光电子技术

电磁波的性质：1电磁波的电场E 和磁场H 都垂直于波的传播方向，三者互相垂直，所以电磁波是横波。E 、H 和传播方向构成右手螺旋系。2沿给定方向传播的电磁波，E 和H 分别在各自平面内振动，这种特性称为偏振。3、空间各点E 和H 都作周期性变化，而且相位相同，即同时达到最大，同时减到最小。4、任意时刻，在空间任意点，E 和H 在量值上的关系为√εE=√μH 。5、电磁波在真空中传播的速度为c=1/√(εo μo),在介质中的传播速度为v=1/√(εμ).v 决定于介质的介电系数ε和磁导率μ。由于ε和μ与电磁波的频率有关，因此介质中不同频率的电磁波具有不同的传播速度，这就是电磁波在介质中的色散现象。

辐射度量：1、辐射能Q 2、辐射通量（辐射功率）单位时间内流过的辐射能量3、辐射出射度，辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量4、辐射强度，点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内辐射通量5、辐射亮度，面辐射源在某一给定方向上的辐射通量6、辐射照度，照射在面元上的辐射通量与 该面元的面积之比。7、单色辐射度量

光度量、坎德拉：一个光源发出频率为540*10^12Hz 的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度为1/683W/sr,则该光源在该方向上的发光强度为1cd.

色温：指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。色温并非热辐射光源本身的温度。由于色温是按规定的两波长处的辐射比率来比较的，所以色温相同的热辐射光源的连续谱也可能不相似，若规定的波长不同，色温往往也不同。至于非热辐射光源，色温只能给出这个光源光色的大概情况，一般来说，色温高代表蓝绿光成分多些，色温低则表示橙红光多些。 光子的性质：1、每个光子所具有的能量E 和它的频率”成正比，即E=hυ.2、光子具有运动质量， ， 光子的静止质量为0。3、光子的动量P 与单色平面波的波矢k 对应：

4、光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向。

5、光子有自旋，且自旋量子数为整数，大量光子的集合服从玻色——爱因斯坦分布

光与物质相互作用过程包含：原子的自发辐射跃迁（没有外界作用，原子自发地由高能态跃迁到低能态，并辐射一个光子，这种过程叫自发辐射）、受激辐射跃迁（若原子受到一个满足频率条件的外来光子的激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同频率的光子来，这种过程叫做受激辐射）和受激吸收跃迁（如果原子因受满足频率条件的光的激励而跃迁到较高能态，这种过程就称为受激吸收）三个过程。

受激辐射的相干性：受激辐射是在外界辐射的控制下产生的，受激辐射光子与激励的入射光子是同一光子态的，具有相同的频率、相位、波矢、偏振态。大量原子在同一辐射场激发下产生同一光子态或同一光波模式的光子，因而是相干的。 激光器结构及各部分功能：泵浦源将工作物质的粒子激发到高能级上去，形成粒子数反转，光放大器对复用后的光信号进行放大，以解决WDM 系统的超长距离传输和系统中被波分复用器件的插损问题。光谐振腔①选择激光模式，提高激光的相干性。②提供光的正反馈，实现光的受激辐射放大。

振荡的条件

球面腔稳定条件：g1=1-L/R1,g2=1-L/R2,满足0

常见激光器及其波长：固体激光器。红宝石激光器：694.3nm.。钕激光器。钛宝石激光器：660~1180nm 。气体激光器;氦氖激光器（632.8nm,1.15um,3.39um ）。Ar+激光器（488nm ，514.5nm ）。CO2激光器(波长 9－11um ，最常见10.6um) 半导体激光器原理：半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。材料：用于近红外短波长半导体激光器的有源区材料主要是780nm 的AlGaAs/GaAs 材料、 800nm 的GaInP （As)／GaAS 和980nm 的GaInAs/GaAs 材料。分类：蓝绿光半导体激光器材料，近、中、中远红外短波长半导体激光器

000n λh n c h υn mc k 2πh P ???==== 2c h m υ=α≥0g δ

≥l g 0

2.1何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。

对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。而对于另外一些波长的光波，几乎不吸收，根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。

光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素主要有：大气分子的吸收，大气分子散射 ，大气气溶胶的衰减 。

2.2何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？

大气湍流效应是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。

2.11光纤弱导条件的意义。光纤的弱导特性是光纤与微波圆波导之间的重要差别之一。弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构，而且为制造提供了很大的方便。

瑞利散射和米散射特点并举例

当散射粒子的尺度远小于入射光的波长时(例如大气分子对可见光的散射)，称分子散射或瑞利散射，散射光分布均匀且对称。瑞利散射光的强度与波长的四次方成反比。波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。

举例：在晴朗天空，其他微粒很少，因此瑞利散射是主要的，又因为蓝光散射最强烈，故明朗的天空呈现蓝色。

当光的波长相当于或小于散射粒子尺寸时，即产生米-德拜散射。米-德拜散射则主要依赖于散射粒子的尺寸、密度分布以及折射率特性，与波长的关系远不如瑞利散射强烈（可以近似认为与波长无关）。

光电效应

光波在介质中的传播规律受到介质折射率分布的制约，而折射率的分布又与其介电常量密切相关。晶体折射率可用施加电场E 的幂级数表示，即 γ和 h 为常量，n0为未加电场时的折射率。γE 是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性电光效应或泡克耳斯(Pockels)效应。电场方向与通光方向一致, 称为纵向电光效应;电场与通光方向相垂直, 称为横向电光效应。当光波的两个垂直分量Ex

Ey

半波电压。 （纵向应用 ） （横向应用 ，在略去自然双折射影响的情形下） 声光效应

超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅 。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应。 声光互作用的类型

按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光互作用可以分为拉曼—纳斯(Raman —Nath)衍射和布拉格(Bragg)衍射两种类型。

法拉第旋转效应 的大小与沿光束方向的磁场强H 和光在介质中传播的长度L 之积成正比，即 θ ＝VHL 式中，V 称为韦尔代(verdet)常数，它表

6332r n V o λπ=??

? ??=L d r n V o 633λπ ++=-=?20hE E n n n γ

示在单位磁场强度下线偏振光通过单位长度的磁光介质后偏振方向旋转的角度。

光纤色散及其原因

光纤的色散会使脉冲信号展宽，即限制了光纤的带宽或传输容量。一般说来，单模光纤的脉冲展宽与色散有下列关系： 单模光纤色散的起因有下列三种：材料色散、波导色散和折射率分布色散。

多模光纤色散的起因有下列三种：材料色散、波导色散和膜色散。

激光调制、内调制、外调制

激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，并于无线波相似，要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加载到激光上的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制。内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。外调制是指激光形成以后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。

脉冲调制及分类

脉冲调制是用间歇的周期性序列作为载波，兵士载波的某一参量按调制规律变化的调制方法。脉冲调制有脉冲幅度调制、脉冲宽度调制、脉冲频率调制和脉冲位置调制等。

半导体激光器直接调制原理

获得线性调制，使工作点处于输出特性曲线的直线部分，必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流Ib ，这样就可以使输出的光信号不失真。半导体激光器处于连续调制工作状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置，所以功耗较大，甚至引起温升，会影响或破坏器件的正常工作。

光束扫描技术的实现方式

光束扫描技术可以用机械转镜、电光效应和声光效应等来实现，可以分为两种类型：一种是光的偏转角连续变化的模拟扫描，他能描述光束的连续移位；一种是不连续的数字扫描，他是在选定空间的某些特定位置上使用光束的空间位置“跳变”。目前主要有机械扫描，利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动来实现扫描；声光扫描，电光扫描，通过改变声波频率来改变衍射光的方向，使之发生偏转；利用电光效应来改变光束在空间的传播方向。

4.1 比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。 答：光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。因为，光子能量是h ，h 是普朗克常数,是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。

光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。所以，光热效应与单光子能量h 的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。

4.2 总结选用光电探测器的一般原则。

答：用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配；考虑时间响应特性；考虑光电探测器的线性特性等。

光电探测的各种物理特性：

1光电发射效应：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象。

2光电导效应：光电导现象——半导体材料的“体”效应。

3光伏效应：光伏现象——半导体材料的“结”效应 。

4温差电效应：当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体）两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势。

5热释电效应：热释电效应是通过热释电材料实现的，热释电材料是一种电介质，是绝缘体。

光电探测器的性能参数

λ

τ?δ??=L d

1积分灵敏度R ：灵敏度也常称作响应度，是光电探测器光电转换特性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。2光谱灵敏度R λ3频率灵敏度R f(响应频率f c 和响应时间t )：若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if 将随调频f 的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf 。4量子效率η：在某一特定波长上，每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。

光电探测器的噪声： 1.散粒噪声 2.产生－复合噪声 3.光子噪声 4.热噪声 5.1/f 噪声

光电探测器的噪声分类:有形噪声和无规噪声 。前者一般可以预知，因而总可以设法减少和消除。后者来自物理系统内部，表现为一种无规则起伏

光敏电阻分类：本征型和非本征型光敏电阻工作特性：1.光敏响应特性 2.光照特性和伏安特性 3.时间响应特性 4.稳定特性 5.噪声特性

光伏探测器的工作模式：正偏，反偏，自偏。

光电二极管的分类： Si 光电二极管 PIN 硅光电二极管 雪崩光电二极管

Si 光电二极管的频率响应特性：1.扩散时间 2.耗尽层中的漂移时间 3.结电容效应

5.1以表面沟道CCD 为例，简述CCD 电荷存储、转移、输出的基本原理。CCD 的输出信号有什么特点？

CCD 电荷存储：构成CCD 的基本单元是MOS 电容器。正如其它电容器一样，MOS 电容器能够存储电荷。如果MOS 结构中的半导体是P 型硅，当在金属电极上加一个正的阶梯电压时，Si-SiO 2界面处的电势发生相应变化，附近的P 型硅中多数载流子——空穴被排斥，形成所谓耗尽层，如果栅电压V G 超过MOS 晶体管的开启电压，则在Si-SiO 2界面处形成深度耗尽状态，由于电子在那里的势能较低，我们可以形象化地说：半导体表面形成了电子的势阱，可以用来存储电子。 电荷转移：在t 1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。此时φ1电极下的表面势最大，势阱最深。假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。t 2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。t 3时刻，φ2仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。t 4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t 1时刻的情况相似，但电荷包向右移动了一个电极的位置。

φ3φ

1φ

2

t 1

t 2

t 3t 4

电荷输出：V OG 为一定值的正电压，在OG 电极下形成耗尽层，使φ3与FD 之间建立导电沟道。在φ3为高电位期间，电荷包存储在φ3电极下面。随后复位栅R 加正复位脉冲φR ，使FD 区与RD 区沟通，因 V RD 为正十几伏的直流偏置电压，则 FD 区的电荷被RD 区抽走。复位正脉冲过去后FD 区与RD 区呈夹断状态，FD 区具有一定的浮置电位。之后，φ3转变为低电位，φ3下面的电荷包通过OG 下的沟道转移到FD 区。

CCD 输出信号的特点：信号电压是在浮置电平基础上的负电压；每个电荷包的输出占有一定的时间长度T 。；在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲。据此特点，对CCD 的输出信号进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平、复位高脉冲及抑制噪声。

5.2何谓帧时、帧速？二者之间有什么关系？

完成一帧扫描所需的时间称为帧时T f (s)，单位时间完成的帧数称为帧速?F （帧／s ）：

F

T f 1= 5.7试比较带像增强器的CCD 、薄型背向照明CCD 和电子轰击型CCD 器件的特点。 φ3

φ1φ2

t 1t 2t 3t 4

带像增强器的CCD器件是将光图像聚焦在像增强器的光电阴极上，再经像增强器增强后耦合到电荷耦合器件（CCD）上实现微光摄像（简称ICCD）。最好的ICCD是将像增强器荧光屏上产生的可见光图像通过光纤光锥直接耦合到普通CCD芯片上。像增强器内光子－电子的多次转换过程使图像质量受到损失，光锥中光纤光栅干涉波纹、折断和耦合损失都将使ICCD 输出噪声增加，对比度下降及动态范围减小，影响成像质量。灵敏度最高的ICCD摄像系统可工作在10-6lx靶面照度下。薄型、背向照明CCD器件克服了普通前向照明CCD的缺陷。光从背面射入，远离多晶硅，由衬底向上进行光电转换，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接电极引线部分很少的多晶硅埋层。由于避开了多晶硅吸收， CCD的量子效率可提高到90％，与低噪声制造技术相结合后可得到30个电子噪声背景的CCD，相当于在没有任何增强手段下照度为10-4lx （靶面照度）的水平。尽管薄型背向照明CCD器件的灵敏度高、噪声低，但当照度低于10-6lx（靶面照度）时，只能依赖图像增强环节来提高器件增益，克服CCD噪声的制约。

电子轰击型CCD器件是将背向照明CCD当作电子轰击型CCD的“阳极”，光电子从电子轰击型CCD的“光阴极”发射直接“近贴聚焦”到CCD基体上，光电子通过CCD背面进入后，硅消耗入射光子能量产生电子空穴对，进而发生电子轰击半导体倍增，电子轰击过程产生的噪声比用微通道板倍增产生的噪声低得多，与它获得的3000倍以上增益相比是微不足到的。电子轰击型CCD器件采用电子从“光阴极”直接射入CCD基体的成像方法，简化了光子被多次转换的过程，信噪比大大提高，与ICCD相比，电子轰击型CCD具有体积小、重量轻、可靠性高、分辨率高及对比度好的优点。

5.8试说明光纤束的排列方式对传像束分辨率的影响？

光纤束的排列方式有两种：一种是正方形排列，另一种正六角形排列。由于其排列方式不同，相邻单丝光纤间的距离不同，取样间隔也就不同，因此光纤束的分辨率也就不同。对于正方形排列，在0°和90°方向上，其取样间隔近似等于单丝光纤的直径d，其极限分辨率为1/2d;但在45°和135°方向上，交错光纤的中心位于同一直线上，其取样间隔为0.7d,因此其极限分辨率为1/1.4d,对于正六角形排列，在0°,60°和120°方向上,其取样间隔约为3d/2,因此其极限分辨率为1/3d, 但在30°,90°和150°方向上，交错光纤的中心位于同一直线上，其取样间隔为0.5d,因此其极限分辨率为1/d。这说明正方形及六角形排列的传像束在不同方向上的分辨率是不同的。

固体摄像器件分三大类：电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体图像传感器和电荷注入器件。

CCD功能、原理及分类？ CCD功能：电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。所以CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。它存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CCD内作定向传输。

原理：同5.1三个过程分类：按结构分为：线阵CCD和面阵CCD；按光谱可分为可见光CCD、红外CCD、X光CCD和紫外CCD。可见CCD又可分为：黑白CCD、彩色CCD和微光CCD.

电荷耦合摄像器件的主要特性参数：1.转移效率 2.不均匀度 3.暗电流 4.灵敏度（响应度） 5.光谱响应 6.噪声 7.分辨率 8.动态范围与线性度。

纤维光学成像器件的特点：①它是一种纯光学器件，不必进行电光—光电转换，从而省去相应的电路系统与光电子器件，这不仅简化了系统，减小了体积，而且有很高的传输速度，不会因光电转换而引起失真。②由于是全光学系统因而有非常好的抗强电磁干扰能力。③应用光束进行图像传输可将图像进行人为编排从而得到一些很特殊的效果。

6.1试分析在向列相液晶中线偏振的传播特性。

6.2 试比较TN-LCD和STN-LCD的特点。

答：TN－LCD利用了扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为90?，它的电光特性曲线不够陡峻，由于交叉效应，在采用无源矩阵驱动时，限制了其多路驱动能力。STN－LCD的扭曲角在180?-240?范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的扫描行数下，利用了超扭曲和双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。STN-LCD所用的液晶材料是在特定的TN材料中添加少量手征性液晶以增加它的扭曲程度，盒

厚较薄，一般5-7μm。STN-LCD的工艺流程基本上和TN-LCD类似，

但由于STN-LCD是基于光干涉效应的显示器件，对盒厚的不均匀性要

求＜0.05μm(TN-LCD只要求＜0.5μm)，否则就会出底色不均匀，预

倾角要求达到3?～8?，电极精细，器件尺寸较大，因此其规模生产难

度较TN-LCD大许多。

6.3 试说明充气二极管伏安特性中击穿电压和放电维持电压的概念。

答：曲线AC段属于非自持放电，在非自持放电时，参加导电的电子

主要是由外界催离作用（如宇宙射线、放射线、光、热作用）造成的，

当电压增加，电流也随之增加并趋于饱和，C点之前称为暗放电区，

放电气体不发光。随着电压的曾加，到达C点后，放电变为自持放电，

气体被击穿，电压迅速下降，变成稳定的自持放电（图中EF段），EF段被称为正常辉光放电区，放电在C点开始发光，不稳定的CD段是欠正常的辉光放电区，C点电压Vf，称为击穿电压或着火电压，EF对应的电压Vs称为放电维持电压6.4试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理。

答：注入电致发光是在半导体PN结加正偏压时产生少数载流子注入，与多数载流子复合发光。高场电致发光是将发光材料粉末与介质的混合体或单晶薄膜夹持与透明电极板之间，外施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光。

等离子体：是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质。

等离子体显示板工作原理：等离子体显示板是利用气体放电来发光的平板显示器件的总称。它属于阴极放电管，其利用加在阴极和阳极间一定的电压，是气体产生辉光放电。单色PDP通常直接利用气体放电时发出的可见光来实现单色显示。彩色PDP通过气体放电发射的真空紫外线照射红绿蓝三基色荧光粉，使荧光粉发光来实现彩色显示。

液晶分类：按分子量大小：低分子液晶与高分子液晶；按形成条件和组成：热致液晶与溶致液晶；按排列有序性：向列相，近晶相，胆甾相

液晶显示器的主要特点：1.低压，微功耗2.平板结构3.被动显示型4.显示信息量大5.易于彩色化6.长寿命7.无辐射无污染8.显示视角小9.响应速度慢10.非主动发光，暗时看不清

7.1试比较光纤通信中直接调制和间接调制的特点。

直接调制：用电信号直接调制半导体激光器或发光二级管的驱动电流，使输出电信号变化。

技术简单，成本较低，容易实现，调制速率受激光器的频率特性所限制。

间接调制：把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现。

调制速率高，技术复杂，成本较高，在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。

7.2试举出激光雷达的三种实际应用。测量：大气检测（公害物质、游离离子和气象因素），水域检测（浮游生物、透明度、水温油污染等为特征的海洋污染），陆地检测（植物存活率的研究和地形勘察），港口的交通管理，空中交通管制，测绘和大地测量。

7.3试说明激光制导分为几种方式。激光寻的制导、驾束制导

7.7试述传感型和传光型光纤传感器的基本含义。传感型：利用光纤本身的特征把光纤直接作为敏感元件，既感知信息也传输信息。传光型：利用其他敏感元件感知待测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光信号。

光电子技术的发展态势分析及应用

光电技术的发展态势分析及应用 学校： 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 时间：

摘要 光电子技术指利用光子激发电子或电子跃迁产生光子的物理现象所能提供的手段和方法。作为具有比电子更高频率和速度的信息载体以其不存在电磁串扰和路径延迟的优点，光电子技术在信息领域的应用无可替代。本文首先对光电子技术的优越性做简单介绍，然后阐述了光电子技术在世界及中国的发展历程，接着叙述了光电子技术在纺织工业，数据的超速传输和获取图像信息方面等方面巨大的应用前景，表现了光电子技术在当今信息时代愈发占有重要的关键地位。 关键词：光电子技术；发展；应用 II

引言 当今全球范围内，已经公认光电子产业是本世纪的第一主导产业，是经济发展的制高点，光电子产业的战略地位是不言而喻的。鉴于此，光电子技术应用的开发被世界各国所关注，新的应用领域也在不断发现中。 光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术，是由光学技术和电子学技术相结合而形成的。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。可以说光电子学技术是电子学技术在光频波段的延伸与扩展。 我国光电子技术和发展，从“六五”起步，开始发展以激光技术为主的光电子技术。1987年科技部把信息光电子列入“863”计划，给予支持，激光科学技术的研究和发展受到国家的很大重视，在国防建设和社会应用上起了重要作用。我国光电子产业的原始基础是军事光学，军用光电子学和红外技术。自60年代以来，我国依靠自己的力量，研制出“神龙”高功率激光装置，激光分离同位素装置，军用靶场激光经纬仪，激光卫星测距仪，高速摄影机，红外扫描仪等重要的军用光电子设备，并在此过程中，形成了实力雄厚的10多个光电子技术研究基地。70年代末，光纤通信的研究和开发也在我国兴起。80年代中期光盘技术和光电平面显示技术也得到发展。我国在"八五"计划期间对一些光电器件企业进行了技术改造，已在"九五"计划中产生了效益。例如，12英寸彩色液晶显示屏已经在1996年投产。国家重大成套通信设备2.5Gbps同步数字系列（SDH）光通信系统，于1997年研制开发成功，现已广泛应用于国家通信骨干网的建设。 总之，我国的光电子技术经过“七五”入轨，“八五”攻坚和“九五”拼搏，在信息光电子方面取得了可喜的成绩。而我国光电子技术理论的迅速发展，更为该领域的可持续发展奠定了坚实的基础。理论是发展的基础，发展是理论的延续。对于较新兴的技术领域更是如此。2000-2005年，我国光电子技术理论论文发表数量从812篇增加到3103篇，6年间增长了282.14%，论文年平均增长率在光电子技术领域的所有专业中最高，这为光电子技术的进一步发展和产业化奠定了厚实的基础。 III

光电子技术安毓英习题答案

第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线 与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 0cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ ΩΦd d e e I = r r e e A dI L θ?cos = 第1.1题图 第1.2题图

光电子技术的应用和发展前景

光电子技术的应用和发展前景 姓名：曾倬 学号：14021050128 专业：电子信息科学与技术 指导老师：黄晓莉

摘要：光电子技术确切称为信息光电子技术，本文论述了一些新型光电子器件及其发展方向 20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输 损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子 产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。

目录 （一）光电子与光电子产业概况 （二）光电子的地位与作用 （三）二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业 （四）国际光电子领域的发展趋势 （五）光电子的应用

（一），光电子及光电子产业概况 光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。 采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。 今天，光电子已不再局限传统意义上的用于光发射、光调制、光传输、光传感等的电子学的一

光电子技术安毓英习题答案(完整版)

第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ=-进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图

光电子技术发展态势及应用

光电子技术发展态势及应用 姓名：刘鹏学号：200910711234 摘要：当今社会正在从工业化社会向信息化社会过渡，在这个社会大变革时期，光电子技术迅速发展，不断渗透到国民经济的各个方面，成为信息社会的支柱之一。本文讨论了光电子的发展历程以及光电子在不同时期的重要发明与应用，同时对光电子技术今后的发展态势做了展望。 引言：光电子技术又名信息光电子技术，是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。20世纪60年代激光问世以来应用于光纤通信、激光、LED.等诸多领域，经历十多年的初期探索，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。 关键词：光电子技术发展历程应用展望 一、光电子技术的概念 光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术【1】。激光器的发明，解决了光频载波的产生问题，从此电子技术的各种基本概念几乎都移植到了光频段。电子学与光学之间的鸿沟在概念上消失了，产生了光频段的电子技术，习惯上简称为光电子技术。从电子学频段扩展的意义上讲，光电子技术就是电子技术在光波段的开拓和发展；从光学发展的角度讲，光电子技术发展需求的牵引，大大促进了相干光学技术的信息化进步。所以，光电子技术也是光电子技术与光学技术相结合的产物。 二、光电子技术的发展历程 最早出现的光电子器件是光电探测器，而光电探测器的基础是光电效应的发现和研究。1888年，德国H.R.赫兹观察到紫外线照射到金属上时，能使金属发射带电粒子，当时无法解释。1890年，P.勒纳通过对带电粒子的电荷质量比的测定，证明它们是电子，由此弄清了光电效应的实质【2】。1900年，德国物理学家普朗克在黑体辐射研究中引入能量量子，提出了著名的描述黑体辐射现象的普朗克公式，为量子论坚定了基础。1929年，L.R.科勒制成银氧铯光电阴极，出现了光电管。1939年，前苏联V.K.兹沃雷金制成实用的光电倍增管。20世纪30年代末，硫化铅（PbS）红外探测器问世，它可探测到3μm辐射。40年代出现用半导体材料制成的温差电型红外探测器和测辐射热计。50年代中期，可见光波段的硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、光敏电阻和短波红外硫化铅光电探测器投入使用。1958年，英国劳森等发明碲镉汞（HgCdTe）红外探测器。在军事需求牵引和半导体工艺等技术发展的推动下，红外探测器自60年代以来迅速发展。 尽管光电子技术历史可追溯到19世纪70年代，但那时期到1960年，光学和电子学仍然是两门独立的学科，因而只能算作光电子学与光电子技术的孕育期，20世纪60年代激光问世开创了光电子技术的新纪元。 激光器是光波短的相干辐射源。它的理论基础是爱恩斯坦在1916年奠定的。当时，爱恩斯坦提出光的发射与吸收可以经过受激吸收，受激辐射和自发辐射三种基本过程的假设。但是，直到1954年，美国C.H.汤斯才根据这个假设，以制

《光电子技术》期末考试试卷(A卷)答案

西南科技大学2009——2010学年第1学期《光电子技术》期末考试试卷（A卷）

西南科技大学2009——2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 31、答： 光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。光子能量是νh，h是普朗克常数, ν是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。5分 光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。所以，光热效应与单光子能量νh的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。5分32、答： 转移效率：电荷包在进行每一次转移中的效率；2分

不均匀度：包括光敏元件的不均匀与CCD的不均匀；2分暗电流：CCD在无光注入和无电注入情况下输出的电流信号；1分灵敏度：是指在一定光谱范围内，单位暴光量的输出信号电压（电流）；1分光谱响应：是指能量相对光谱响应，最大响应值归一化为100%，所对应的波长峰值波长，低于10%的响应点对应的波长称为截止波长；1分噪声：可以归纳为散粒噪声、转移噪声和热噪声；1分 参考答案及评分细则 西南科技大学2009——2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 分辨率：是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力；1分动态范围和线性度：动态范围=光敏元件满阱信号/等效噪声信号，线性度是指在动态范围内，输出信号与暴光量的关系是否成直线关系。1分33、答： 等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气态外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的电场和磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。4分等离子体显示搬是利用气体放电产生发光现象的平板显示的统称。1分等离子体显示技术（Plasma Display）的基本原理：显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。5分

光电子技术的发展及态势分析

光电子技术的发展及态势分析 王亚涛 目录 摘要 (1) 引言 (1) 一，光电子技术的概念和内容 (2) 二，光电子材料的类型及发展 (2) 三，激光技术的应用 (3) 五，光机电一体化 (4) 六，光电的发展及结论 (5) 参考文献： (6) 摘要：光电子技术由光子技术和电子技术结合而成的新技术，涉及光显示、 光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。光电子技术激光在电子信息技术中的应用形成的技术。光电子技术确切称为信息光电子技术。20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。全世界铺设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗低、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。 【关键词】：光电子、信息、光纤、光显示、光储存、光机电一体化。 引言：随着科学的进步，光电子技术得到了蓬勃的发展。他不仅由多科学 互相融合和互相渗透，而且在各个科学领域的应用也十分广泛，如信息光电子技术、通信光电子技术、生物科学和医用光电子技术、军用光电子技术等。随着光电子技术应用的快速发展以及在其他科技领域的渗透，又形成了许多

市场可观、发展潜力巨大的光电子产业，它包括光纤通信产业、光显示产业、光储存产业、光电子材料产业、光电子检测产业、军用光电子产业以及光机电一体化产业。毋庸置疑，光电子技术对推动21世纪信息技术的发展至关重要。 一，光电子技术的概念和内容 光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。 光子学也可称光电子学，它是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学，主要研究光子是如何产生及其运动和转化的规律。所谓光子技术，主要是研究光子的产生、传输、控制和探测的科学技术。现在光子学和光子技术在信息、能源、材料、航空航天、生命科学和环境科学技术中的广泛应用，必将促进光子产业的迅猛发展。光电子学是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软X射线（频率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm） 波段的电子学。光电子技术在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后，90年代，其技术和应用取得了飞速发展，在社会信息化中起着越来越重要 的作用。光电子技术研究热点是在光通信领域，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技持续发展起着举足轻重的推动作用。国内外正掀起一股光子学和光子产业的热潮。光电子技术是光学技术和电子学技术的融合，靠光子和电子的共同行为来执行其功能，是世纪之交继微电子技术之后迅速兴起的一个高科技领域，在当今信息时代愈发占有重要的关键地位。它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多 年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。 二，光电子材料的类型及发展 光电子材料是在光电子技术领域应用的，以光子、电子为载体，处理、存储和传递信息的材料。光电子技术是结合光学和电子学技术而发展起来的一门新技术，主要应用于信息领域，也用于能源和国防领域。已使用的光电子材

张永林 第二版《光电子技术》课后习题答案.doc

1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV 1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。 1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。 Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx 1.4一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm ）发出激光的功率为2mW 。该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。 求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。 若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。 322 51122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.362 1.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0 ()0.3v m e v v v v v v v v v v v K V lm d I d S Rh R R I cd dI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=???=Φ?Φ= =Ω?Ω ??Ω===-?Φ===?--??====??Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=??'2' ''22 2' '2'2 '100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v v v v v v v v l m r m P d r M E L dS l r L d dM l L cd m d dS d πθπθπ =>>=Φ===??Φ====ΩΩ

光电子技术教学大纲教材

理论（含课内实验）课程教学大纲模板 《光电子技术》教学大纲 一、课程基本信息 1、课程名称:光电子技术：全称（英文）Optoelectronics Technology 2、课程代码：B1309064 3、课程管理：数理学院应用物理教研室 4、教学对象：应用物理 5、教学时数：总时数48 学时，其中理论教学32学时，实验实训16 学时。 6、课程学分：3 7、课程性质：专业选修课程 8、课程衔接： （1）先修课程：光学、电磁学、原子物理学、量子力学、模拟电子技术 （2）后续课程： 二、课程简介 光电子技术是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的，是一门新兴的综合性交叉学科，已经成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分，以光电子学为基础的光电信息技术是当前最为活跃的高新技术之一。该课程介绍光电子技术的理论和应用基础，介绍光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展。该课程在阐明基本原理的同时，突出应用技术，使学生能够把握光电子技术的总体框架，有兴趣、有信心投入实践和创新活动。 三、教学内容及要求 第一章光电系统的常用光源 （一）教学目标 掌握常用的光源及光度学的基本知识；了解发光二级管的新进展。 （二）教学节次及要求 第一节辐射度学和光度学的基础知识 1、掌握辐射度学和光度学的基础知识； 2、了解辐射度学和光度学之间的关系与联系。 第二节热辐射光源 1、掌握热辐射光源的基本原理； 2、了解黑体辐射器、白炽灯和卤钨灯的原理。 第三节气体放电光源 1、掌握气体放电光源； 2、了解气体放电光源的特点以及各种不同类型的气体放电光源。 第四节激光器 1、掌握激光器的基本原理以及半导体激光器的结构； 2、了解各种不同的激光器的发光机理。

光电子技术基础复习题

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*103 k 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。δ=1/（e h υ /kT -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、产生激光的重要机理是 答：受激辐射 9、从能级理论出发，解释Nd:YAG 激光器工作原理（p44-45） 10、解释增益饱和效应 答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应。 11、两种介质A 、B 的折射率分别为nA=1，nB=1.2，当光从B 传播到A 时，计算：1）发生全反射的零界角 2）布鲁斯特角 答：1.θc =arcsin （n 2/n 1）（n 1>n 2） =arcsin （1/1.2）=56.44° 2. tan θ=n 2/n 1 θ=arctan （n 2/n 1） =arctan （1/1.2）=39.8° 12、人体辐射出射度的峰值波长为（ ） 答：由维恩位移律λmT=b 得 λm =b/ T =2.898*10-3/（37+273）=9.35*10-6m 13、红宝石激光器利用（氙灯）作为泵浦源。 14、光纤长距离通信中传播信息光的波长为(1550nm)，在接收端光电二极管所使用的材料是(InGaAs) 15、某阶跃光纤：n1=1.490, n2=1.480,则光纤的临界传播角为多少？ 答: α=arcsin （n 2/n 1）=arcsin （1.48/1.49）=83.4° 16、某平板介质波导：2a=10μm, n1=1.480, n2=1.470,则该波导的截止波长为多少？ 答：平板v=π/2（光纤v=2.405） V=（2πa/λc ）2 221n n - λc =2πa 2 2 21n n -/ V=（10*π2247 .148.1-）/（π/2）=3.44μm 17、已知某平板介质波导：2a=80μm, n1=1.490, n2=1.470,入射光波长为λ=1μm ，在该波导中存在的模式数为 答：M=V 2/2=(π/2)2/2=1 18、解释材料色散产生的原因 答：材料色散：是由于折射率随波长变化的，而光源都具有一定的波谱宽度，因而产生传播时延差，引起脉冲展宽。 补充： 模式色散：在阶跃光纤中，入射角不同的光波在光纤内走过的路径长短不同，在临界角上传输的光路最长，沿光纤轴线传输的光路最短，由此引起时延差而产生模式色散。 波导色散：是由光纤的几何 结构决定的色散，它是由某一波导模式的传播常数β随光信号角频率w 变化而引起，也称为结构色散。 19、简述谐振腔的作用 答：使光只能沿着轴线方向往返运动（方向性） 筛选光频率，只能使满足干涉相干条件频率的光能在腔内往返运动（单色性） 增加光强度，实现光放大（高亮度） 20、半导体激光器实现光放大的物质条件是什么 答：PN 结附近或导带电子和价带空穴相对反转分布 21、激光产生的条件具体有那些 答：必要；粒子数反转分布和减少振荡模式数 充分；起振和稳定振荡 计算：1）入射光波长为1550nm ，Pin=0.05W ，Pout=0.002W ，估算光纤中信号能传输的最远距离。 2）光源为激光，λc=1550nm,光源脉宽Δλ=0.5nm ，假设信号传输1km ，计算由于材料色散造成的脉冲信号展宽σ。 3）只考虑材料色散，估算信号 在光纤中传播1km 的bit rate 的最大值。 答：1. α=10lg(p i /p o )/L L=10*lg （0.05/0.002）/0.36=38.8m 2. σ=Δλdn/cd λ=0.5*10-9/3*108=1.7*10-18s/m 3.B<=1/（4Δτ） Δτ=L|D m |Δλ 24、已知输入信号频率最大值为 1kHz ，输入信号峰值为3V ，脉冲编码调制采用4位编码 则：1）采样频率最小值为？ 2）采用有舍有入的方式，量化单元为？由此产生误差的最大值为？ 答： 25、KDP 晶体的纵向电光效应中，Δφ=？V π=？ 答：Δφ=（2π/λ）n 03γ63v V π=λ/（2 n 03γ63）=πC/（wn 03γ63） 26、电光强度调制中如何解决信号失真问题？推导解决失真后的透射率表达式。 答：a.在调制晶体上加一个恒定的直流电压V=Vn/2，该直流电压使两束光产生相位延迟π/2； b ．在光路中增加一片λ/4波片 27、调制:将欲传递的信息加载到激光 辐射上的过程。 28、脉冲编码调制是把模拟信号先变 成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制。 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程:抽样、量化和编码。 抽样：将连续的信号分割成不连续的脉冲波，且脉冲序列的幅度与信号波的幅度相对应。要求取样频率比传递信号频率的最大值大两倍 以上。 量化：把抽样后的脉冲幅度 调制波分级取整处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。 编码：用量化的数字信号变 成相应的二进制代码的过程，用一组等幅度、等宽度的脉冲作为码元。 29、解释电光效应 答：某些晶体在外加电场作用下，折射率发生变化，当光波通过此介质时，其传播特性就会受到影响。 30、解释半波电压 答：光波在光晶体中传播时，当光波的两个垂直分量的光程差为半个波长时所需要加的电压，称为半波电压。 32、渡越时间对调制信号频率有什么影响？ Δфo 是当ωm τd <<1时的峰值相位延迟；γ称为高频相位延迟缩减因子，表征因渡越时间引起的峰值相位延迟的减小程度。只有当ωm τd <<1。即τd << T m / 2π时， γ=1，即无缩减作用。说明光波在晶体内的渡越时间必须远小于调制信号的周期，才能使调制效果不受影响。 33、某电光晶体n=1.5，L=1cm ，ωm τd =π/2,则调制信号最高频率为？ 答：f m =w m / 2π=1/4τd =c/4nL=3*108/（4*1.5*0.01）=5*109Hz 34、解释声光效应（p136-137） 答：当光在建立起超声场的介质中传播时，由于弹光效应，光介质中的超声波衍射或散射的现象。 补充：介质光学性质的变 化，不仅可以通过外加电场的作用而实现，外力的作用也能够造成折射率的改变，这种由于外力作用而引起介质光学性质变化的现象称为弹光效应。 36、声光调制器件由声光介质，电——声换能器，吸声装臵以及电源组成。 采用布喇格衍射。 35、声光效应中发生Bragg 衍射的条件是什么？Bragg 衍射的特点是？ 答：条件：1）超声波频率足够高L=λs /λ 2）光线倾斜入射，当入射角θB 满足2λs sin θB =λ产生布喇格衍射 特点：1）衍射光只有0级，+1 或-1级，布喇格衍射效应制成的声光器件效率比较高。 2）两级衍射光夹角为2 θB 3）衍射效率 η=I 0/I i =sin 2[（π L/2 λ） s P M H L 2)/(]=sin 2 [πL/ 2λs I M 2] 37、调Q 的目的是压缩脉冲宽度，提高峰值功率。 38、解释激光器的Q 值？Q 值和激光器的损耗之间有什么关系？ 答：Q 值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标—品质因数。 品质因子Q 与谐振腔的单 程总损耗的关系 Q=2πW/P=2π/λα总 39、叙述调Q 的过程？ 答：过程1.在泵浦过程的大部分时间里（t-t 0）谐振腔处于低Q 值状态，故阈值很高不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，直至t 0时刻，粒子数反转达到最大值Δni 过程2. t 0时刻Q 值突然升 高（损耗下降），振荡阈值随之降低， 于是激光振荡开始建立。由于此Δni>>Δnt （阈值粒子反转数），因此受激辐射增强非常迅速，激光介质存储的能量在极短时间内转变为受激辐射场的能量，结果产生了一个峰值功率很高的窄脉冲。 41、叙述声光调Q 的原理。 答：利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的反射损耗。 40、叙述电光调Q 的原理。 答：电光调Q 是指在激光谐振腔内加臵一块偏振片和一块KDP 晶体。光经过偏振片后成为线偏振光，如果在KDP 晶体上外加λ/4电压，由于泡克尔斯效应，使 往返通过晶体的线偏振光的振动方向改变π/2。如果KD*P 晶体上未加电压，往返通过晶体的线偏振光的振动方向不变。所以当晶体上有电压时，光束不能在谐 振腔中通过，谐振腔处于低Q 状态。由于外界激励作用，上能级粒子数便迅速增加。当晶体上的电压突然除去时，光束可自由通过谐振腔，此时谐振腔处于高Q 值状 态，从而产生激光巨脉冲。电光调Q 的速率快，可以在10-8秒时间内完成一次开关作用，使激光的峰值功率达到千兆瓦量级。如果原来谐振腔内的激光已经是线 偏振光，在装臵电光调Q 措施时不必放臵偏振片。 42、什么是单模光纤？成为单模光纤的条件是什么？ 答：只允许基模通过的光纤为单模光纤。 条件：V=（2πa/λc ）2 221n n -<2.405 光纤直径很小、λ>λc 43、试比较单模光纤和多模光纤的区别（阶跃光纤） 答：单模光纤的数值孔径比较大，单 模光纤只允许基模通过而多模光纤则允许若干个模式通过。单模芯径为8~10μm ，多模光纤的芯径为50~100μm. 44、光纤中存在哪几种损耗 答：吸收损耗：当光波通过任何透明物质时，都要使组成这种物质的分子中不同振动状态之间和电子的能级之间发生跃迁。这种能级跃迁时， 物质吸收入射光波的能量引起的光的损耗。 散射损耗：由于光纤制作工艺上 的不完善，例如有微气泡、杂质和折射率不均匀以及有内应力等，光能在这些地方会发生散射，使光纤损耗增大。 弯曲损耗：光纤弯曲是引起光纤 损耗的另一个重要的原因。光纤是柔软的，可以弯曲。弯曲的光纤虽然可以导光，但是会使光的传播路径改变，使得光能渗透过包层向外泄漏而损失掉。 45、解释瑞利散射 答：物质散射中最重要的是本征散射，也成为瑞利散射。本征散射是由玻璃熔制过程中造成的密度不均匀而产生的折射率不均匀引起的散射。瑞利散射与波长的四次方成反比。瑞利散射引起的损耗： αRs =（A/λ4）（1+B Δ） 46、光纤通信中常用的波段的波长是多少？为什么使用该波长？ 答：光在Sio 2中传输 850nm （损耗比较小）、1300nm （色散最小）、1550nm （损耗最小） 48、光纤的基本结构是什么？每部分的作用是什么？ 答：基本结构：护套、涂敷层、包层和纤芯

光电子技术发展态势分析.doc

光电子技术发展态势分析 2020年4月

光电子技术发展态势分析本文关键词：光电子，技术发展，态势，分析 光电子技术发展态势分析本文简介：摘要：随着科技的不断进步，光电子技术应运而生，并且在社会发展过程中发挥着越来越重要的作用。虽然光电子技术应用的领域越来越广泛，人们对于“光电子技术”这一名词听到的频率越来越大，然而光电子技术到底是怎样一种技术、是如何发展起来、又将朝着什么方向继续发展，这些问题对于人们来说则是相对陌生的。为了加强人们 光电子技术发展态势分析本文内容： 摘要：随着科技的不断进步，光电子技术应运而生，并且在社会发展过程中发挥着越来越重要的作用。虽然光电子技术应用的领域越来越广泛，人们对于“光电子技术”这一名词听到的频率越来越大，然而光电子技术到底是怎样一种技术、是如何发展起来、又将朝着什么方向继续发展，这些问题对于人们来说则是相对陌生的。为了加强人们对光电子技术的认识并且促进我国光电子技术水平的提高，文章将对光电子技术的发展进行概述，指出光电子技术在各领域的实际应用，进而对于光电子技术的发展前景进行分

关键词：光电子技术；技术应用；发展态势 前言 光电子技术是一项非常复杂的技术，其涉及的学科领域非常多，如电子学、光学、光电子学、计算机学等。光电子技术作为当代科技的重要内容之一，其在社会信息化过程中发挥着举足轻重的作用。光电子技术作为推动社会向前发展的力量，其存在意义重大，值得各国投入大量的资本进行研究。伴随着光电子技术应用的广泛化，国内外学者都加大了对光电子技术的研究，推动着光电子技术的不断创新与发展。加强光电子技术的应用，对于促进社会经济的发展有着非常重大的影响。

光电子技术解题指导

习 题1 1.1 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解答：因为Ω Φd d e e I = ，且在立体角内的辐射通量全部照在面元上。 面元的 ? ?Φ=Φ=Φ?Ω=Φe e e e e d I d I d d e 根据立体角定义可知：2 0cos d l ds α = Ω，这里的0=α，代入上式， 得到：20 2 e πd l R I I c e e =Ω=Φ? 解答完毕。 1.2 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解答：因为s s e s e e A I ds dI L θθcos cos ?== ，推出：s s e e A L I θcos .?= l 0 S R c 第1题图 L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第2题图

又因为Ω?=Φ?Ω Φ= d A L d I s s e e e e θcos .d d 推出： 2 02 cos .cos .cos .cos .cos .l A A L l ds A L d A L c c s s e c s s e s s e e θθθθθ??= =?=Ω?=Φ? ? 最后根据2 cos .cos .d d l A L A E c c s e e e θθ?= Φ= ? 解答完毕。 1.6 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长λm 随温度T 的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出 常数=T m λ。这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为 2.898?10-3 m ?K 。 解答：在普朗克公式 ()??? ?? ? -???? ??= 1ex p 252 T k hc hc T M B b e λλπλ 中，为运算简便起见，令2 12hc C π=，T k hc x B λ= 则λλλd Tx hc k d T k hc dx B B 2 2- == 将上述各量代入普朗克公式中，得到：()() 1 555 551-=x B b e e c h T k x C T M λ 根据维恩位移定：()( ) ( ) 01 5.1254555 51=---=x x x B b e e e x x e c h T k C dx T dM λ 推出055=--x x xe e ，用近似法解此超越方程，得到：

光电子技术安毓英版答案

习 题1 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：ΩΦd d e e I =， 20 2 πd l R c =Ω 20 2 e πd d l R I I c e e ==ΩΦ 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：用定义r r e e A dI L θ?cos = 和A E e e d d Φ=求解。 3.假设有一个按郎伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度e L 均相同。试计算该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度。 解：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量，因为余弦辐射体的辐射亮度为 eo e eo dI L L dS = = 得到余弦辐射体的面元dS 向半空间的辐射通量为 0e e e d L dS L dS ππΦ== 又因为在辐射接收面上的辐射照度e E 定义为照射在面元上的辐射通量e d Φ与该面元的面积dA 之比，即e e d E dA Φ= 所以该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度为e e d L dS E A π= 单位是2 /W m 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 解： 不是热辐射。 5刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总显得特别黑暗，这是为什么？ 解：因为刚粉刷完的房间需要吸收光线，故从房外远处看它的窗口总显得特别黑暗 第1题图 第2题图

光电子技术的发展与应用

题目：光电子技术的发展与应用 姓名：刘欢 学号：2015953024 班级：光电一班 指导老师：李宏棋 日期：2018.12.1

目录 1摘要：___________________________________________________________________________3 2光电子技术的发展________________________________________________________________3 2.1世界光电子技术和产业的发展__________________________________________3 2.2我国的光电子技术和产业的发展________________________________________4 3光电子技术的应用探讨____________________________________________________________5 3.1在通信领域的应用____________________________________________________________5 3.2在军事领域的应用 _____________________________________________________________5 3.3在医药领域的应用 _____________________________________________________________5 3.4在工业领域的应用 _____________________________________________________________5 3.5在光通信的应用__________________________________________________6 3.6在RS光应用的应用___________________________________________________________6 3.7在光智能的应用______________________________________________________________7 3.8在矿井安全中的应用__________________________________________________________7 4结论__________________________________________________________________________7参考文献： ________________________________________________________________________8