和λC為消色差波長(zhǎng)，整個(gè)液體可變焦折衍混合光學(xué)系統(tǒng)的焦距為F’。

由圖中可以看出，不同于模型A，此模型的二元面附著在一個(gè)曲面上。因此隨著基底的曲率變化，衍射面曲率也發(fā)生。在此模型中，假設(shè)其衍射面的刻蝕深度變化很小。

設(shè)計(jì)模型B的折射部分：

假設(shè)仍然將該模型視為薄透鏡，液體材料的折射率隨波長(zhǎng)不同而不同，設(shè)為n(λ)，R為該模型基底的曲率半徑。其在波長(zhǎng)為λ的情況下，同樣滿足下列焦距公式:

fref'?R

n(?)?1該液體折射透鏡的焦距fref’同樣隨著基底的曲率半徑R和基底材料折射率n(λ)的變化而變化。在不同的波長(zhǎng)下，該液體折射透鏡的焦距不同，即同樣存在著色差。

設(shè)計(jì)模型B的衍射部分：

該模型的成像過程仍然可以視為兩步，首先物點(diǎn)M’經(jīng)過液體折射透鏡第一次成像于O點(diǎn)，再經(jīng)過衍射透鏡進(jìn)行第二次成像于O’點(diǎn)，只不過此模型的衍射面附著在曲面上，因此當(dāng)變焦時(shí)，衍射面的結(jié)構(gòu)隨著基底曲率的變化而變化。其成像過程如圖4.6所示。

折衍混合系統(tǒng)應(yīng)用2：

折_衍混合紅外物鏡的超寬溫消熱差研究[8]：

保證光學(xué)系統(tǒng)在較寬的溫度范圍內(nèi)正常工作的技術(shù)被稱為消熱差技術(shù)。根據(jù)儀器的特點(diǎn)和使用場(chǎng)合的不同，消熱差技術(shù)一般可分三類：機(jī)械主動(dòng)式、機(jī)械被動(dòng)式、光學(xué)被動(dòng)式。利用基于二元光學(xué)元件的折/衍混合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)被動(dòng)式消熱差設(shè)計(jì)。

采用傳統(tǒng)折射光學(xué)系統(tǒng)只能通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)、曲率及使用不同的光學(xué)材料來校正像差，一般至少需要三種紅外材料，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)所需透鏡數(shù)量增加，光學(xué)效率也不高。由于紅外系統(tǒng)的空間是有限的，如果能減輕重量，減小體積是非常有實(shí)際意義的。折/衍混合成像系統(tǒng)充分利用了傳統(tǒng)光學(xué)元件和衍射光學(xué)元件各自的優(yōu)點(diǎn)，有效的簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減輕重量、縮小體積和改善成像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)許多傳統(tǒng)成像光學(xué)所不能達(dá)到的目標(biāo)，是對(duì)傳統(tǒng)成像光學(xué)的重大變革。

微光學(xué)系統(tǒng)：

自由空間微光學(xué)系統(tǒng)： 微光學(xué)平臺(tái)[9]：

近年來, UCLA 的科研人員將表面微機(jī)械工藝制作的微型鉸鏈與自由空間集成光學(xué)結(jié)合研制完成了一種可實(shí)現(xiàn)片上光學(xué)處理的微光學(xué)平臺(tái), 引起廣泛關(guān)注。自由空間集成光學(xué)較光波導(dǎo)方法有如下優(yōu)點(diǎn): 高的空間帶寬、無干擾的光學(xué)路徑、三維光學(xué)互連、光學(xué)信號(hào)處理(例如傅立葉光學(xué))的可能性。但是其制作要比波導(dǎo)器件困難得多, 因?yàn)榇蠖鄶?shù)單獨(dú)制作的光學(xué)元件都是平躺在基片表面, 而光路處理卻恰恰要求它們直立起來。

解決元件直立問題的辦法是使用表面微機(jī)械鉸鏈和彈簧鎖, 這一技術(shù)為自由空間集成光學(xué)開辟了一個(gè)全新的空間, 采用該技術(shù)可使三維微光學(xué)元件集成在同一硅片上。這里硅基片相當(dāng)于一個(gè)微型光學(xué)平臺(tái), 微透鏡、反射鏡、光柵和其它光學(xué)元件首先在掩模設(shè)計(jì)階段進(jìn)行預(yù)對(duì)準(zhǔn), 之后投入制作, 其精確調(diào)整和定位由集成在片上的微制動(dòng)器和微型定位器來實(shí)現(xiàn), 例如旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)工作臺(tái);最后再將有源器件集成在芯片上, 一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)就制作成了, 如圖13 所示。

微光學(xué)平臺(tái)是微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)典型例子，它主要用于光學(xué)測(cè)量和實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)體積大，系統(tǒng)中的元件是先分開制造然后組裝的，裝配量很大，成本提高。而微光學(xué)平臺(tái)體積小，系統(tǒng)中的元件可集成加工在單一芯片上，對(duì)準(zhǔn)精度高，可成批生產(chǎn)，成本低。這些優(yōu)點(diǎn)使微光學(xué)平臺(tái)相對(duì)于傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢(shì)。所以，該方面的研究是微光機(jī)電系統(tǒng)研究的最基本部分。研究包括各種鉸鏈（圖a）、微反射鏡（圖b）、微衍射透鏡（圖c）、微折射透鏡（d）、光束分離器和光柵等。上面圖13為美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校提出的微光學(xué)平臺(tái)樣機(jī)。該微光學(xué)平臺(tái)由微透鏡、分束器、反射鏡和光柵等元件通過鉸鏈組裝技術(shù)集成在一個(gè)芯片上。

堆疊式：

光柵光譜儀[9]：

圖9所示是通過MEMS技術(shù)加工得到的光柵光譜儀。它是通過表面硅和體硅混合工藝加工而成。其原理是，輸入光束通過由鋁膜形成的光柵后，經(jīng)過三次反射，不同波長(zhǎng)的光束分別反射到光電二極管陣列的特定位置上，分別檢測(cè)出特定波長(zhǎng)的光束。

平面型微光學(xué)系統(tǒng)：

為實(shí)現(xiàn)光路集成，像電路一樣，具有二維平面的集成和三維空間集成，光器件就要波導(dǎo)化、陣列化，充分利用現(xiàn)有集成電路的微加工工藝。

近些年發(fā)展起來的平面光波導(dǎo)光路（PLC），就是希望實(shí)現(xiàn)像電路印刷版一樣的平面光子回路的大規(guī)模集成，為二維平面集成。PLC具有成本低、便于批量生產(chǎn)、易于集成的諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是光通信系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的救星。分離光器件向光波導(dǎo)的集成器件發(fā)展是一種必然趨勢(shì)。

LiNbO3光波導(dǎo)調(diào)制器[10,11,12]: 光纖通信系統(tǒng)的調(diào)制器主要是LiNbO3光波導(dǎo)調(diào)制器。LiNbO3光波導(dǎo)調(diào)制器是利用電光效應(yīng)對(duì)光波的相位、強(qiáng)度或偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制的器件。對(duì)高速系統(tǒng)而言，最常見的LiNbO3光調(diào)制器是Mach-Zehnder干涉儀（MZI）型行波電極強(qiáng)度光調(diào)制器，圖1.2是其結(jié)構(gòu)示意圖。這種調(diào)制器采用了MZI的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和行波電極結(jié)構(gòu)，不僅可獲得很高的工作速度，而且調(diào)制信號(hào)的頻率啁啾非常小。

根據(jù)晶體的電光效應(yīng)，人們提出了外調(diào)制器, 由最初的體調(diào)制器發(fā)展到行波調(diào)制器,由相位調(diào)制器到強(qiáng)度調(diào)制器。目前研究的多為行波調(diào)制器。由于難以檢測(cè)光相位, 故采用M ach2Zehnder 強(qiáng)度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。迄今為止, 已提出了多種結(jié)構(gòu)的行波調(diào)制器, 如共面波導(dǎo),非對(duì)稱共面微帶結(jié)構(gòu)的行波調(diào)制器。行波調(diào)制器的主要參數(shù)調(diào)制帶寬受限于光波與微波的速度失配, 這源于鈮酸鋰的介電常數(shù)太高, 導(dǎo)致調(diào)制器的微波等效折射率遠(yuǎn)大于光波的折射率。為了獲得較寬的調(diào)制帶寬, 許多旨在降低調(diào)制器的等效折射率的新結(jié)構(gòu)就被提出來。這些方案在獲得寬帶寬和低的驅(qū)動(dòng)電壓的同時(shí), 特性阻抗卻遠(yuǎn)小于508 , 這是由于它們?cè)谔岣咚俣绕ヅ涞耐瑫r(shí)調(diào)制器的電容大大增加了。

微光機(jī)電系統(tǒng)（MOMES）[13]： MOMES加速度傳感器： 隨著MOEMS技術(shù)的發(fā)展，為了解決現(xiàn)有的MEMS加速度傳感器普遍存在的精度較低的問題，因此利用光學(xué)測(cè)量精度高的優(yōu)勢(shì)與MEMS技術(shù)相結(jié)合的MOEMS加速度傳感器的研究成為了一個(gè)重要的發(fā)展方向，與前文所述的各種原理的MEMS加速度傳感器相比，MOEMS的加速度傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)，適宜于強(qiáng)電磁干擾及強(qiáng)腐蝕環(huán)境，靈敏度高，體積小重量輕，適合于航空、航天及狹窄空間的應(yīng)用，并且成本相對(duì)較低等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是目前MOEMs的加速度傳感器大多數(shù)都還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)MOEMS加速度傳感器的研究主要有以下一些類型: 1.光纖Fabry-Perot(F-P)腔的MOEMS加速度傳感器：

光纖F一P腔的MOEMS加速度傳感器是利用加速度傳感質(zhì)量塊的一個(gè)端面與固定的光纖端面平行形成F一P腔，其結(jié)構(gòu)如圖1.12所示，通過干法刻蝕或濕法腐蝕工藝在硅基底上刻蝕出傳感質(zhì)量塊和懸臂梁結(jié)構(gòu)，傳感質(zhì)量塊的一個(gè)端面與光纖的端面在加速度敏感軸方向上相互平行，形成一個(gè)F一P腔，光纖固定在硅基底上制做出的V形槽內(nèi)。光纖同時(shí)作為光信號(hào)的出射和接收端，寬譜光源入射的光通過光纖端面進(jìn)入F一P腔，光在質(zhì)量塊和光纖端面之間多次反射，形成多光束千涉，干涉信號(hào)同樣由光纖端面接收輸出到探測(cè)器。如圖所示，當(dāng)外界加速度作用時(shí)，傳感質(zhì)量塊會(huì)沿垂直于光纖端面的方向移動(dòng)，由于質(zhì)量塊移動(dòng)引起F一P腔的腔長(zhǎng)的變化導(dǎo)致F一P反射譜漂移。通過探測(cè)輸出光譜的漂移，就能反映出加速度的變化。

目前這種結(jié)構(gòu)的MOEMs加速度傳感器實(shí)際分辨率可達(dá)1mg，但是光纖F一P腔的MOEMS加速度傳感器對(duì)質(zhì)量塊反射端面與光纖端面的平行度和反射率要求都非常高，F(xiàn)一P腔的裝調(diào)難度大，并且在質(zhì)量塊振動(dòng)過程中很難保證其平行度。另外，F(xiàn)一P腔的腔長(zhǎng)變化范圍有限，因此這種MOEMS加速度傳感器測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍很小，一般不會(huì)超過±2g，限制了它的實(shí)際應(yīng)用。

2.微結(jié)構(gòu)光柵的MOEMS加速度傳感器

這種類型的MOEMS加速度傳感器是利用MEMS加工工藝，在同一基底上加工出可動(dòng)光柵和固定光柵兩種結(jié)構(gòu)，如圖1.13所示1301。在一個(gè)基底上通過雙面刻蝕制做出傳感質(zhì)量塊和可動(dòng)光柵一體的微結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括了四個(gè)折疊的懸臂梁、傳感質(zhì)量塊以及一組可動(dòng)光柵組成，而固定光柵則制做在固定基底上。光源照射在光柵上，這樣一組可動(dòng)光柵和固定光柵形成發(fā)射相位光柵。當(dāng)垂直于質(zhì)量塊的表面方向上的加速度作用到質(zhì)量塊上時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)帶動(dòng)可動(dòng)光柵發(fā)生上下移動(dòng)，形成明暗相間的衍射條紋。當(dāng)可動(dòng)光柵與固定光柵的高度差發(fā)生變化時(shí)，由光柵反射形成的衍射條紋各級(jí)衍射極大的位置將發(fā)生變化，這樣探測(cè)器上所探測(cè)到光強(qiáng)就會(huì)發(fā)生變化，從而達(dá)到測(cè)量加速度大小的目的。

衍射光柵式的MOEMS加速計(jì)體積很小，整個(gè)結(jié)構(gòu)在同一基底上制做完成，有很高的集成度，而且在理論上有這很高的分辨率，可以達(dá)到聲g量級(jí)。但是，為了獲得較高的分辨率，就必須提高光柵周期數(shù)，即在有限的尺寸下減小光柵間距，但是光柵間距的減小給加工工藝提出了更高的要求。由于傳感質(zhì)量塊的厚度較大，因此需要在反面質(zhì)量塊的制做過程中采用深度反應(yīng)離子束刻蝕，這樣的設(shè)備非常昂貴，而且深反離子刻蝕的過程中需對(duì)正面制作好的光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，由于光柵線條很細(xì)，因此在最后的結(jié)構(gòu)釋放時(shí)由于保護(hù)層殘余應(yīng)力的作用，很容易造成微光柵結(jié)構(gòu)的變形和斷裂，制作難度非常大，成品率很低。普通的設(shè)備和工藝很難滿足該結(jié)構(gòu)的加工要求。

3.光波導(dǎo)光強(qiáng)檢測(cè)的MOEMS加速度傳感器

這種結(jié)構(gòu)的加速度傳感器是將光纖、光波導(dǎo)和MEMS技術(shù)集成在一起，傳感質(zhì)量塊和懸臂梁的結(jié)構(gòu)依然是采用雙面的體硅刻蝕方法制做而成，四個(gè)直角懸臂梁分布在質(zhì)最塊的兩側(cè)，在質(zhì)量塊的表面集成了由Si3N4和SiO2構(gòu)成的直線光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為傳感器件。如圖1.14a)所示。在周圍的固定硅基底上，傳感質(zhì)量塊上直線光波導(dǎo)的兩端也分別集成了輸入和輸出光波導(dǎo)，傳輸光通過光纖導(dǎo)入和接收。

當(dāng)Z軸方向上的加速度作用到傳感結(jié)構(gòu)上時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)帶動(dòng)傳感的光波導(dǎo)沿Z軸方向移動(dòng)，這時(shí)，傳感光波導(dǎo)和輸入輸出波導(dǎo)端面就會(huì)方向相對(duì)位移，使輸入波導(dǎo)禍合進(jìn)入傳感光波導(dǎo)的光強(qiáng)發(fā)生變化。同樣，由傳感光波導(dǎo)禍合到輸出波導(dǎo)的光強(qiáng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過探測(cè)輸出光纖的光強(qiáng)就能反映出傳感質(zhì)量塊所受Z軸方向上加速度的大小，如圖1一14b)所示。該結(jié)構(gòu)的MOEMS加速度傳感器采用了硅基底與光波導(dǎo)一體化的結(jié)構(gòu)，并且四個(gè)直角懸臂梁接收使得其自然諧振頻率比普通懸臂梁結(jié)構(gòu)要高，但是在實(shí)用化過程中，輸入和輸出端的光纖和基底光波導(dǎo)之間的插入損耗、以及光波導(dǎo)本身的傳輸損耗都是需要解決的問題，而且由于光波導(dǎo)端面尺寸的限制，傳感質(zhì)量塊上集成的光波導(dǎo)在Z軸方向上能移動(dòng)距離非常有限，這使得該結(jié)構(gòu)的MOEMS加速度傳感器測(cè)量范圍和精度都很難做高。

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對(duì)課上題的解答。

第五篇：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(shè)和躍遷假設(shè)。定態(tài)假設(shè)：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(shè)：只有當(dāng)原子從較高能量的定態(tài)躍遷到較低能量的定態(tài)時(shí)，才能發(fā)射一個(gè)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(shí)間內(nèi)，E2能級(jí)上N2個(gè)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(gè)處于E2能級(jí)的粒子在單位時(shí)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(jí)上停留的平均時(shí)間稱為粒子在該能級(jí)上的平均壽命，簡(jiǎn)稱壽命。τ=1/A21 7.亞穩(wěn)態(tài)：壽命特別長(zhǎng)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(dòng)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(gè)過程的關(guān)系及其宏觀表現(xiàn)：在外來光束照射下，兩能級(jí)間受激吸收和受激輻射這兩個(gè)過程總是同時(shí)存在，相互競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)吸收過程比受激輻射過程強(qiáng)時(shí)，宏觀看來光強(qiáng)逐漸減弱；反之，當(dāng)吸收過程比受激輻射過程弱時(shí)，宏觀看來光強(qiáng)逐漸加強(qiáng)。

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(dòng)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(dòng)方向上與激發(fā)的光子高度一致，即有高度的簡(jiǎn)并性。

11.光譜線加寬現(xiàn)象:實(shí)際上光強(qiáng)分布總在一個(gè)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(jí)有一定的寬度。

13.譜線加寬的物理機(jī)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(jī)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(duì)每個(gè)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(dòng)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(duì)介質(zhì)中的每個(gè)發(fā)光原子不一定相同，每個(gè)發(fā)光原子所發(fā)的光只對(duì)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(yīng)力加寬。譜線形狀是高斯形的。14.譜線加寬對(duì)原子與準(zhǔn)單色光輻射場(chǎng)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(shí)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(dāng)v‘=v0時(shí)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(xué)諧振腔。泵浦源：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。光學(xué)諧振腔：減少振蕩模式數(shù)。

18.增益飽和現(xiàn)象:當(dāng)入射光強(qiáng)度足夠弱時(shí)，增益系數(shù)與光強(qiáng)無關(guān)，是一個(gè)常量；而當(dāng)入射光強(qiáng)增加到一定時(shí)，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(jí)系統(tǒng)為什么不能充當(dāng)激光工作物質(zhì)？光抽運(yùn)可以將粒子從低能級(jí)抽運(yùn)到高能級(jí)。在二能級(jí)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(dá)到兩個(gè)能級(jí)的粒子數(shù)相等而使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定。20.三能級(jí)和四能級(jí)系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？為什么四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)的效率高？

E1為基態(tài)，E2、E3 為激發(fā)態(tài)，中間能級(jí)E2為亞穩(wěn)態(tài)。在泵浦作用下，基態(tài)E1的粒子被抽運(yùn)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(jí)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(zhǎng)，其上就累積了大量的粒子，即N2大于N1，于是實(shí)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(jí)系統(tǒng)是使系統(tǒng)在兩個(gè)激發(fā)態(tài)E2、E1之間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。因?yàn)檫@時(shí)低能級(jí)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(dá)到N2 大于N1，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在能級(jí)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(gè)過程容易形成連續(xù)反轉(zhuǎn)因而四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)的效率高。21.激光的縱模和橫模:光場(chǎng)沿軸向傳播的振動(dòng)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(chǎng)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(jí)系統(tǒng):Cr3+ 三能級(jí)系統(tǒng)。26.Nd3+:YAG的能級(jí)系統(tǒng):四能級(jí)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(xué)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(shè)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(chǎng)法

29.雙簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的能帶特點(diǎn)：半導(dǎo)體中存在兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)。兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)使得導(dǎo)帶中有自由電子；價(jià)帶中有空穴。

30.pn結(jié)如何形成雙簡(jiǎn)并能帶結(jié)構(gòu)：當(dāng)給P－N 結(jié)加以正向電壓V時(shí)，原來的自建場(chǎng)將被削弱，勢(shì)壘降低，破壞了原來的平衡，引起多數(shù)載流子流入對(duì)方，使得兩邊的少數(shù)載流子比平衡時(shí)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(shí)結(jié)區(qū)的統(tǒng)一費(fèi)米能級(jí)不復(fù)存在，形成結(jié)區(qū)的兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)EF+和EF-，稱為準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。它們分別描述空穴和電子的分布。在結(jié)區(qū)的一個(gè)很薄的作用區(qū)，形成了雙簡(jiǎn)并能帶結(jié)構(gòu)。31.同質(zhì)結(jié)砷化鎵(GaAs)激光器的特性 ：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦?/p>

32.從提高雙異質(zhì)結(jié)型半導(dǎo)體激光器的性能要求出發(fā),對(duì)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(fù)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(shì)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(dǎo)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(dǎo)體材料構(gòu)成，不同材料發(fā)不同的波長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)中間一層窄帶隙P型半導(dǎo)體為有源層，兩側(cè)分別為寬帶隙的P型和N型半導(dǎo)體是限制層，三層半導(dǎo)體置于基片上，前后兩個(gè)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(dǎo)的分類：（1）平板波導(dǎo)、（2）矩形波導(dǎo)、（3）圓柱形波導(dǎo)

35.以非對(duì)稱型平板介質(zhì)波導(dǎo)為例，平板介質(zhì)中可能存在的模式？以及相應(yīng)的入射角與全反射角的關(guān)系？ 包層模、襯底模和導(dǎo)模θ1<θc13<θc12，θc13<θ1<θc12，θc13<θc12<θ1 36.從平板介質(zhì)波導(dǎo)中的導(dǎo)波的特征方程，入射角與模序數(shù)的關(guān)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(zhǎng)是的定義：當(dāng)θ1=θc12 時(shí)處于截止的臨界狀態(tài)，導(dǎo)波轉(zhuǎn)化為輻射模，此時(shí)的波長(zhǎng)就是該模式的截止波長(zhǎng)。

38.在非對(duì)稱型平板介質(zhì)波導(dǎo)所有模式中，截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)的模式？以及單模傳輸?shù)臈l件？TE0模的截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)。λc(TM0)<λ0<λc(TE0)39.在對(duì)稱型的平板介質(zhì)波導(dǎo)中的兩種特殊的現(xiàn)象：當(dāng)TEm模出現(xiàn)時(shí)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(qiáng)度和保護(hù)光纖等。

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

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(gè)攜帶信息的信號(hào)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(zhǎng)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?hào)直接加載于光源，改變光源的輸出特性來實(shí)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?hào)加載于調(diào)制器上，當(dāng)光通過調(diào)制器時(shí)，透過光的物理性質(zhì)將發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制。

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

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

49.KDP晶體在外加電場(chǎng)時(shí)，折射率橢球體的變化：KDP晶體沿 z（主）軸加電場(chǎng)時(shí)，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(chǎng)的大小無關(guān)，其折射率變化與電場(chǎng)成正比。

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

51.半波電壓：當(dāng)光波的兩個(gè)垂直分量Ex’ , Ey’ 的光程差為半個(gè)波長(zhǎng)(相應(yīng)的相位差為π)時(shí)所需要加的電壓，稱為“半波電壓”。52.電光強(qiáng)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(dāng)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(jìn)入晶體(z=0)后即分解為沿 x’ 和 y’方向的兩個(gè)垂直偏振分量。由于二者的折射率不同, 則沿x’ 方向振動(dòng)的光傳播速度快, 而沿 y’ 方向振動(dòng)的光傳播速度慢, 當(dāng)它們經(jīng)過長(zhǎng)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(gè)相位差作用就會(huì)改變出射光束的偏振態(tài)。如果在晶體的輸出端放置一個(gè)與入射光偏振方向相垂直的偏振器，當(dāng)晶體上所加的電壓變化時(shí)。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(qiáng)度的變化

53.電光開關(guān)原理：電光開關(guān)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(yīng)的半波電壓，使得進(jìn)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(dāng)于開關(guān)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(dāng)于開關(guān)斷開的情況。

54.聲光效應(yīng)：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，它使介質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的彈性形變，從而激起介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)沿聲波的傳播方向振動(dòng)，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(yīng)的周期性變化。超聲場(chǎng)作用的這部分如同一個(gè)光學(xué)的“相位光柵”，該光柵間距(光柵常數(shù))等于聲波波長(zhǎng)?s。當(dāng)光波通過此介質(zhì)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生光的衍射。其衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向等都隨著超聲場(chǎng)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(dòng)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(dòng)，再通過換能器和聲光介質(zhì)間的粘合層把振動(dòng)傳到介質(zhì)中形成超聲波，當(dāng)光波通過聲光介質(zhì)時(shí)，由于聲光作用，使光載波受到調(diào)制而成為“攜帶”信息的強(qiáng)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(hào)先轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的交變磁場(chǎng)，由磁光效應(yīng)改變?cè)诮橘|(zhì)中傳輸?shù)墓獠ǖ钠駪B(tài)，從而達(dá)到改變光強(qiáng)度等參量的目的。

59.光電探測(cè)器：對(duì)各種光輻射進(jìn)行接收和探測(cè)的器件。

60.光電探測(cè)的物理效應(yīng)的三大類：光電效應(yīng)、光熱效應(yīng)、波擾動(dòng)效應(yīng)。

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

62.光熱效應(yīng)：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(cè)該變化，可以探知輻射的存在和強(qiáng)弱。

63.內(nèi)光電效應(yīng)以及包括的兩類效應(yīng)：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(dǎo)效應(yīng)和光伏效應(yīng)。64.光電導(dǎo)效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)是光照變化引起半導(dǎo)體材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象

65.光伏效應(yīng)：光伏效應(yīng)指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)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(yīng)過程：當(dāng)光照射pn結(jié)時(shí)，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(huì)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(kuò)散長(zhǎng)度，總有一定概率擴(kuò)散到結(jié)界面處，它們一旦到達(dá)pn結(jié)界面處，就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)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(kuò)散到結(jié)界面處，也會(huì)被結(jié)電場(chǎng)迅速拉向n區(qū)。結(jié)內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在結(jié)電場(chǎng)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(fù)電荷，使pn結(jié)獲得光生電動(dòng)勢(shì)。

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