第一篇：光電子總結(jié)

周口師范學(xué)院2013~2014學(xué)年度第二學(xué)期期末考試

《光電子學(xué)基礎(chǔ) 》試卷

物理與機(jī)電工程學(xué)院 光電子技術(shù)科學(xué)專業(yè) 李潔 201105100039

激光器的種類和應(yīng)用

激光器的種類

按功率分:超大功率、大功率、中功率、小功率激光器.按輸出激光連續(xù)性狀況分：連續(xù)激光器、脈沖激光器；按泵浦方法分：光泵浦激光器、電泵浦激光器等。一般按激光工作物質(zhì)的類型來劃分:氣體.液體.固體.半導(dǎo)體激光器

氣體激光器

以氣體為工作物質(zhì)的激光器。

目前應(yīng)用最廣泛的一類激光器：小功率He-Ne激光器，大功率二氧化碳激光器等。大多數(shù)能連續(xù)工作，激勵過程中涉及能級較固定，采用氣體放電中的電子碰撞激發(fā)。根據(jù)能級躍遷類型，又分為原子、離子、分子、準(zhǔn)分子型氣體激光器。

1.原子氣體激光器

工作物質(zhì)：中性氣體原子。

典型代表：He-Ne激光器。其激活介質(zhì)按He:Ne=1:10填充，氖提供激光躍遷能級

2.離子氣體激光器

工作物質(zhì)：離子氣體。

輸出波長：大多在紫外和可見光區(qū)域，輸出功率比原子氣體激光器高。

3.分子氣體激光器

工作物質(zhì)：中性氣體分子的激光器。

代表: CO2激光器，其能級與分子的振動和轉(zhuǎn)動有關(guān)。充氣：

又可分為直流放電型、橫向放電大氣壓(TEA)型和波導(dǎo)型

4.準(zhǔn)分子激光器

工作物質(zhì)：稀有氣體或稀有氣體與鹵素氣體的混合氣體，液體激光器

激光工作物質(zhì)：液體。

可分為無機(jī)液體激光器和有機(jī)液體激光器。染料激光器最有代表性，典型例子：若丹明6G染料激光器。

固體激光器

激光工作物質(zhì)：生長期間人為摻入雜質(zhì)原子的晶體。

特點(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)，易維護(hù)，輸出功率大且適于調(diào)Q產(chǎn)生高功率脈沖、鎖模產(chǎn)生超短脈沖

典型例子：紅寶石激光器、Nd:YAG（摻釹的釔鋁石榴石激光器）、鈦藍(lán)寶石激光器等。半導(dǎo)體激光器

工作物質(zhì)：半導(dǎo)體材料（主要是化合物半導(dǎo)體）

泵浦：電流注入

激光器的應(yīng)用

繼固體激光器后, 氣體激光器、化學(xué)激光器、染料激光器、原子激光器、離子激光器、半導(dǎo)體激光器、X 射線激光器和光纖激光器相繼問世, 運(yùn)用范疇也擴(kuò)展到比如電子、輕工、包裝、禮物、小五金工業(yè)、醫(yī)療器械、汽車、機(jī)械制作、鋼鐵、冶金、石油等, 為傳統(tǒng)工業(yè)的技能改造和制作業(yè)的現(xiàn)代化供給領(lǐng)先的技能裝備。

激光與通常光對比有4個特性即: 單色性(單一波長)、相干性、方向性和高光強(qiáng)。激光束易于傳輸, 其時刻特性和空間特功用夠別離操控, 經(jīng)集合后可得到極小的光斑, 具有極高功率密度的激光光束能夠熔化、氣化任何資料, 也可對資料的有些區(qū)域進(jìn)行精細(xì)疾速加工。加工過程中輸入工件的熱量小,熱影響區(qū)和熱變形小;加工功率高;易于完成自動化。激光技能是一門歸納性高新技能, 觸及光學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科。一樣, 激光加工設(shè)備也觸及到很多學(xué)科, 因此決議了它的高科技性和高收益率?？v觀世界和國內(nèi)激光運(yùn)用狀況經(jīng)過多年的研討開發(fā)和完善, 今世的激光器和激光加工技能與設(shè)備已適當(dāng)老練, 形成了系列激光加工技能。

我們來介紹激光加工技能在金屬切開、焊接方面的運(yùn)用狀況。激光切開的特色及運(yùn)用

激光切開是當(dāng)時各國運(yùn)用最多的激光加工技能, 在國外許多范疇, 例如, 汽車制作業(yè)和機(jī)床制作業(yè)都選用激光切開進(jìn)行鈑金零部件的加工。跟著大功率激光器光束質(zhì)量的不斷提高, 激光切開的加工目標(biāo)規(guī)劃將愈加廣泛, 簡直包含了一切的金屬和非金屬資料。例如能夠運(yùn)用激光對高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)的資料進(jìn)行形狀雜亂的三維立體零件切開, 這也正是激光切開的優(yōu)勢地點(diǎn)。

激光切開的幾項關(guān)鍵技能是光、機(jī)、電一體化的歸納技能。激光光束的參數(shù)、機(jī)器與數(shù)控體系的功用和精度都直接影響激光切開的功率和質(zhì)量。激光切開的精準(zhǔn)度、功率和質(zhì)量因不一樣的參數(shù)而改動, 如切開功率、速度、頻率、資料厚度及原料等, 故操作人員的豐厚經(jīng)歷特別重要。

激光切開的首要長處

(1)切開質(zhì)量好: 切斷寬度窄，精度高、切斷外表粗糙度好, 切縫通常不需求二次加工即可焊接。

(2)切開速度快, 例如選用2kW激光功率, 厚度8mm的碳鋼切開速度為1.6m/min;厚度2mm的不銹鋼切開速度為3.5m/min, 熱影響區(qū)小, 變形極小。

(3)清洗、安全、無污染, 大大改進(jìn)了操作人員的作業(yè)環(huán)境。

激光切開歸于非觸摸光學(xué)熱加工, 被譽(yù)為“永不磨損的全能東西”。工件能夠進(jìn)行恣意方法的嚴(yán)密排料或套裁, 使原資料得到充分運(yùn)用。因為對錯觸摸加工, 加工后的零件的歪曲表象降至最低并減少了磨損量。

其實激光切開亦有其不足之處, 就精度和切斷外表粗度而言, 激光切開未能超越電加工, 就切開厚度而言難以達(dá)到火焰和等離子切開的水準(zhǔn)。別的它亦不能像轉(zhuǎn)塔沖床一樣進(jìn)行成型、攻牙及折邊等。

激光切開的典型運(yùn)用汽車范疇的運(yùn)用

領(lǐng)先的三維激光設(shè)備, 不光能夠完成車體零件的切開, 還可完成整個轎車車身全體的切開、焊接、熱處理、熔覆、乃至三維丈量, 然后完成慣例加工無法完成的技能需求。德國通快公司的三維激光設(shè)備在奔、通用公司、福特公司、雷諾公司、SKODA公司、歐寶公司、SAAB公司、VOLVO公司和戴姆勒一克萊斯勒公司成功地運(yùn)用多年。航空范疇的廣泛運(yùn)用

世界上很多的航空發(fā)動機(jī)公司選用三維激光設(shè)備進(jìn)行燃燒器段的高溫合金資料的切開和打孔使命, 在軍用和民用航空器的鋁合金資料或特別資料的激光切開都獲得了成功。

2.激光焊接的特色及運(yùn)用

激光焊接是一種高速度、非觸摸、變形極小的焊接方法, 十分合適很多而接連的在線加工。跟著激光設(shè)備和加工技能的開展, 激光焊接才能也在不斷增強(qiáng)。當(dāng)前, 運(yùn)用4kW的C02激光器焊接1mm的板材, 焊接速度高達(dá)20m/min, 例如, 汽車職業(yè)的轎車箱底的大板拼接焊接作業(yè)等。激光焊接的方法首要有傳導(dǎo)焊和穿透焊2 種。當(dāng)前全球的激光運(yùn)用首要以穿透焊為主。近些年來, 高功率萬瓦級激光器在機(jī)械、汽車、鋼鐵等工業(yè)部門獲得了日益廣泛的運(yùn)用。

激光焊接機(jī)與其他焊接技能對比, 首要長處是:

(1)激光焊接速度快, 焊縫深寬比很大(可達(dá)5~10), 變形小。

(2)合適于精細(xì)件、箱體件和有密封需求焊接件的加工。激光束經(jīng)集合后可獲得很小的光斑, 能精細(xì)定位, 可運(yùn)用于大批量自動化出產(chǎn), 不只出產(chǎn)功率大大提高, 且熱影響區(qū)小, 焊點(diǎn)無污染, 大大提高了焊接的質(zhì)量。

(3)激光焊縫機(jī)械功用好, 通常焊縫的機(jī)械功用均強(qiáng)于母材。

激光焊接的典型運(yùn)用激光焊接汽車用大板拼接的運(yùn)用

為了滿意汽車職業(yè)對寬幅鋼板和特別功用鋼板的需求, 經(jīng)過激光焊接進(jìn)行大板拼接, 滿意汽車廠大型三維功用沖壓件的需求。全球汽車制作商都已完成此類部件的激光焊接運(yùn)用。例如, 奔馳、寶馬、通用、豐田、歐寶SAAB、戴姆勒一克萊斯勒等很多公司都早已運(yùn)用。能夠把1m寬的冷軋鋼板, 經(jīng)過激光焊接, 拼成2m 寬的鋼板。激光焊接在齒輪加工方面的運(yùn)用

激光焊接齒輪的技能從根本上改動了傳統(tǒng)的描繪和制作理念, 為齒輪箱體類部件的加工供給了非常好的經(jīng)濟(jì)性和更為緊湊的布局。運(yùn)用激光焊接齒輪技能, 需求先加工整個環(huán)狀長齒圈, 然后截成若干個齒圈, 再別離依據(jù)齒輪箱的需求焊在傳動軸上

激光加工技能已在很多范疇得到廣泛運(yùn)用, 跟著激光加工技能、設(shè)備、技能研討的不斷深入, 將具有更寬廣的運(yùn)用遠(yuǎn)景。

第二篇：光電子技術(shù)

光電子技術(shù)

1.世界上第一臺激光器，由修斯研究室的梅曼研制，并最終在1960年成功運(yùn)轉(zhuǎn)。（紅寶石激光器）

2.黑體：能夠完全吸收任何波長的電磁輻射。

3.躍遷：原子中的電子在特定的軌道上運(yùn)動，并具有能量，各能量級能量不連續(xù)，當(dāng)原子從某一能級吸收或釋放了能量，轉(zhuǎn)移到另一能級時，就稱為躍遷。4.自發(fā)輻射：處于高能級E2上的原子自發(fā)的向低能級E1躍遷，并發(fā)射一個頻率v=（E2-E1）/h的光子的過程稱為自發(fā)輻射躍遷。5.受激輻射：處于高能級E2上的原子在頻率為v=（E2-E1）/h的輻射場激勵作用下或在頻率為v=（E2-E1）/h的光子誘發(fā)下，向低能級E1躍遷并輻射出一個與激勵輻射場光子或誘發(fā)光子的狀態(tài)(包括頻率、運(yùn)動方向、相位等)完全相同的光子的過程稱為受激輻射躍遷。

6.受激吸收：受激輻射的反過程為受激吸收過程，一般也稱作吸收。

7.激光產(chǎn)生的基本原理：在受激輻射躍遷的過程中，一個誘發(fā)光子可以使處在上能級上的發(fā)光粒子產(chǎn)生一個與該光子狀態(tài)完全相同的光子，這兩個光子又可以去誘發(fā)其他發(fā)光粒子，從而產(chǎn)生更多狀態(tài)相同的光子。必要條件：使激光工作物質(zhì)處于粒子束反轉(zhuǎn)狀態(tài)。粒子束反轉(zhuǎn)：采用諸如光照、放電等方法從外界不斷地向發(fā)光物質(zhì)輸入能量，把處于下能級的發(fā)光粒子激發(fā)到上能級去，便可使上能級E2的粒子數(shù)密度超過下能級E1的粒子數(shù)密度的狀態(tài)。此時，受激輻射大于受激吸收。

8.激光器構(gòu)造：由三部分構(gòu)成，包括激光工作物質(zhì)(基質(zhì)與激活粒子)、泵浦源（對激光工作物質(zhì)進(jìn)行激勵）和光學(xué)諧振腔（得到穩(wěn)定、持續(xù)、有一定功率的高質(zhì)量激光輸出）。9.激光粒子的能級系統(tǒng)：1三能級系統(tǒng)2四能級系統(tǒng)（P9頁）

10.光學(xué)諧振腔：是常用激光器的三個主要組成部分之一。它是在激活物質(zhì)兩端適當(dāng)位置放置兩個反射鏡組成。主要作用：1.提供光學(xué)正反饋作用。2.產(chǎn)生對振蕩光束的控制作用。11.諧振腔的Q值：品質(zhì)因數(shù)Q=ωW/ρ,式中ω為角頻率，W為存儲在諧振腔內(nèi)的能量，ρ為每秒損失的能量。（P21頁）12.橫模：激光光束橫截面上穩(wěn)定的光場分布稱之為橫模。

13.激光縱模：激光器諧振腔內(nèi)獲得振蕩的幾種波形（波長稍微不同）沿光軸方向的分布。14.縱模的選擇:1短腔法：兩個相鄰縱模間的頻率差Δνq=νq-νq-1=c/2L’

(L’=(L-l)+nL表示諧振腔的光學(xué)長度；n晶體折射率，L物理長度，l晶體長度，c表示真空中的光速）例：在氦氖激光器中，其熒光譜線ΔνF約為1500MHZ。若激光器腔長為10cm，則縱模間隔Δνq為Δνq= c/2L’=3*108m/s /2*1*10*10-2m=1500MHZ 15.穩(wěn)頻技術(shù):通常講的頻率的穩(wěn)定性包括兩方面：一是“穩(wěn)定度”，指的是激光器在連續(xù)工作期間內(nèi)它的頻率該變量Δν’在振蕩頻率ν中所占的比例，即

Δν’/ν。二是“復(fù)現(xiàn)度”，指的是同樣設(shè)計、同樣方法制成的激光器在同樣條件下使用時相互之間的頻率偏差，或是在完全不同設(shè)計、和不同條件下，用相同的能級躍遷所制成的激光器，其振蕩頻率與與原子躍遷中心頻率的偏差，如果這方面的偏差用Δν表示，則其在ν中所占比例Δν’’/ν稱為復(fù)現(xiàn)度。

16.固體激光器：一般采用光激勵（泵浦燈），其能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，所以效率低。（光的激勵能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能）。氣體激光器：一般采用電激勵，其效率高、壽命長，長采用連續(xù)方式。

17.摻釹釔鋁石榴激光器（YAG）：典型的四能級系統(tǒng)，激光波長為1.0641μm，優(yōu)點(diǎn)是閾值功率低，可以做成連續(xù)激光器，輸出功率已達(dá)千瓦量級。激光輸出為多縱模。每次脈沖

’’輸出功率在幾千瓦以上。

18.紅寶石激光器：屬于三能級激光器，是最早的一種激光器。它的效率比較低，但由于它發(fā)射694.3nm的紅光且能得到相干性好的單模輸出，當(dāng)研究順便過程的全息照相時，作為可見光脈沖光源是比較合適的。

19.尖峰振蕩效應(yīng)：不加任何特殊裝置的固體脈沖激光器，在一次輸出中，激光脈沖的寬度大約是ms數(shù)量級。經(jīng)過仔細(xì)的觀察和分析會發(fā)現(xiàn)，這個脈沖并不是平滑的，而是包含著很多寬度更窄的短脈沖序列。而且隨著激勵的增強(qiáng)，短脈沖的時間間隔會更小。這種現(xiàn)象被稱做弛豫振蕩效應(yīng)或尖峰振蕩效應(yīng)。其定性解釋：一個短脈沖形成和消失，可以由激光系統(tǒng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的增減變化來解釋。造成系統(tǒng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度增加的因素是光泵浦，其增加速率在一個短脈沖序列的消長過程中可以看成是不變的。是反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度減少的因素是受激輻射，其減少速率則是因腔內(nèi)光子數(shù)密度的多少而變化。20.調(diào)Q技術(shù)原理：初期它處于關(guān)閉狀態(tài)（Q值很低），抑制受激輻射的作用，在泵浦抽運(yùn)工作一段時間后，突然將Q值提高（Q開關(guān)導(dǎo)通），上能級粒子瞬間釋放，獲得高功率巨脈沖。（腔內(nèi)儲存的能量通過受激輻射一下釋放出來，瞬間達(dá)到獲得高功率巨脈沖的目的）。

21.電光調(diào)Q激光器 ：（電光效應(yīng)：對于某些晶體經(jīng)過特殊方向的切割后，如果在某個特定的方向上外加電壓，就可以通過它的線偏振光改變振動方向。）原理流程圖如下（P60頁）

22.聲光Q開關(guān)原理：聲光介質(zhì)在超聲波的作用下，介質(zhì)的折射率會發(fā)生周期性的變化，使介質(zhì)變成為正弦相位光柵，當(dāng)光通過此介質(zhì)時，由于衍射會造成光的偏折。如果這個裝置放在激光器腔內(nèi)，就會增加損耗改變腔的Q值。

其流程如下：（Ｐ６１頁）

23.三基色：本質(zhì)是三基色具有獨(dú)立性，三基色中任何一色都不能用其余兩種色彩合成。三基色具有最大的混合色域，其他色彩可由三基色按一定的比例混合出來，并且混合后得到顏色數(shù)目最多。紅、綠、藍(lán)為色光三基色。為了統(tǒng)一認(rèn)識，１９３１年國際照明委員會規(guī)定了三基色的波長：紅光為７００．０ｎｍ，綠光５４６．１ｎｍ，藍(lán)光為４３５．８ｎｍ。

24.相加混色原理 ：由兩種或兩種以上的色光相混合時，會同時或者在極短時間內(nèi)連續(xù)刺激人的視覺器官，使人產(chǎn)生一種新的色彩感覺。稱這種色光混合為加色混合。這種由兩種以上色光相混合，呈現(xiàn)一種色光的方法稱為色光加色法。

25.激光顯示技術(shù)：分三種類型；第一種是激光陰極射線管LCRT（laser cathode tube）,其基本原理是用半導(dǎo)體激光器代替陰極射線顯像管熒光屏的一種新型顯示器件；第二種是激光光閥顯示，基本原理是激光束僅用來改變某些材料（如液晶等）的光學(xué)參數(shù)（如折射率或透過率）而再用另外的光源使這種光學(xué)參數(shù)變化而形成的像投射到屏幕上，從而實現(xiàn)圖像顯示；第三種是直觀式（點(diǎn)掃描）電視激光顯示，它是將經(jīng)過信號調(diào)制過的RGB三色激光束直接通過機(jī)械掃描方法偏轉(zhuǎn)掃描到顯示屏上。

26.德國 Jenoptik 公司ＲＧＢ全固態(tài)激光器光路圖：Oscillator振蕩器；Amplifier放大器；SHG倍頻，頻率增加一倍，波長減少一半;SFM和頻;OPO（Optical Parametric Oscillation）光學(xué)參量振蕩器；AOM（Acoustic Optical Modulator）聲光調(diào)制器；KTA crystal（KTA晶體，砷酸鈦氧鉀）；LBO晶體（三硼酸鋰）；流程圖如下：（p113頁）

27.光電探測器的物理效應(yīng)：通常分為兩大類：光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)。光子效應(yīng)：指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)，對光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下，其影響速度一般比較快。（光電效應(yīng)：在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會被光子激發(fā)出來而形成電流。）光熱效應(yīng)：指材料收到光照射后，光子能量與晶格相互作用，振動加劇，溫度升高，由于溫度的變化而造成物質(zhì)的電學(xué)特性變化。

28.光電發(fā)射效應(yīng)：在光照下，物體向表面以外的空間發(fā)射電子（即光電子）的現(xiàn)象，稱為光電發(fā)射效應(yīng)。愛因斯坦方程：Ek=hυ—Eψ，Ek=mv/2是電子離開發(fā)射體表面時的動能；m是電子質(zhì)量；v是電子離開時的速度；hυ是光子能量，Eψ是光電發(fā)射體的功率函數(shù)。光電發(fā)射效應(yīng)發(fā)生的條件：υ≥Eψ/h≡υc（入射光波的截止頻率），或用波長表示時：λ≤hc/ Eψ≡λc（截止波長）。

29.光電導(dǎo)效應(yīng)：在光線作用下，對于半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，就激發(fā)出電子空穴對，使載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性增加，阻值降低，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。（P148頁）30.光伏效應(yīng)：如果光導(dǎo)現(xiàn)象是半導(dǎo)體的材料的體效應(yīng)，那么光伏現(xiàn)象則是半導(dǎo)體材料的“結(jié)”

效應(yīng)。當(dāng)照射光激發(fā)出電子-空穴對時，電勢壘的內(nèi)建電場將把電子-空穴對分開，從而在勢壘兩側(cè)形成電荷堆積，形成光生伏特效應(yīng)。（光照零偏PN結(jié)產(chǎn)生開路電壓的效應(yīng)，又稱光伏效應(yīng)。）31.溫差電效應(yīng)：當(dāng)兩種不同的配偶材料（可以是金屬或半導(dǎo)體）兩端并聯(lián)熔接時，如果兩個接頭的溫度不同，并聯(lián)回路中就產(chǎn)生電動勢，稱為溫差電動勢，回路中就有電流流通。如果把冷端分開并與一個電流表連接，那么當(dāng)光照熔接端時，熔接端吸收光能使其溫度升高，電流表就有相應(yīng)的電流讀數(shù)，電流的數(shù)值間接反映了光照能量的大小。——用熱電偶來探測光能的原理。

232.熱釋電效應(yīng)：當(dāng)強(qiáng)度變化的光打到晶體上，引起材料溫度變化——電極化強(qiáng)度發(fā)生變化——面電荷發(fā)生變化——產(chǎn)生熱釋電電流。壓電晶體：發(fā)生壓電效應(yīng)的晶體。壓電效應(yīng)：某些晶體在特定的方向上施加外力，那么就會在某兩個表面產(chǎn)生面電荷，當(dāng)外力消失，晶體回到不帶電。

33.量子效率η：靈敏度R從宏觀描述了光電探測器的光電、光譜以及頻率特性，量子效率則是對同一問題的微觀-宏觀描述。

η=hυRi/e（Ri電流的靈敏度），光譜量子效率

：ηλ =hcRiλ/eλ

(c是材料的光速)34.歸一化探測度D*：

D*大的探測器其探測能力一定好。

35.光電導(dǎo)探測器——光敏電阻：利用光電導(dǎo)效應(yīng)而工作的探測器。光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)，無需形成PN結(jié)，故又常稱為無結(jié)光電探測器。這種元件在光照下會改變自身的電阻率，光照愈強(qiáng)，元件自身的電阻率愈小，因此常常又稱光敏電阻或光導(dǎo)管。本征型光敏電阻一般在室溫下工作，適用于可見光和近紅外輻射探測；非本征型光敏電阻通常必須在低溫條件下工作，常用于中、遠(yuǎn)外輻射探測。由于光敏電阻沒有極性，只要把它當(dāng)做電阻值隨光照強(qiáng)度而變化的可變電阻器對待即可，因此在電子電路、儀器儀表、光電控制、計量分析、光電制導(dǎo)、激光外差探測等領(lǐng)域獲得了十分廣泛的應(yīng)用。常見的光敏電阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工業(yè)上應(yīng)用最多的，而PbS主要用于軍事裝備。

36.光頻外差探測技術(shù)：原理：基于兩束相干光在探測器光敏面上的相干效應(yīng)。故也常稱為光波的相干探測。相干光：振動方向相同，振動頻率相同，相位相同或相位差保持恒定。37.曼萊-羅威關(guān)系：公式（P307頁）

相互作用中三個光電場光子數(shù)的變化關(guān)系：ω1和ω3的光子數(shù)之和及ω2和ω3的光子數(shù)之和在非線性過程中始終保持不變。ω1與ω2光子數(shù)之差保持不變。如果頻率為ω1與ω2的兩個光子同時湮滅，可以產(chǎn)生頻率為ω3的一個光子，這就是和頻與倍頻的情況。反過來ω3光子湮滅，同時產(chǎn)生兩個頻率為ω1與ω2的光子，這就是參量產(chǎn)生的過程。

38.相位匹配技術(shù)：為有效的進(jìn)行非線性光學(xué)頻率變換，必須使參與互作用的光波在介質(zhì)中傳播時具有相同的相速度。實現(xiàn)有效頻率變換的方法之一是相位匹配技術(shù)，利用非線性晶體的雙折射與色散特性達(dá)到相位匹配。39.單軸晶體的相位匹配條件及匹配角：(折射率)負(fù)單軸晶體——n0>ne。正單軸晶體——ne>n0.40.二次諧波的產(chǎn)生：能量守恒和動量守恒（P314頁）

41.參量振蕩器：光學(xué)參量振蕩器（OPO）是利用非線性晶體的混頻特性來實現(xiàn)頻率變換的器件，其中有一個或兩個光波具有振蕩特性，具有諧振腔。具有調(diào)諧范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單及工作可靠等特性。光學(xué)參量放大的原理：實質(zhì)上是一個差頻產(chǎn)生的三波混頻過程。由曼萊-羅威關(guān)系可知，在差頻過程中，每湮滅一個最高頻率的光子，同時要產(chǎn)生兩個低頻光子，在此過程中這兩個低頻獲得增益，因此光學(xué)參量放大器可作為他們的放大器。如果將非線性晶體置于諧振腔中，并用強(qiáng)的泵浦光照射，當(dāng)增益超過損耗時，在腔內(nèi)可以從噪聲中建立起相當(dāng)強(qiáng)的信號光及空閑光。在光學(xué)參量振蕩器中建立起來的兩種頻率的光波，任何一個光波都可以稱為信號光或者空閑光。

42.參量振蕩器的閾值：判斷閾值與什么參量有關(guān)系？（P331頁公式）

式中，k=

；gs為模耦合系數(shù)；l為有效參量增益長度；τ為1/e處脈沖半寬度；L=L’+(n-1)l;L’為OPO腔長；l為非線性晶體長度；n為信號輸出 100μJ時（定義為閾值臨界狀態(tài)）腔內(nèi)振蕩次數(shù)；Pn為閾值處信號波能量；P0為參量量子噪聲能量；a為參量光在介質(zhì)中的場吸收系數(shù)；R為腔內(nèi)各種損耗的總和。

43.光的干涉：用波的疊加而引起強(qiáng)度從新分配的現(xiàn)象。三個必要條件：頻率相等，兩束光存在相互平行的振動分量，位相差δ（P）恒定。

第三篇：光電子技術(shù)實驗總結(jié)

光電子技術(shù)實驗總結(jié)

本學(xué)期有開《光電子技術(shù)》這一門課，書中內(nèi)容較為廣泛，大多都涉及到光電方面的理論知識，在實際應(yīng)用中只講述了一個大概，這樣就造成了我們對所學(xué)知識知道用在什么方面，而具體怎么落實，實現(xiàn)這一結(jié)果會用到哪些方法與技術(shù)，在實際過程中又會出現(xiàn)什么樣的問題，堆積了一大堆困惑。通過對《光電子技術(shù)實驗》這一門實驗課的學(xué)習(xí)，通過實際動手操作實驗，把理論知識用實驗的效果展示出來，使我們對所學(xué)知識有了一個更加深刻的理解，并從實驗過程中遇到的困難及解決方法，可以延伸到具體實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)了我們的動手能力及思考、分析問題的能力。

實驗前我們先對將要進(jìn)行的實驗預(yù)習(xí)，從《光電子技術(shù)》這本書出發(fā)，結(jié)合實驗指導(dǎo)書，做好實驗原理及步驟的了解及分析，到達(dá)實驗室后再隨老師對實驗進(jìn)行時可能遇到的問題進(jìn)行探討，并從老師的演示實驗中注意自己在進(jìn)行實驗時應(yīng)該注意的問題，記錄數(shù)據(jù)，并做好實驗報告。

本門課程中令我印象最深的是《電光調(diào)制及其應(yīng)用》這個實驗，實驗中將光路準(zhǔn)直后，在兩塊正交的偏振片間加載一塊鈮酸鋰（LiNbO3）晶體作為電光介質(zhì)，并通過控制平行于晶體X軸的電場強(qiáng)度，及上下表面所加載的電壓，對其中所通過的光路進(jìn)行調(diào)制。實驗進(jìn)行得很順利，直達(dá)加載音頻信號的過程都很成功。但在反過來再次進(jìn)行加載正弦交流信號調(diào)制時，發(fā)現(xiàn)調(diào)制過后的信號示波顯示與加載的交流信號相位相反無論怎樣改變調(diào)制幅度還是調(diào)制電壓的深度，都是這樣。而且，電壓加載至半波電壓時，的確有倍頻顯示，繼續(xù)加載電壓，示波器顯示的調(diào)制波形依然與原波形的相位相反。通過對此現(xiàn)象的分析，可能的原因及分析的結(jié)果有：1.光波通過鈮酸鋰晶體后，其相位得到了延遲。然而改變移動鈮酸鋰晶體與光軸的夾角，使之通過鈮酸鋰經(jīng)歷的光程的改變，觀察波形，否定這一假設(shè)。2。通過對實驗指導(dǎo)書調(diào)制時選擇不同工作點(diǎn)是輸出的波形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)輸出波形在半波電壓前后輸出的波形確實一致，卻依然沒有解決相位相反的問題。3.假設(shè)為光敏接收器的本身相位延遲，可能是這個原因，網(wǎng)上查詢資料后，這個問題確實存在，但具體對這個實驗是不是這樣的問題，綜待思考。通過對這一系列實驗的操作及問題思考，自己收獲甚豐。

通過對光電子技術(shù)實驗這一門課的學(xué)習(xí)，不僅增加了對理論知識的了解，更加深了理論應(yīng)用于實際中問題的思考，培養(yǎng)了自身的綜合能力。

最后對本門課程提出一些自己的看法，希望通過對本門課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自己組隊，根據(jù)《光電子技術(shù)》這本書涉及到的問題，根據(jù)理學(xué)院實驗室自身實驗設(shè)備條件，自己設(shè)計一個光電子技術(shù)試驗并實現(xiàn)。

（姓名）

（時間）

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(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，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(guān)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(dāng)吸收過程比受激輻射過程強(qiáng)時，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，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(qiáng)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(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(yīng)力加寬。譜線形狀是高斯形的。14.譜線加寬對原子與準(zhǔn)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(dāng)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(xué)諧振腔。泵浦源：實現(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，增益系數(shù)與光強(qiáng)無關(guān)，是一個常量；而當(dāng)入射光強(qiáng)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(dāng)激光工作物質(zhì)？光抽運(yùn)可以將粒子從低能級抽運(yùn)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(dá)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(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(dá)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(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；外加非均勻磁場法

29.雙簡并半導(dǎo)體的能帶特點(diǎn)：半導(dǎo)體中存在兩個費(fèi)米能級。兩個費(fèi)米能級使得導(dǎo)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(dāng)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(fèi)米能級不復(fù)存在，形成結(jié)區(qū)的兩個費(fèi)米能級EF+和EF-，稱為準(zhǔn)費(fèi)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(dǎo)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(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。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.截止波長是的定義：當(dāng)θ1=θc12 時處于截止的臨界狀態(tài)，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)中的兩種特殊的現(xiàn)象：當(dāng)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(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(dāng)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(diǎn)：調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）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(qiáng)弱程度

48.電光效應(yīng)：某些晶體在外加電場的作用下，其折射率將發(fā)生變化，當(dāng)光波通過此介質(zhì)時，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(guān)，其折射率變化與電場成正比。

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

51.半波電壓：當(dāng)光波的兩個垂直分量Ex’ , Ey’ 的光程差為半個波長(相應(yīng)的相位差為π)時所需要加的電壓，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(dāng)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(dāng)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(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，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，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。超聲場作用的這部分如同一個光學(xué)的“相位光柵”，該光柵間距(光柵常數(shù))等于聲波波長?s。當(dāng)光波通過此介質(zhì)時，就會產(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(dāng)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(qiáng)度調(diào)制波。

58．磁光調(diào)制的工作過程：磁光調(diào)制是電信號先轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的交變磁場，由磁光效應(yīng)改變在介質(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.光電探測器：對各種光輻射進(jìn)行接收和探測的器件。

60.光電探測的物理效應(yīng)的三大類：光電效應(yīng)、光熱效應(yīng)、波擾動效應(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)生電動勢，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，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(kuò)散長度，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(kuò)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(fù)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(yīng)波長有選擇性，熱電器件波長無選擇性，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(dǎo)體中的電子從價帶躍遷到導(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(zhǔn)確性。光電探測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。

第五篇：光電子技術(shù)(論文)

光電子技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后近30年來迅猛發(fā)展的綜合性高新技術(shù)。1962年半導(dǎo)體激光器的誕生是近代科學(xué)技術(shù)史上一個重大事件。經(jīng)歷十多年的初期探索，從70年代后期起，隨著半導(dǎo)體光電子器件和硅基光導(dǎo)纖維兩大基礎(chǔ)元件在原理和制造工藝上的突破，光子技術(shù)與電子技術(shù)開始結(jié)合并形成了具有強(qiáng)大生命力的信息光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。

光電子技術(shù)是一個比較龐大的體系，它包括信息傳輸，如光纖通信、空間和海底光通信等；信息處理，如計算機(jī)光互連、光計算、光交換等；信息獲取，如光學(xué)傳感和遙感、光纖傳感等；信息存儲，如光盤、全息存儲技術(shù)等；信息顯示，如大屏幕平板顯示、激光打印和印刷等。其中信息光電子技術(shù)是光電子學(xué)領(lǐng)域中最為活躍的分支。在信息技術(shù)發(fā)展過程中，電子作為信息的載體作出了巨大的貢獻(xiàn)。但它也在速率、容量和空間相容性等方面受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。采用光子作為信息的載體，其響應(yīng)速度可達(dá)到飛秒量級、比電子快三個數(shù)量級以上，加之光子的高度并行處理能力，不存在電磁串?dāng)_和路徑延遲等缺點(diǎn)，使其具有超出電子的信息容量與處理速度的潛力。充分地綜合利用電子和光子兩大微觀信息載體各自的優(yōu)點(diǎn)，必將大大改善電子通信設(shè)備、電子計算機(jī)和電子儀器的性能。

如果說微電子技術(shù)推動了以計算機(jī),因特網(wǎng),光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速 發(fā)展,改變了人們的生活方式,使得知識 經(jīng)濟(jì) 初見端倪,那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展,大容 量光纖通信 網(wǎng)絡(luò) 的建設(shè),光電子技術(shù)將起到越來越重要的作用.美國商務(wù)部指出: “90 年 代, 全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展, 誰在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動權(quán), 誰就將在 21 世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁”.日本《呼聲》月刊也有類似的評論: “21 世紀(jì)具 有代表意義 的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),第一是光電子產(chǎn)業(yè),第二是信息通信產(chǎn)業(yè),第三是健康和福利產(chǎn) 業(yè)……” ,可以斷言,光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動人類 科學(xué) 技術(shù)的革命.1 世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)初人們的預(yù)料, 光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒 介,現(xiàn)在世界上大約有 60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸,到 20 世紀(jì)末將達(dá)到 85%,但從目前光 纖通信的整體水平來看, 仍處于初級階段, 光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發(fā)出來.目前, 各種新技術(shù)層出不窮,密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM,在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光 信號,以提高單根光纖的傳輸能力),摻鉺光纖放大器技術(shù)(EDFA,可將光信號直接放大, 具有輸出功率高,噪聲小,增益帶寬等優(yōu)點(diǎn))已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用.現(xiàn)在 DWDM 系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中,光電技術(shù)的比例將從過去比重不到 10%達(dá)到 90%.一種全新 的,無需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——“全光通信” ,由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放 大器技術(shù)的進(jìn)展,也日趨成熟,將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用,給全球的 通信業(yè)帶來蓬勃生機(jī).為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件.光電子器件和技術(shù)已 形成一個快速增長的,巨大的光電子產(chǎn)業(yè),對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來越大的作用.美國光 電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會估計,到 2003 年,光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá) 2000 億美元.Internet 應(yīng)用的飛速增長對電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來越高的需求,為滿足需求的增長, 人們可以鋪設(shè)更多的光纖,或靠提高單路光的信息運(yùn)載量(現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在 2.5Gbps 和 10Gbps, 并已有 40Gbps 的演示性設(shè)備)但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復(fù)用技.術(shù),增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)(光波分復(fù)用的實驗記錄已經(jīng)達(dá)到 2.64Tbps).報告稱雖然 10 年內(nèi)全光通信還不會全面商業(yè)化,但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場主流,報告也指出盡管光學(xué)部件市場被大公司所占據(jù),但仍有創(chuàng)新性公司進(jìn)入的可能.2 我國的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)近10 年來我國光電子技術(shù)研究在國家 “863” 計劃和有關(guān)部門的支持下有了突飛猛進(jìn)的 進(jìn)展,在很多領(lǐng)域同國外先進(jìn)國家只有兩三年的距離,個別領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位.國內(nèi)光 電子 有關(guān)產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件,部件和子系統(tǒng)(如激光器,探測器,光收 發(fā)模塊,EDFA,無源光器件)等已經(jīng)占領(lǐng)了國內(nèi)較大的市場份額,初步具備同國外大公司 競爭的能力,在毫無市場保護(hù)的情況下,靠自己的力量爭得了一席之地,市場營銷逐年有較 大的增長, 個別產(chǎn)品還取得國際市場相關(guān)產(chǎn)品中的銷量最大的成績.我國相應(yīng)研究 發(fā)展 基 地和本領(lǐng)域高 技術(shù)公司的許多產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白,打破國外產(chǎn)品在市場上的 壟斷地位,同時爭取進(jìn)入國際市場.中國盟摻鉺光纖放大器(EDFA)是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關(guān)鍵部件,國內(nèi) 企業(yè) 產(chǎn) 品占國內(nèi)市場 40%的份額.我國也是目前國際上少數(shù)幾個有能力研制 PIC 和 OEIC 的國家.808nm 大功率激 光器及其泵浦的固體綠光激光器, 670nm 紅光激光器已產(chǎn)品化和商品化并 批量占領(lǐng)國際市場.國內(nèi)移動通信的光纖直放站所用的光電器件,90%使用國產(chǎn)器件,國 產(chǎn) 1.55mDFB 激光器 戰(zhàn)勝了國外器件,占領(lǐng)了 100%的國內(nèi)市場.但是,我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在我國光電子技術(shù)發(fā)展中,光電子器件,部件雖是光通信,光顯 示,光存儲等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵部分,但在整個系統(tǒng)和設(shè)備成本中所占的比重較小,其產(chǎn)值 較低,目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產(chǎn)階段,光電子產(chǎn)業(yè)所需的規(guī)?；?產(chǎn)業(yè)化生 產(chǎn)技術(shù)目前還未有實質(zhì)突破;國內(nèi)研究生產(chǎn)的光電器件和部件有相當(dāng)部分還未能滿足整機(jī)和 系統(tǒng)的要求,導(dǎo)致國外器件占據(jù)國內(nèi)市場相當(dāng)多的份額;在機(jī)制上仍未擺脫科研,生產(chǎn),市 場相互脫離的狀況.我國在光電子技術(shù)方面是與國際水平差距相對較小的一個領(lǐng)域, 與世界發(fā)達(dá)國家?guī)缀跬?時起步.但是我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識到我國制造技術(shù)的落后和材料水平有限, 而國際上光電子 產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展階段, 留給我們的時間只有三到五年, 如果我們不在目前產(chǎn)業(yè)化的技 術(shù)發(fā)展階段進(jìn)入,就會失去大好時機(jī).機(jī)不可失,時不再來,到產(chǎn)業(yè)化后期時將要花數(shù)倍的 力量才能彌補(bǔ),也許會徹底失去時機(jī),受制于人.如果一個國家在一代元件上沒有足夠的投資以發(fā)展自主能力, 就會給外國競爭者提供進(jìn) 入并占領(lǐng)下幾代技術(shù)市場的機(jī)會.因而在關(guān)鍵器件,部件等方面,要通過引進(jìn)社會資金和風(fēng) 險投資,知識產(chǎn)權(quán)入股,開發(fā)人員持股等方式加快我國光電子成果的產(chǎn)業(yè)化步伐,鼓勵科研 人員成果轉(zhuǎn)化.只要貫徹有“有所為,有所不為”的方針,狠抓創(chuàng)新和高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化,打破 行業(yè)界限,按市場機(jī)制聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)研究和開發(fā)單位,共同作好光電子產(chǎn)業(yè)化的工作,就一 定能發(fā)展我國的光電子事業(yè),有望在研究上取得突破,在產(chǎn)業(yè)上形成規(guī)模 經(jīng)濟(jì) ,取得我國 在該領(lǐng)域應(yīng)有的市場份額.1