光电子技术基础

第一章

绪 论

1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？

光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件。

光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光和非线性光学器件等。非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。

光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。 光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。

光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器、各种传感器等。 光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。 2．谈谈你对光电子技术的理解。

光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。 3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。

20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就是各种激光器的相继问世。

20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟特别是量子阱激光器的问世以及CCD的问世。

20世纪80年代，

《光电子技术》参考答案

第三章

1.一纵向运用的 KD*P电光调制器，长为 2cm，折射率 n=2.5，工作频率为 1000kHz。试求此 时光在晶体中的渡越时间及引起的相位延迟。

解：渡越时间为：

2

2 10??L nL ??2.5??????m ?1.67?10?10s

????????d 3?10 8 m / s c / n c

在本题中光在晶体中的渡越引起的相位延迟量为：

对相位的影响在千分之一级别。

????????2???10 m d

6Hz?1.67?10?10 ?1.05?10?3 ??1

3.为了降低电光调制器的半波电压,采用 4块 z切割的 KD*

P晶体连接(光路串联,电路并联)成

纵向串联式结构。试问:(1)为了使 4块晶体的电光效应逐块叠加,各晶体 x和 y轴取向应如何?(2)若

????0.628?m,n0 ?1.51,????????23.6 ?? 10? 12 m/V,计算其半波电压,并与单块晶体调制器比较之.。

63

答：

⑴用与 x轴或 y轴成 45夹角（为 45°-z切割）晶体，横向电光调制，沿 z轴方向加电场，通 光方向垂直于 z轴，形成(光路串联,电

成都信息工程学院考试试卷

2011 ——2012 学年第1学期

课程名称：光电子技术 使用班级：电科2009级试卷形式：开卷 闭卷 √ ． 试题 系名____________班级____________姓名____________学号____________ 得分

一、填空题（30分，每小题3分）

1、光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有 、 和质量；其静止质量为 。

一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 密封线内不答题 2、激光与普通光源相比具有如下明显的特点： 。 3、光波在大气中传播时，由于 会引起光束的能量衰减；由于 会引起光波的振幅和相位起伏。

4、声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点

成都信息工程学院考试试卷

2011 ——2012 学年第1学期

课程名称：光电子技术 使用班级：电科2009级试卷形式：开卷 闭卷 √ ． 试题 系名____________班级____________姓名____________学号____________ 得分

一、填空题（30分，每小题3分）

1、光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有 、 和质量；其静止质量为 。

一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 密封线内不答题 2、激光与普通光源相比具有如下明显的特点： 。 3、光波在大气中传播时，由于 会引起光束的能量衰减；由于 会引起光波的振幅和相位起伏。

4、声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点

1、某单色光频率为3×1014Hz，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。 答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/s λ=v/f=2.26*108/3*1014 =0.75*10-6m 2、某星球的辐射出射度的峰值波长为400nm，试估算该星球表明的温度。 答：由维恩位移律λmT=b

得 T=b/λm=2.898*10-3/400*10-9=7.245*103k 3、简述光子简并和能级简并

答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。光子态是按光子所具有的不同能量（或动量数值），光子行进的方向以及偏振方向相互区分的。处于同一光子态的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。可以有多个光子处于同一种光子态上，这种现象称为简并。处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度δ。

hυ/kT

δ=1/（e-1）

4、什么是亚稳态能级。 答：若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均寿命会很长τs>>10-3s,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。 5、设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？

6、产生激光

赖老师的课到期中考试为止一共有9次作业，依次分别由冯成坤、饶文涛、黄善津、刘明凯、郑致远、黄瑜、陈奕峰、周维鸥和陆锦洪同学整理，谨此致谢！

作业一：

1、桌上有一本书，书与灯至桌面垂直线的垂足相距半米。若灯泡可上下移动，灯在桌上面多高时，书上照度最大？（假设 灯的发光强度各向通性，为I0） 解：设书的面积为dA，则根据照度的定义公式：

E?d?I0d?? （1） dAdA

其中d?为上图所示的立体角。 因而有：

d??将（2）式代入（1）式得到：

dA?cos?dA?h （2） ?L2?h2(L2?h2)3/2E?I0h （3） 223/2(L?h)dE?0 dh为求最大照度，对（3）式求导并令其等于零，

计算得：

h?122122m

因而，当高度为

m时书上的照度最大。

2、设He-Ne激光器中放电管直径为1mm，发出波长为6328埃的激光束，全发散角为?=10-3rad，辐射通量为3mW，视见函数取 V(6328)=0.24，求： （1）光通量，发光强度，沿轴线方向的亮度？

（2）离激光器10米远处观察屏上照明区中心的照度？

（3）若人眼只宜看一熙提的亮度，保护眼镜的透射系数应为多少？

光电子技术复习总结

一、光的基础知识及发光源 1.光的基本属性？

光具有波动和粒子的双重性质，即具有波粒二象性。 2.激光的特性？

（1）方向性好（2）单色性好（3）亮度高(4)相干性好 3.玻尔假说：定态假设和跃迁假设？

（1）定态假设；原子存在某些定态，在这些定态中不发出也不吸收电磁辐射能。原子定态的能量只能采取某些分立的值E1、 E2 、?? 、En ，而不能采取其它值。

（2）跃迁假设；只有当原子从较高能量En的定态跃迁到较低能量Em的定态时，才能发射一个能量为hν的光子。 4.光与物质的共振相互作用的三种过程？

受激吸收、自发辐射、受激辐射 5.亚稳态？

自发辐射的过程较慢时，粒子在E2能级上的寿命就长，原子处在这种状态就比较稳定。寿命特别长的激发态称为亚稳态。其寿命可达10-3~1s，而一般激发态寿命仅有10-8s。 6.受激辐射的光子性质？

受激辐射的光子的频率、振动方向、相位都与外来光子一致。 7.受激吸收和受激辐射这两个过程的关系？宏观表现？

两能级间受激吸收和受激辐射这两个相反的过程总是同时存在，相互竞争，其宏观效果是二者之差。当吸收过程比受激辐射

一、选择题

1、光探测器是光纤传感器构成的一个重要部分，它的性能指标将直接影响传感器的性能。光纤传感器对光探测器的要求包括以下那几个？（ A B D ）

A. 线行好，按比例地将光信号转换为电信号 B. 灵敏度高，能敏度微小的输入光信号 C. 产品结构简单，易维护 D. 性能稳定，噪声小 2、红外探测器的性能参数是衡量其性能好坏的依据。其中响应波长范围（或称光谱响应），是表示探测器的（ B ）相应率与入射的红外辐射波长之间的关系。

A. 电流 B. 电压 C. 功率 D. 电阻 3、光子探测是利用某些半导体材料在入射光的照下，产生（ A ）。使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。

A. 光子效应 B. 霍尔效应 C. 热电效应 D. 压电效应 4、当红外辐射照射在某些半导体材料表面上时，半导体材料中有些电子和空穴可以从原来不导电的束缚状态变为能导电的自由状态，使半导体的导电率增加，这种现象叫( B ) A. 光电效应 B. 光电导现象

光电子技术复习总结

一、光的基础知识及发光源 1.光的基本属性？

光具有波动和粒子的双重性质，即具有波粒二象性。 2.激光的特性？

（1）方向性好（2）单色性好（3）亮度高(4)相干性好 3.玻尔假说：定态假设和跃迁假设？

（1）定态假设；原子存在某些定态，在这些定态中不发出也不吸收电磁辐射能。原子定态的能量只能采取某些分立的值E1、 E2 、?? 、En ，而不能采取其它值。

（2）跃迁假设；只有当原子从较高能量En的定态跃迁到较低能量Em的定态时，才能发射一个能量为hν的光子。 4.光与物质的共振相互作用的三种过程？

受激吸收、自发辐射、受激辐射 5.亚稳态？

自发辐射的过程较慢时，粒子在E2能级上的寿命就长，原子处在这种状态就比较稳定。寿命特别长的激发态称为亚稳态。其寿命可达10-3~1s，而一般激发态寿命仅有10-8s。 6.受激辐射的光子性质？

受激辐射的光子的频率、振动方向、相位都与外来光子一致。 7.受激吸收和受激辐射这两个过程的关系？宏观表现？

两能级间受激吸收和受激辐射这两个相反的过程总是同时存在，相互竞争，其宏观效果是二者之差。当吸收过程比受激辐射

光电子技术及应用作业－I

1． 光和物质相互作用的基本形式。

答：任何物质的发光，溯其根源都是光与物质相互作用的结果。同样激光产生的物理基础 也是光与物质的相互作用，即指光和构成激光工作物质中原子、分子或离子作用。

光和物质相互作用的基本形式为共振。由此引出了黑体辐射、自发辐射、受激吸收、受激辐射等。

2． 激光器的基本结构。

答:工作物质, 光学谐振腔, 激励能源是一般激光器的三个基本部分。 3． 激光器的基本工作过程。

答：通过受激辐射起主要作用从而产生激光，必需要有提供放大作用的增益介质和造成粒子数反转条件的激励源，另外通常要有一个光学谐振腔，像电子线路种的正反馈那样，使光在放大器中反复放大而形成振荡。

现代所用的半导体激光器，通常采用激光二极管，它的原理与普通的二极管极为相

似, 如都有一对PN结，当电压和电流加到激光二极管上时，P型半导体材料中的空穴和N型材料中 的自由电子产生相对运动，PN结处载流子的密度增加非常大，自由电子和空穴重新复合，因而产生受激辐射，释放出具有激光特性的光子，由激光器谐振腔内的反射镜反射，透过激 光孔和孔内聚焦镜，射出激光束。

4． a．怎样的半导体材料可以用来制作半导体激光器。 答：半导体中产生受激辐