第一篇：關于Altera器件不能下載的問題總結

關于Altera器件不能下載的問題總結

筆者前一段時間在調試電路板時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帖子,發現遇到類似問題的人不在少數,此類帖子約有好幾十,但筆者感覺對于面臨問題的新手來說,相關帖子的參考價值還不夠充分：一是帖子太分散,不易于查找;二是帖子提出問題和現象的多,解答的少;三是有些問題具有相關性,如果放在一起說明可能會更明白一些。因此,筆者覺得有必要將相關的帖子中的內容簡單綜合一下,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經驗的同志也不吝將自己的經驗和解決方法（這對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中報錯為“Error:can't recognize silicon ID for Device1”。經檢查電路連接無錯誤,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,發現nconfig腳不能被拉低。后換了臺機器重試,問題依舊,最后重新找了條下載線,AS方式下下載成功。經驗：一般情況下參考datasheet中的說明和電路圖進行連接,應該不會有什么問題;有問題時可以先查時序,確認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動能力不夠）,軟件******是否完全等。Jatg下載過程中發現偶爾會下載失敗,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：

1、使用下載線之前需要先安裝驅動。

2、QT之中先要選擇下載線的類型,并選上相應的下載選項。

3、檢查電路連接,注意焊接質量,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,可能引起很多錯誤：不能下載,或者下載之后程序不能運行（假下載？）等等,建議多在下載線上找找原因。

7、換機器試一試。

8、確認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象,篇幅所限,不一一列舉了。個人感

覺關鍵的是兩點：問題的現象和解決的辦法,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,節省很多精力。所以,強烈呼吁有經驗者多加補充啊！

altera下載線ByteBlasterMV和ByteBlaster區別總結

用altera的各位都要用下載線,ByteBlasterMV和ByteBlaster大家再熟悉不過了,對于高手來說,兩者的區別自是小菜,可對我們這些剛入門的小弟來說就不是很清楚了,此文總結一下他們的區別,給那些和我一樣剛入門的新手！

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.下載線內部結構的區別

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的錯誤經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約寶貴時間吧。在AS模式下 如果出現如下錯誤

Error: Can't recognize silicon ID for device 1

1。確認你的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，據說下載線長不應該超過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燒寫配置芯片測試下，如果可寫 那就可以排除該錯誤

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：

請到QuartusII的setting->devices->pins & devices...打開配置界面，其中有一個標簽頁

“configuration”是選擇配置芯片型號的，請選為板子上的型號 device->epcs4

第二篇：Altera Cyclone II LVDS學習總結

Altera Cyclone II LVDS學習總結

-無情劍客lufy(282094986)LVDS電平標準：

LVDS是對應一種高速差分信號，對于Cyclone II可輸入高達805Mbps，輸出高達640Mbps。

對應LVDS電平IO的Place推薦：

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

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

對應Cyclone II，對應每個Bank都支持LVDS標準電平。具體見IO定義。

對應在Cyclone IV中，對應Cyclone IV GX只有right-Bank支持True LVDS。而對應Cyclone E中，左右Bank均支持True LVDS。對應上下Bank是通過Single-Ended Output Buffer以及外部電阻組合成LVDS。

對應應用True Lvds硬件連接：

對應應用上下Bank LVDS硬件連接

AltLvds這個IP用法講解：

AltLvds這個IP應用包括AltLvds-RX和AltLvds-TX這兩個IP對。下表對應就是ALTLVDS-RX和ALTLVDS-TX對應特性：

通過表中知道對應Cyclone系列，無對應專用硬件實現電路實現LVDS的收發。同時對應在ALTLVDS-RX中，對應不支持動態相位監測以及校準功能，以及時鐘恢復功能。

對應支持此IP的器件系列：

Parameter Setting 以下對應就是ALTLVDS-RX和ALTLVDS-TX的參數設置

對應這個參數設置對應將Deserializer電路采用內部LE單元實現。（對應有些器件支持內部LE實現或者采用內部專用電路實現，對應Cyclone系列，只能采用LE實現，內部無專用電路）。

對應這個參數設置主要設置LVDS-TX通道數。對應設置最大值需根據所選的Device支持LVDS個數決定。

對應這個參數主要設置對應每個通道TX的數據寬度。如：8,10等，最大為10。假如對應每個通道設置的數據寬度為10，如果你選用了44個通道，對應你發送的數據位44X10=440bits。

對應這個參數主要設置其是采用內部PLL還是外部PLL，如果采用外部PLL為這個IP提供時鐘，你對應需要在額外提供一個PLL產生時鐘提供給這個IP。對應，你必須提供一個準確的時鐘輸入。當你Deserialization Factor為2（對應發送數據寬度為2）,對應其實現發送直接采用DDR Registers實現，而旁路掉SERDES這個專用電路或者SERDES實現單元。因此，這個時候不需采用外部PLL，如果要采用外部PLL，Deserialization Factor至少為4.當你采用Stratix或者Stratix GX系列時，對應實現LVDS采用內部專用SERDES Block，無需采用外部PLL。

對應這個參數主要設置是否直接旁路掉PLL的使用，直接通過一個Clock Pin輸入一個時鐘。但是當你啟用這個參數，對應最大Data Rate被limited to 717Mbps；同時對應創建SDC文件用于約束其時序。

對應這個參數設置一個復位信號輸入，對應只有在實現LVDS采用內部LE實現情況下，才可選此參數配置。對應這個信號可異步復位ALTLVDS_TX中除了PLL的其他所有邏輯。

對應下面的參數主要是用于當采用內部PLL時ALTLVDS_TX參數設置：

對應這個參數主要設置TX輸出Data Rate。對應其范圍參考相關Device Datasheet.對應這個參數主要設置對應時鐘輸入頻率。對應這個時鐘輸入給內部PLL。

這個參數設置輸入的TX_IN數據和TX_inclock時鐘間的相位關系。

對應這個參數設置對PLL的使能。特別應用與數個ALTLVDS_TX應用。要求所有的ALTLVDS_TX共用一個tx_pll_enable信號。并且要求對應所有的ALTLVDS_TX均采用這個參數，否則在編譯中會產生對應一個警告。

對應這個參數設置一個pll_areset信號給ALTLVDS_TX這個IP。這個對應提供一個復位信號給PLL，當使用數個ALTLVDS_TX，對應需ALTLVDS_TX都開啟這個信號，并全部使用同一個pll_areset信號。

對應這個參數設置調整輸出時鐘相位，增加一個90°的相位偏移。從而達到輸出的數據和時鐘達到一個Center-aligns的關系。

這個參數的意義主要是當PLL失鎖，自動復位PLL。

這個參數設置就是讓LVDS接收和發送使用相同的內部PLL。（只有當LVDS receivers和transmitters使用相同的時鐘頻率，deserialization factor以及data rates，才可以設置為使用相同PLL）。

對應這個參數：設置輸入的tx_in數據采用tx_inclock或者tx_coreclock進行register（也就是用D觸發器打一拍）。主要是在輸入到ALTLVDS_TX這個IP前，用tx_coreclock打一拍。

這個參數選項設置：使用一個tx_outclock輸出TX時鐘。

當對應以下任意條件成立，對應tx_outclock直接通過位移寄存器實現 當outclock_divide_by這個信號為1.或者outclock_divide_by這個信號等于deserialization_factor以及outclock_duty_cycle為50.對應這個參數：主要通過設置了這個參數設置了tx_outclock頻率，通過output data rate /outclock divide factor(B)(也就是這個參數)得到tx_outclock的頻率。

這個參數只有在用戶設置使用tx_outclock這個信號后才有效，這個參數設置了tx_outclock于輸出的tx_out之間的相位關系。

這個參數只有用戶實現SERDES LVDS采用的是LE以及使用了tx_outclock這個信號才有效。對應這個參數設置了tx_outclock和tx_out之間的相位值。

這個參數主要設置了tx_outclock的占空比，對應當 1，deserialization_factor為5,7,9 2，outclock_divide_by信號等于deserialization_factor 3，outclock_multiply_by為2 上面這些條件成立，對應占空比不能設置為50；

這個參數主要是輸出一個tx_locked信號，用于監控PLL的狀態，為1，表示PLL LOCKED，否則失鎖。

對應這個主要是輸出一個tx_coreclock，主要用于仿真觀察。

這個參數設置tx_coreclock時鐘內部走線網絡，默認值為Auto selection，可選Global clock(全局時鐘網絡)，Regional Clock(區域時鐘網絡)。

以上對應的就是ALTLVDS_TX設置的主要參數，后面設置的對應就是選擇輸出文件類型。

下面對應的就是ALTLVDS_RX設置相關參數講解：

對應這個參數設置對應將Deserializer電路采用內部LE單元實現。（對應有些器件支持內部LE實現或者采用內部專用電路實現，對應Cyclone系列，只能采用LE實現，內部無專用電路）。

對應這個參數使能DPA（動態相位調整）功能，對應這個電路功能只有部分器件支持。在使能了這個功能后，對應要在DPA模式下設置 DPA Settings 1 DPA Settings 2 DPA Settings 3

對應這個參數設置主要設置LVDS_RX通道數。對應設置最大值需根據所選的Device支持LVDS個數決定。

對應這個參數主要設置對應每個通道RX的數據寬度。如：8,10等，最大為10。假如對應每個通道設置的數據寬度為10，如果你選用了44個通道，對應你發送的數據位44X10=440bits。

對應這個參數主要設置其是采用內部PLL還是外部PLL，如果采用外部PLL為這個IP提供時鐘，你對應需要在額外提供一個PLL產生時鐘提供給這個IP。對應，你必須提供一個準確的時鐘輸入。當你Deserialization Factor為2（對應發送數據寬度為2）,對應其實現發送直接采用DDR Registers實現，而旁路掉SERDES這個專用電路或者SERDES實現單元。因此，這個時候不需采用外部PLL，如果要采用外部PLL，Deserialization Factor至少為4.當你采用Stratix或者Stratix GX系列時，對應實現LVDS采用內部專用SERDES Block，無需采用外部PLL。

對應這個參數設置一個復位信號輸入，對應只有在實現LVDS采用內部LE實現情況下，才可選此參數配置。對應這個信號可異步復位ALTLVDS_RX中除了PLL的其他所有邏輯。

對應下面相關參數設置只當你使用內部PLL時有效

對應上面三個設置，主要設置一個輸入data rate，一個設置輸入時鐘頻率或者周期，一個設置是否與ALTLVDS_TX共用PLL。

對應這個參數設置一個pll_areset信號給ALTLVDS_RX這個IP。這個對應提供一個復位信號給PLL，當使用數個ALTLVDS_RX，對應需ALTLVDS_RX都開啟這個信號，并全部使用同一個pll_areset信號。

對應這個參數設置對PLL的使能。特別應用與數個ALTLVDS_RX應用。要求所有的ALTLVDS_RX共用一個rx_pll_enable信號。并且要求對應所有的ALTLVDS_RX均采用這個參數，否則在編譯中會產生對應一個警告。

對應這兩個參數，一個參數是使能輸出一個rx_locked信號，為1，表示內部PLL鎖定，否則失鎖。另外一個參數用于選擇rx_outclock布線選擇。三個選項，一個是Auto selection(自動選擇),一個是Global clock(全局時鐘)，一個是Regional clock(區域時鐘)。默認選擇為Auto Selection.這個參數設置了rx_in和rx_inclock之間相位關系。對應這個設置在關閉DPA模式下有效。

開啟源同步模式，在開啟這項設置時候必須輸入的rx_in和rx_inclock通過一個相位調整，使得數據和時鐘具有一個相位關系。

對應這兩個參數：第一個參數主要設置將時鐘移位90°，使得時鐘和數據clock to center of data window。對應這個設置僅Arria GX,Cyclone II, Stratix II GX,Stratix II和HardCopy II這些器件在使用LE實現SERDES時候支持。第二個參數就是當PLL失鎖后產生一個自復位信號。

對應以下參數是開啟了DPA模式下需要設置的。

對應使能一個FIFO For DPA channels。使用一個相位補償的FIFO同步Core的并行數據。這個操作只有在Stratix GX系列支持。

具體的DPA模式下暫時也不是很清楚，所以關于這些參數設置先不解釋了，省的越解釋越看的糊涂。

對應上面的就是在DPA模式下需要設置的參數。

對應ALTLVDS_RX就是這些參數，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

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。2.What are the functional electronic materials? 功能電子材料是指除強度性能外，還有特殊功能，或能實現光電磁熱力等不同形式的交互作用和轉換的非結構材料。

3.What are the basic requirements of modern society to electronic materials? 1.高純度與完美的晶體結構。2.先進的制造技術。3.大尺寸。

4.壽命長且可控。5.具有優異結構與功能特性。6.減少污染節約能源。4.What is the future direction for the development of advanced electronic materials?

先進復合材料 有機電子材料 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：帶正電的質子與中性的中子。原子序數：核電荷數。電子：質量極小，帶負電，在原子中繞電子核旋轉。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?

距離大于鍵長時合力為吸引力，等于鍵長時合力為0，小于鍵長時合力為斥力。力為勢能相對距離的導數。當兩個原子距離無窮遠時，幾乎不相互作用，勢能為0.當兩個原子在吸引力作用下靠近時，勢能逐漸下降，到達平衡位置時，勢能最低。當原子距離進一步接近，要克服排斥力，使得勢能重新升高。把平衡位置距離下對應的勢能定義為結合能。

3.Please list three kinds of the primary bonds and the typical material.共價鍵：H2, CH4

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

許多重要的半導體都是極化共價鍵，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?于分?或原?之間的靜電相互作?

氫鍵：氧原子中的電子在遠離氫原子的地方聚集，水分子是極性的有一個電偶極矩。水中各種偶極矩之間的引力引起范德華鍵，當一個偶極子的正電荷來自一個暴露的氫核時，范德華鍵便稱作氫鍵。

誘發偶極矩：兩個原子由于電子波動的同步性誘發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.點缺陷：引起晶格周期性的破壞發生在一個或幾個晶格常數范圍內的缺陷。線缺陷：晶格周期性的破壞發生在晶體內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，自路線終點向起點的矢量，即伯格斯矢量。伯格斯矢量垂直于刃位錯線。伯格斯矢量與位錯線平行。

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

Point group點陣：從晶體結構中抽象出來的幾何點的集合稱之為晶體點陣 Basis 基元：原子、分子或多個原子構成的集團

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

Direct piezoelectric effect 正壓電效應: 晶體在機械力作用下，一定方向產生電壓，機械能轉換為電能的過程。

Converse piezoelectric effect 逆壓電效應: 在外電場激勵下，晶體某些方向產生形變現象，電能轉換為機械能的過程。2.What is the domains?

電疇：電偶極矩具有相同方向的區域稱為電疇。

3.Please explain the polarization process for the piezoelectric ceramic..對壓電陶瓷施加電場，可以使電疇有序排列，發生極化。施加外電場時，電疇的極化方向發生轉動, 趨向于按外電場方向的排列, 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.極化感應電荷的大小與所加力的大小成比例，極性與力的方向有關:

d為壓電系數

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部泄漏，外電路負載無窮大，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)被測作用力變化緩慢，此時如果測量回路時間常數也不大，就會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，必須增大時間常數。增大測量回路的電容來提高時間常數τ，則會影響電壓靈敏度，通常用增加電阻來提高時間常數。

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

10.Please give the frequency response for a PZT and explain the origination for each section.直流響應為0，然后有一平坦區間，接著有一諧振峰，然后快速下降。第一個區間是由于壓電材料的漏電組引起的，第三個區間是由于傳感器機械結構的共振引起的。

11.How to measure the flow velocity of liquid by the piezoelectric sensor? 它采用兩個聲波發送器(SA和SB)和兩個聲波接收器（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，它們之間的時間差與流速成正比。

第四篇：微光學器件總結

大作業

丁武文

2008010646

精85 折射微光學元件： 1.折射微透鏡：

橢圓微透鏡的制備及在半導體激光器（LD）光束整形中的應用[1] 基礎：

LD發射光束具有以下兩個特點：（2）x與y方向上的光束發散角不同；（2）光斑是橢圓形的。傳統的耦合技術是將LD基片與光纖端面直接相連, 稱為平接連接法。由于LD和光纖之間數值孔徑的巨大差異，平接連接的耦合效率只能達到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，相當于一個透鏡。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，同時對LD光束進行準直、整形，使發散光束成為適合光纖傳輸的圓光束，提高了耦合效率。

微透鏡的設計及制備：

按需滴定法成形是使用脈沖式點膠機將PMMA溶液按照所需體積滴在玻璃基板上，溶液是光學級純度的PMMA溶于MMA單體所得的混合預聚溶液，實驗裝置如圖1 所示。

在實驗前對作為基板的石英玻璃板進行預處理: 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氣氛的真空干燥箱中烘干使基板對水的接觸角為10°，對PMMA溶液基本不浸潤。然后在基板上用MMA溶液按所設計的透鏡大小做一些橢圓形的區域，該區域對PMMA溶液完全浸潤(如圖2所示)。我們將溶液滴在這些橢圓形區域上，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，樣品應立即放入一個小密閉容器中以減小MMA單體的揮發和透鏡的收縮率。然后放入烘箱，升溫至100 ℃，這時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，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行自修復形成橢圓形微透鏡。

所得橢圓透鏡的相關參數之間的關系公式為

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。

對于按需滴定法，當針頭型號、氣泵壓力、脈沖時間決定之后，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，接觸角就固定。所以由簡單的幾何關系就可知，對于成份相同的溶液，粘度和針頭的型號就決定了單個液滴的形狀(包括直徑、矢高和曲率半徑)。

實驗中，通過摸索調整溶液粘度和壓力大小及脈沖時間，就可以得到所需橢圓微透鏡的兩個焦距。實驗中選用28號針頭，其內徑為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：

我們分別測量了傳統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不同軸的容忍性。由于LD的發散角和光纖的數值孔徑都會影響到耦合效率和對不同軸的容忍性，所以我們在實驗中使用了同樣的LD和光纖來比較兩者的耦合。測得1.55 μm的LD發出的光束在接觸面處的垂直和水平發散角分別是39.3°和20.2°，光纖芯徑為8.6 μm，折射率差為0.42%，數值孔徑為0.096。

平接連接法中, 光束從LD直接進入光纖中。微透鏡耦合法中, 在兩者之間增加了一個橢圓微透鏡, LD、微透鏡和光纖被固定在高精度多軸定位平臺上, 其在X、Y、Z方向移動精度上0.1 μm,θX、θY方向上轉動精度是3″。激光光束經過一段一米長的SMF傳至能量計上來測量其光能分布。利用紅外感應卡(當被紅外線照射時可以放射出可見光)來幫助調整定位。首先, 調整LD和光纖。對于平接連接法, LD發光面與光纖端面直接相連, 對于微透鏡耦合法,LD與微透鏡陣列背面(即石英基板一側)相連。LD的驅動電流從9.0 mA調至18.0 mA, 測出激光輸出能量。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。不同軸包括水平錯位、軸向錯位和角度傾斜。與平接連接法相比, 微透鏡耦合法對水平錯位和軸向錯位有很好的容忍性, 但對角度傾斜要求很高。

優缺點：

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

微反射鏡：

靜電微反射鏡的應用研究主要集中在光開關、投影儀和被動式空間光通信器件三個領域中。光開關和應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展起來的。

微反射棱鏡[2]: 微反射鏡的另一重要應用領域是空間光通信, 這方面角錐棱鏡(Cube-corner Retroreflector)的結構方式應用最為普遍。東京科技大學對其在無線通信系統中的應用進行了系統分析。角錐棱鏡的入射光束分布于三個鏡面上, 僅僅在有效光闌半徑內的入射光才能經過三鏡面的依次反射產生與入射光平行的出射光, 且出射光與入射光光強呈中心對稱。角錐棱鏡具有三個相互正交的工作平面, 相比平面鏡來說體積較大、結構復雜, 同時還對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, 能從原理上自動跟蹤光源, 可望用于近距離網絡通信、星際通信等領域, 尤其適用于隨動通信系統間的通信。DARPA 計劃所提出的智能塵埃中的被動光通信裝置就采用了角錐棱鏡系統。它被作為空間光通信的重要器件從本世紀初起進行了重點研究, 其重點是具有高垂直精度的微角錐棱鏡結構及工藝。具有良好工藝性和精度可靠性的典型結構如圖5所示,它們分別包含兩個側反射面和一個底反射面。底反射面由可動微反射鏡組成, 它通過微反射鏡的角度變化改變三個面的正交性, 進而改變反射光的平行性。側面分別由鉸支結構、插裝結構裝配而成, 前者結構較為復雜、工藝復雜;后者相反, 工藝復雜結構簡單。兩種結構的共同缺陷是距離應用有一定差距。

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

不足：

深入研究微反射鏡的特性。現有微反射鏡的設計主要傾向于機電特性而欠缺對光學性能的深入分析。為此, 需進一步研究不同光學面形狀、尺寸參數和陣列參數對光學性能的影響, 克服衍射效應等帶來的不利影響。折射率漸變微透鏡： Spot-size converter（波導模態變換器）是光纖與光波導連接之間的一種常用的過渡結構，它可有效地提高不同類型的波導結構之間的耦合效率。目前，已有多種Spot-size converter 的報告，例如由高相對折射率差Δ的半導體材料制備的光波導采用了波導寬度和高度漸變型過渡區。

漸變折射率Spot-size converter[3]的設計：

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（波長在1550nm處）；Δ為0.6%的單模矩形光波導寬度為6μm，高度為6μm，芯層折射率為1.5343（波長在1550nm處）。采用光束傳播法仿真軟件（Beam PROP軟件）計算的結果表明，若光波導不設置Spot-size converter結構，光纖與波導的端面耦合效率為78%。為了提高光纖與光波導器件的連接耦合效率，減少插入損耗，本文計算設計了兩種平面Taper結構的Spot-size converter。

第一種波導Spot-size converter結構為圖1所示的，波導側邊為線性漸變型Taper的結構，Taper的厚度與直波導的相同，為了6μm。其他結構參數為W1=8μm，W2=6μm、L為折射率線性漸變區長度。Taper波導區的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）仿真計算Spot-size converter與單模石英光纖的端面耦合效率，結果示于圖3中的曲線1.當Ｌ＝３００μｍ時，耦合效率達到９０％；當Ｌ再

增大時，耦合效率基本不變。

設計的第二種結構如圖４所示，波導厚度為６μｍ，Ｔａｐｅｒ區的波導具有對稱的拋物線漸變形側邊，Ｔａｐｅｒ區波導寬度Ｗ是Ｚ的函數，滿足式

W=W2-W12Z+W1，Z??0，L?……（2）2L其中，Ｗ１＝８μｍ，Ｗ２＝６μｍ，Ｔａｐｅｒ區波導相對折射率差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仿真計算端面耦合效率，結果如圖３中的曲線２所示。當Ｌ＝２８０μｍ時，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結果看出，采用折射率漸變區可使波導與光纖的端面禍合效率得到改善, 漸變區長度L 存在一個飽和距離, 既當漸變區長度大于這一距離時,禍合效率基本不變。采用飽和距離作為過渡區長度時, 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。兩種結構的比較表明,側邊拋物線漸變結構的效果要比側邊線性漸變結構的好。

優點：

高分子光波導由于具有良好的光學性能、易加工、價格低廉等優點，近年來成為研究熱點。

衍射微光學元件： 二元光學：

二元光學元件(Binary Optical Elements ,簡寫BOE)是一種位相型的衍射光學元件。它以光的衍射效應為基本工作原理,采用對光學波面的分析來設計衍射位相輪廓。目前制作二元光學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中的刻蝕法是目前采用的主要手段。由于實際制作出的位相輪廓,是以2 為量化倍數,與理想的連續位相輪廓的臺階形狀近似,故被稱為“二元光學元件”。二元光學元件的設計與制作: 二元光學器件的設計與制作過程是,首先根據使用要求(包括孔徑、分辨率、焦距、波面特性等),經計算機的優化設計,確定表面的位相分布,按刻蝕次數設計成N 個振幅型掩膜,經光刻顯影,離子蝕刻去膠后得到位相型二元光學元件,其典型工藝過程見圖1。

圖1 示出用蝕刻法進行形狀制作的工序。在基板上涂敷光致抗蝕劑進行光掩模曝光和顯影,復制圖形。然后利用反應性離子蝕刻,除掉基板直至光程長深度為λ0/ 2 ,最后除掉殘留的光致蝕劑。據此,能夠制成2 級形狀。但是,每道工序除掉基板的一半深度。與用反應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厚的薄膜的制造方法,圖2 示出這種薄膜沉積法。

二元光學一詞是美國林肯研究所的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(二元)形狀,這就是二元形狀的由來。

這樣,在二元光學無元件的制作中,由于采用蝕刻法,所以適合于大批量生產。過去的折射型透鏡的制作大多是靠工作人員的經驗,而現在則用已確立的蝕刻工序實施的。另外,過去是組合許多透鏡來構成非球面,以修正像差。而二元光學元件由于形狀可以自由設計,所以用一個元件就能實現像差修正,這是其優點。

應用：

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

菲涅爾透鏡：

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

目前太陽能光伏發電的主要研究方向。其中，降低太陽能電池發電成本的有效途徑之一是用聚光太陽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能電池。在這種系統中，太陽能電池的費用只占系統總費用的一小部分，所以可以采用工藝先進、效率更高而價格較貴的電池來提高整個系統的性能。

在太陽能利用中的聚光器要求①具有較好的光學性能，反射率或透射率一般要在以上②具有足夠的剛度和強度，保證聚光器能夠在風載、雪載、自重等負荷下正常工作③具有良好的抗疲勞能力，以保證機械結構在反復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具有良好的運動性，以使結構本身的運動能耗降到最低⑦具有良好的保養、維護和運輸性能。

菲涅爾透鏡的結構和特點：

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塑料片,如圖1所示其每個環帶都相當于一個獨立的折射面, 這些棱形環帶都能使入射光線會聚到一個共同的焦點上因此, 消球差是菲涅爾透鏡的固有特點普通的菲涅爾透鏡是具有正光焦度的平面型透鏡, 其中一個面為棱形槽面, 另一個面是平面這種透鏡結構簡單, 加工方便。另一種形式為彎月型, 即它的基面為曲面, 其優點是為消像差增加了自由度, 對提高成像質量有利, 但工藝較復雜菲涅爾透鏡的棱形槽一般為每毫米2到8個槽, 精密型的可達到每毫米20個槽左右。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, 菲涅爾透鏡在整個直徑范圍內的厚度基本相同,所以使用它可以節省材料, 減輕重量, 還可減少光吸收作用。

與傳統的光學玻璃透鏡相比, 菲涅爾透鏡用于太陽能電池聚光的優點是①體積小, 重量輕, 價格便宜, 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, “ 光學記憶力”好③透光率高, 實際上可達到以上考慮了反射損失和制造缺陷的影響④適當設計齒的角度, 如采用變焦距技術, 可使電池上的光強分布合理, 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, 可以保護電池, 聚光束被包括在一個封閉的罩子里, 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⑥散熱效果好, 采用菲涅爾透鏡的聚光系統的散熱器位于電池外罩的陰影里,不會被太陽直射, 便于散熱電池溫度低, 效率也就高⑦保養清掃方便, 電池無需清掃, 如采用齒面向電池的透鏡, 上面的積塵也很容易清除⑧有一定的強度和韌性, 能經得起砂、石的打擊。

優點與不足： 菲涅爾透鏡作為折射式聚光器可明顯提高太陽能的利用率, 但其聚光倍數會隨光強的減弱而變小, 而且還會隨太陽視場角的增大明顯減小, 主要是透鏡表面存在反射損失。因此, 若把透鏡應用到聚光太陽能系統, 為使光線能垂直入射, 跟蹤技術一直是該領域的研究重點。

菲尼爾透鏡應用2：

熱釋電紅外傳感器應用與車流量檢測系統[6] 使用熱釋電紅外傳感器時, 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計的、由塑料制成的光學透鏡組, 是根據菲涅耳原理制成的。它把紅外光線分成可見區和盲區, 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, 擴大監視范圍。菲涅耳透鏡有折射式形式, 它的聚焦作用是增加靈敏度, 使進入檢測區的移動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生變化的電信號。當傳感器加上菲涅爾透鏡后, 其檢測距離大約可以增加到原來的五倍。

優缺點：與普通透鏡相比，菲涅爾透鏡加工方便，重量輕，價格低廉。折衍混合系統：

液體可變焦折衍混合系統的研究[7] 液體變焦透鏡技術及其發展：

微光學系統中使用的光學組件的典型尺寸為幾十至幾百微米，在這個尺度下，液體的行為強烈地受表面張力的影響，表面張力已經超過重力等其它力而成為主導力。目前已經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，包括利用結構化表面、熱毛細管作用、電化學效應、介電電泳和介質上的電潤濕(EWOD)、通過機械結構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法和通過機械結構直接改變液滴表面曲率法受到日益關注。

舉例說明：

電潤濕法液體變焦透鏡

介質上電潤濕是從電潤濕I’0](Eleetrowetting，Ew)發展而來的。1936年，Aleksandr Froumkine利用電場來改變處于金屬表面上的小水滴的形狀，并成功的推動液滴在平板上運動，這種現象便被稱為電潤濕，它是通過在液滴和電極之間施加電場，來改變液一固表面的張力系數，從而改變接觸角的大小。然而，對于這種液滴與電極直接接觸的結構，接觸角的改變量很小，而且易產生氣泡，穩定性差。近年來研究發現在液滴與電極間插入一層薄的絕緣介質層后仍然可以用電控制液滴的接觸角，從而被稱為介質上的電潤濕(Eleetrowettingonnieleetrie，EwOD)。改變液滴接觸角所需的靜電場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。利用介質上電潤濕，可以制作出由微小液滴組成的變焦透鏡，其基本結構如圖3.1所示。當小液滴置于疏水絕緣層上時，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。入射平行光線經過液滴時發生折射而會聚于一點如圖2.1(a)，此時液滴形成的透鏡的焦距短。當在液滴與電極間施加一定電壓時，由于EWOD效應，液滴的接觸角將減小，液面的曲率也隨之減小，入射光線經液滴后將會聚于較遠的點，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，從而達到通過改變控制電壓來調節透鏡焦距的目的。

利用EWOD效應，通過外加電壓來調節液面的曲率，就可以實現對透鏡焦距的控制。與其它結構相比，這類透鏡具有功耗低、失真小、壽命長、可調范圍大等突出優點，越來越受到人們的青睞。目前，國外已有許多單位在研究這類透鏡，而且進展很快，有的已經產品化了，例如Philips公司于2004年3月發布了一款名為FluldFocus的可用于拍照手機等便攜設備的液體變焦透鏡。

與傳統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、可調范圍大等突出優點，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的折射光學系統，不可避免的存在色差問題。如果用傳統的雙膠或三片鏡片來消除色差仍然會有體積大，結構復雜的弊端，如果將變焦光學組件的尺寸降為幾十至幾百微米時由于液體的行為強烈地受表面張力的影響，表面張力已經超過重力等其它力而成為主導力。此時不同液體的接觸面曲率就容易發生變化，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，其巨大的優點正受到各行各業的廣泛注意，業界專家還表示，液體透鏡很有可能會全面取代傳統光學鏡頭。

但是傳統的液體變焦透鏡無論是電濕潤式的還是機械式的，都往往會有色差現象，而且在變焦的同時要做到消除色差并不容易。隨著二元光學技術的發展，人們越來越多地采用二元光學技術來改進傳統的折射光學元件(如折衍混合系統)，以提高它們的性能，并實現普通光學元件無法實現的特殊功能。

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。

設計模型Ａ：

液體可變焦折衍混合光學系統由傳統的液體折射透鏡系統和二元透鏡系統組成。由于BOE的色散特性與材料的無關性和負向性就非常有利于消色差，這也是BOE在成像領域受到青瞇的主要原因。這種以液體作為折射系統的材料，結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，當基底另一側表面曲率發生變化時，不影響二元面結構，如圖4.2所示。為了設計該光學系統，我們設λｄ為設計中心波長，λＦ和λＣ為消色差波長，整個光學系統的焦距為F。

該模型的光路示意圖如圖４.３所示。

該光學系統的成像過程可以視為物點M經過液體折射透鏡第一次成像于Ｏ點，再經過衍射透鏡進行第二次成像于Ｏ’點。圖中Ｐｍ為第m帶外邊緣，AB的長度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材料的材料色散引起的，而BOE的色差是有微結構衍射的波長依賴性引起的，其色散特性和材料特性正好相反。

對于液體可變焦折衍混合透鏡來說，對焦距的改變起決定作用的是其折射部分。衍射部分主要負責消除色差，其對于焦距的變化量很小。液體變焦透鏡在成像時要得到合適的透鏡焦距，并不需要像傳統透鏡那樣通過透鏡自身的鏡頭沿光軸方向轉動。液滴和油滴表面曲率的改變才是液體透鏡實現變焦的關鍵所在，如兩種液體間接觸面的形狀在電壓作用下會發生改變，從而實現變焦。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不可避免地會存在色差現象，因此將衍射面附著在液體變焦透鏡的其中一個折射面上，形成液體可變焦折衍混合系統。因為該混合透鏡模型衍射部分的焦距為壽，則其總的系統焦距則為:

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

上式即為該液體折衍混合系統模型系統焦距與其基地半徑的變化關系。由于衍射部分的焦距ｆｄｉｆ遠大于折射部分焦距ｆｒｅｆ，因此整個折衍混合系統焦距Ｆ仍然可以看作與半徑R呈線性關系。衍射部分由于色散特性的負向性，其對整個折衍混合系統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逐漸增大，因此在實際應用中往往使得半徑R在一定范圍內變化，從而使色差最小。

設計模型B 在光學系統中，為提高象質和簡化系統，經常使用非球面。但非球面的加工、測試困難，成本高，重復性差，精度不能保證。而對于衍射光學元件，引人復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，增加了設計自由度，這對光學系統的設計非常有利。BOE的這一特點在準單色光系統中特別有用，利用BOE可精確的引入任意的非常大的非球面自由度。而在寬波段場合，BOE的非球面度隨波長的不同而不同，因而引入過大的非球面度會引入很大的色像差，因而在寬波段場合，通常可利用BOE引入少量的非球面度，以校正系統的色像差。

一般來說，BOE在HOS中的作用與其使用的場合有關。對單色光、準單色光場合，BOE的主要作用是提供非球面自由度，它有很強的色差校正功能，而且利用BOE消色差不會增加系統的絕對光焦度，因此，此模型把衍射面附著在基底為非球面的折射面上，其結構如圖4.5所示。為了設計該光學系統，我們同樣設λd為設計中心波長，λF和λC為消色差波長，整個液體可變焦折衍混合光學系統的焦距為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曲面上。因此隨著基底的曲率變化，衍射面曲率也發生。在此模型中，假設其衍射面的刻蝕深度變化很小。

設計模型B的折射部分：

假設仍然將該模型視為薄透鏡，液體材料的折射率隨波長不同而不同，設為n(λ)，R為該模型基底的曲率半徑。其在波長為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。在不同的波長下，該液體折射透鏡的焦距不同，即同樣存在著色差。

設計模型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M’經過液體折射透鏡第一次成像于O點，再經過衍射透鏡進行第二次成像于O’點，只不過此模型的衍射面附著在曲面上，因此當變焦時，衍射面的結構隨著基底曲率的變化而變化。其成像過程如圖4.6所示。

折衍混合系統應用2：

折_衍混合紅外物鏡的超寬溫消熱差研究[8]：

保證光學系統在較寬的溫度范圍內正常工作的技術被稱為消熱差技術。根據儀器的特點和使用場合的不同，消熱差技術一般可分三類：機械主動式、機械被動式、光學被動式。利用基于二元光學元件的折/衍混合系統，實現光學被動式消熱差設計。

采用傳統折射光學系統只能通過改變結構參數、曲率及使用不同的光學材料來校正像差，一般至少需要三種紅外材料，使得系統結構復雜，系統所需透鏡數量增加，光學效率也不高。由于紅外系統的空間是有限的，如果能減輕重量，減小體積是非常有實際意義的。折/衍混合成像系統充分利用了傳統光學元件和衍射光學元件各自的優點，有效的簡化光學系統結構、減輕重量、縮小體積和改善成像質量，實現許多傳統成像光學所不能達到的目標，是對傳統成像光學的重大變革。

微光學系統：

自由空間微光學系統： 微光學平臺[9]：

近年來, UCLA 的科研人員將表面微機械工藝制作的微型鉸鏈與自由空間集成光學結合研制完成了一種可實現片上光學處理的微光學平臺, 引起廣泛關注。自由空間集成光學較光波導方法有如下優點: 高的空間帶寬、無干擾的光學路徑、三維光學互連、光學信號處理(例如傅立葉光學)的可能性。但是其制作要比波導器件困難得多, 因為大多數單獨制作的光學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械鉸鏈和彈簧鎖, 這一技術為自由空間集成光學開辟了一個全新的空間, 采用該技術可使三維微光學元件集成在同一硅片上。這里硅基片相當于一個微型光學平臺, 微透鏡、反射鏡、光柵和其它光學元件首先在掩模設計階段進行預對準, 之后投入制作, 其精確調整和定位由集成在片上的微制動器和微型定位器來實現, 例如旋轉或移動工作臺;最后再將有源器件集成在芯片上, 一個完整的光學系統就制作成了, 如圖13 所示。

微光學平臺是微光機電系統技術應用的一個典型例子，它主要用于光學測量和實驗。傳統的光學系統平臺體積大，系統中的元件是先分開制造然后組裝的，裝配量很大，成本提高。而微光學平臺體積小，系統中的元件可集成加工在單一芯片上，對準精度高，可成批生產，成本低。這些優點使微光學平臺相對于傳統的光學系統有很大的優勢。所以，該方面的研究是微光機電系統研究的最基本部分。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為美國加州大學洛杉磯分校提出的微光學平臺樣機。該微光學平臺由微透鏡、分束器、反射鏡和光柵等元件通過鉸鏈組裝技術集成在一個芯片上。

堆疊式：

光柵光譜儀[9]：

圖9所示是通過MEMS技術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，經過三次反射，不同波長的光束分別反射到光電二極管陣列的特定位置上，分別檢測出特定波長的光束。

平面型微光學系統：

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

近些年發展起來的平面光波導光路（PLC），就是希望實現像電路印刷版一樣的平面光子回路的大規模集成，為二維平面集成。PLC具有成本低、便于批量生產、易于集成的諸多優點，被認為是光通信系統產業的救星。分離光器件向光波導的集成器件發展是一種必然趨勢。

LiNbO3光波導調制器[10,11,12]: 光纖通信系統的調制器主要是LiNbO3光波導調制器。LiNbO3光波導調制器是利用電光效應對光波的相位、強度或偏振態進行調制的器件。對高速系統而言，最常見的LiNbO3光調制器是Mach-Zehnder干涉儀（MZI）型行波電極強度光調制器，圖1.2是其結構示意圖。這種調制器采用了MZI的波導結構和行波電極結構，不僅可獲得很高的工作速度，而且調制信號的頻率啁啾非常小。

根據晶體的電光效應，人們提出了外調制器, 由最初的體調制器發展到行波調制器,由相位調制器到強度調制器。目前研究的多為行波調制器。由于難以檢測光相位, 故采用M ach2Zehnder 強度調制器的結構。迄今為止, 已提出了多種結構的行波調制器, 如共面波導,非對稱共面微帶結構的行波調制器。行波調制器的主要參數調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太高, 導致調制器的微波等效折射率遠大于光波的折射率。為了獲得較寬的調制帶寬, 許多旨在降低調制器的等效折射率的新結構就被提出來。這些方案在獲得寬帶寬和低的驅動電壓的同時, 特性阻抗卻遠小于508 , 這是由于它們在提高速度匹配的同時調制器的電容大大增加了。

微光機電系統（MOMES）[13]： MOMES加速度傳感器： 隨著MOEMS技術的發展，為了解決現有的MEMS加速度傳感器普遍存在的精度較低的問題，因此利用光學測量精度高的優勢與MEMS技術相結合的MOEMS加速度傳感器的研究成為了一個重要的發展方向，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，適宜于強電磁干擾及強腐蝕環境，靈敏度高，體積小重量輕，適合于航空、航天及狹窄空間的應用，并且成本相對較低等諸多優點。但是目前MOEMs的加速度傳感器大多數都還處于實驗室研究階段，國內外對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量塊的一個端面與固定的光纖端面平行形成F一P腔，其結構如圖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量塊和懸臂梁結構，傳感質量塊的一個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F一P腔，光纖固定在硅基底上制做出的V形槽內。光纖同時作為光信號的出射和接收端，寬譜光源入射的光通過光纖端面進入F一P腔，光在質量塊和光纖端面之間多次反射，形成多光束千涉，干涉信號同樣由光纖端面接收輸出到探測器。如圖所示，當外界加速度作用時，傳感質量塊會沿垂直于光纖端面的方向移動，由于質量塊移動引起F一P腔的腔長的變化導致F一P反射譜漂移。通過探測輸出光譜的漂移，就能反映出加速度的變化。

目前這種結構的MOEMs加速度傳感器實際分辨率可達1mg，但是光纖F一P腔的MOEMS加速度傳感器對質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一P腔的裝調難度大，并且在質量塊振動過程中很難保證其平行度。另外，F一P腔的腔長變化范圍有限，因此這種MOEMS加速度傳感器測量的動態范圍很小，一般不會超過±2g，限制了它的實際應用。

2.微結構光柵的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光柵和固定光柵兩種結構，如圖1.13所示1301。在一個基底上通過雙面刻蝕制做出傳感質量塊和可動光柵一體的微結構，該結構包括了四個折疊的懸臂梁、傳感質量塊以及一組可動光柵組成，而固定光柵則制做在固定基底上。光源照射在光柵上，這樣一組可動光柵和固定光柵形成發射相位光柵。當垂直于質量塊的表面方向上的加速度作用到質量塊上時，質量塊會帶動可動光柵發生上下移動，形成明暗相間的衍射條紋。當可動光柵與固定光柵的高度差發生變化時，由光柵反射形成的衍射條紋各級衍射極大的位置將發生變化，這樣探測器上所探測到光強就會發生變化，從而達到測量加速度大小的目的。

衍射光柵式的MOEMS加速計體積很小，整個結構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，可以達到聲g量級。但是，為了獲得較高的分辨率，就必須提高光柵周期數，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。由于傳感質量塊的厚度較大，因此需要在反面質量塊的制做過程中采用深度反應離子束刻蝕，這樣的設備非常昂貴，而且深反離子刻蝕的過程中需對正面制作好的光柵結構進行保護，由于光柵線條很細，因此在最后的結構釋放時由于保護層殘余應力的作用，很容易造成微光柵結構的變形和斷裂，制作難度非常大，成品率很低。普通的設備和工藝很難滿足該結構的加工要求。

3.光波導光強檢測的MOEMS加速度傳感器

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

當Z軸方向上的加速度作用到傳感結構上時，質量塊會帶動傳感的光波導沿Z軸方向移動，這時，傳感光波導和輸入輸出波導端面就會方向相對位移，使輸入波導禍合進入傳感光波導的光強發生變化。同樣，由傳感光波導禍合到輸出波導的光強也會發生相應的變化。通過探測輸出光纖的光強就能反映出傳感質量塊所受Z軸方向上加速度的大小，如圖1一14b)所示。該結構的MOEMS加速度傳感器采用了硅基底與光波導一體化的結構，并且四個直角懸臂梁接收使得其自然諧振頻率比普通懸臂梁結構要高，但是在實用化過程中，輸入和輸出端的光纖和基底光波導之間的插入損耗、以及光波導本身的傳輸損耗都是需要解決的問題，而且由于光波導端面尺寸的限制，傳感質量塊上集成的光波導在Z軸方向上能移動距離非常有限，這使得該結構的MOEMS加速度傳感器測量范圍和精度都很難做高。

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對課上題的解答。

第五篇：光電子器件概念總結

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：定態假設和躍遷假設。定態假設：原子存在某些定態，在這些定態中不發出也不吸收電磁輻射能。原子定態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躍遷到較低能量的定態時，才能發射一個能量為h?的光子。

4.光與物質的共振相互作用的三種過程：自發輻射、受激吸收和受激輻射。

5.自發輻射躍遷幾率的意義：在單位時間內，E2能級上N2個粒子數中自發躍遷的粒子數與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發生自發躍遷的幾率。

6.自發輻射躍遷壽命：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.亞穩態：壽命特別長的激發態稱為亞穩態。

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

11.光譜線加寬現象:實際上光強分布總在一個有限寬度的頻率范圍內,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？它們的區別？

可以根據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中的每個發光原子不一定相同，每個發光原子所發的光只對譜線內某些確定的頻率。發光粒子的光譜因物理因素使得中心頻率發生變化,由它們迭加成的光源光譜形狀與發光粒子不同。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生受激躍遷。而在v’=v0附近范圍內，都能產生受激躍遷。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光的光與物質共振相互作用過程:受激吸收和自發輻射。

16.激光產生的必要條件和充分條件:必要條件：粒子數反轉分布和減少振蕩模式；充分條件：起振和穩定振蕩。

17.激光器的基本結構及其各部分的作用:激光工作物質、泵浦源、光學諧振腔。泵浦源：實現粒子數反轉分布狀態。光學諧振腔：減少振蕩模式數。

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

19.二能級系統為什么不能充當激光工作物質？光抽運可以將粒子從低能級抽運到高能級。在二能級系統中，由于發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相等而使系統趨向穩定。20.三能級和四能級系統如何實現粒子數反轉？為什么四能級系統比三能級系統的效率高？

E1為基態，E2、E3 為激發態，中間能級E2為亞穩態。在泵浦作用下，基態E1的粒子被抽運到激發態E3上，E1上的粒子數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移到亞穩態E2上。由于E2態壽命長，其上就累積了大量的粒子，即N2大于N1，于是實現了亞穩態E2與基態E1間的粒子數反轉分布。

四能級系統是使系統在兩個激發態E2、E1之間實現粒子數反轉。因為這時低能級E1 不是基態而是激發態，其上的粒子數本來就極少，所以只要亞穩態E2上的粒子數稍有積累，就容易達到N2 大于N1，實現粒子數反轉分布，在能級E2、E1 之間產生激光。于是，E3 上的粒子數向E2 躍遷，E1上的粒子數向E0 過渡，整個過程容易形成連續反轉因而四能級系統比三能級系統的效率高。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；激光腔內與軸向垂直的橫截面內的穩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:為產生激光發射作用而摻入的離子。

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

27.He-Ne激光器的基本結構？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結如何形成雙簡并能帶結構：當給P－N 結加以正向電壓V時，原來的自建場將被削弱，勢壘降低，破壞了原來的平衡，引起多數載流子流入對方，使得兩邊的少數載流子比平衡時增加了，這些增加的少數載流子稱為“非平衡載流子”。這種現象叫做“載流子注入”。此時結區的統一費米能級不復存在，形成結區的兩個費米能級EF+和EF-，稱為準費米能級。它們分別描述空穴和電子的分布。在結區的一個很薄的作用區，形成了雙簡并能帶結構。31.同質結砷化鎵(GaAs)激光器的特性 ：單向導電性

32.從提高雙異質結型半導體激光器的性能要求出發,對異質結兩側的材料的技術要求：(1)要求兩種材料的晶格常數盡可能相等,若在結合的界面處有缺陷,載流子將在界面處復合掉,不能起到有效的注入、放大和發光的作用;(2)為了獲得較高的發光效率,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.雙異質結型半導體激光器結構：雙異質結（DH)LD由三層不同類型的半導體材料構成，不同材料發不同的波長。結構中間一層窄帶隙P型半導體為有源層，兩側分別為寬帶隙的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成諧振腔。光從有源層沿垂直于PN結的方向射出。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波導為例，平板介質中可能存在的模式？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.從平板介質波導中的導波的特征方程，入射角與模序數的關系：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較小的平面波構成的。

37.截止波長是的定義：當θ1=θc12 時處于截止的臨界狀態，導波轉化為輻射模，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波導所有模式中，截止波長最長的模式？以及單模傳輸的條件？TE0模的截止波長最長。λc(TM0)<λ0<λc(TE0)39.在對稱型的平板介質波導中的兩種特殊的現象：當TEm模出現時TMm模也伴隨出現的兼并現象和沒有截止現象。40.光纖的基本結構：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：與光纖自身的結構參數和光纖中傳輸的光波長有關。

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

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

46.什么是內調制，什么是外調制：振幅內調制是將要傳輸的信號直接加載于光源，改變光源的輸出特性來實現調制。外調制是在光源外的光路上放置調制器，將要傳輸的信號加載于調制器上，當光通過調制器時，透過光的物理性質將發生改變，實現信號的調制。

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

48.電光效應：某些晶體在外加電場的作用下，其折射率將發生變化，當光波通過此介質時，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軸旋轉了45o角，此轉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, 兩偏振分量產生相位延遲，這個相位差作用就會改變出射光束的偏振態。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：電光開關的基本結構與電光調制器類似。在晶體前后放置兩塊通光方向相互垂直的偏振片，根據晶體性質，在兩端加上相應的半波電壓，使得進入晶體的偏振光在經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：聲波在介質中傳播時，它使介質產生相應的彈性形變，從而激起介質中各質點沿聲波的傳播方向振動，引起介質的密度呈疏密相間的交替變化，因此，介質的折射率也隨著發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)等于聲波波長?s。當光波通過此介質時，就會產生光的衍射。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.聲光體調制器的組成：聲光介質、電—聲換能器、吸聲(或反射)裝置及驅動電源等。

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

58．磁光調制的工作過程：磁光調制是電信號先轉換成與之對應的交變磁場，由磁光效應改變在介質中傳輸的光波的偏振態，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射電子，或電導率發生變化，或產生電動勢，這些因光照引起物體電學特性改變的現象，統稱為光電效應。

62.光熱效應：器件吸收入射輻射功率產生溫升，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.內光電效應以及包括的兩類效應：光子激發的載流子(電子或空穴)將保留在材料內部，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生電位差的現象。

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

67.光子器件和熱電器件的區別：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。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、產生—復合噪聲、光子噪聲、熱噪聲和低頻噪聲。