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。 ⒋ 举出几个你所知道的光电子技术应用实例。
如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。
⒌ 据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？ 等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL）。
chap 2
增透膜最小厚度h=
λ4n
2nn2
n0−ng ×cos22πnh+ 0g−n ×sin22πnhλ0nλ0
2n0ng22πnh2πnh
n0+ng ×cos2+ +n ×sin2
λ0nλ0
n
n0− H
nLnn0+ HnL
2pn2
HnG2pn2H
nG
正入射的反射率增透膜ρ
正
= n0空气折射率=1 ng玻璃折射率=1.5
2
正入射的反射率增返膜ρ
正，λ0
=
光粒子性：光吸收、发射和光电效应 光波动性：干涉、衍射和偏振
Chap3
1粒子跃迁过程 自发辐射，受激吸收，受激辐射
2判断是否为稳定腔的条件0≤s1s2≤1 S1=1−
Lr1
S2=1−
Lr2
3激光器的基本结构：激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。 4激光产生的充分条件：阀值条件和增益饱和效应，
必要条件：粒子数反转分布和减少谐振腔模式数
5.受激辐射：
出于激发态E2上的原子，在频率为υ射出能量为hυ
21的外界光信号条件作用下，从
E2能级跃迁到E1能级上，在跃迁过程中，原子辐
21、与外界光信号处于同一状态的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光粒子，产生更多状态相同的光
子，这样，在一个入射光子的作用下，就可以产生大量运动状态相同的光子，这一发射过程称为受激辐射过程 6谱线的多普勒加宽：
多普勒展宽是由于气体物质中做热运动的发光粒子所产生的辐射的多谱勒频移引起的。 7谱线的自然加宽：
多普勒展宽是由于粒子纯在固有的自发跃迁，从而导致它在受激能级寿命有限所形成的 8光放大
υ ，且N1 g2 υ21 ρυ21 dΙ υ21 Ι υ21 光速在激活介质中传播是，设射入端面处光强为Ι== N2 g1g2 −N1 B21hdt>0课件光强在激活介质中不断放大，为此我们引入激活介质的增益系数G υ = dΙ υ , dΙΙ υ dx υ 是传播距离dx时光强的增量。这说明:介质的增益系数在数值上等光束强度在传播单位长度的距离时，光强增加的百分 数。由于 dΙ υ >0,因而G υ 可以表示光在激活介质当中的放大特性。 9自发辐射功率与受激辐射功率相等条件 Exp（hυ321kT ）-1=1 2nπλ 10纵模：L为谐振腔长度Δφ=11激光的特点： 2L=q2π q=1,2,3… Δυ q = c2nL ，Δq= ΔυT +Δυq 1 方向性好，单色性好，相干性好，亮度高。信息光电子技术中所用的光源着重单色性、高速脉冲性、方向性、可调谐性和高能量密度等。激光正式满足这些条件的最好光源。 12激光器的基本组成和产生激光的基本原理-------------以三能级为例 激光器的基本结构包括激光工作物质、泵浦源、和光学谐振腔。 （画三能级图）如图所示，其中E1 是基态，E2 是亚稳态，E3 是激发态。外界激发作用使粒子从E1 能级跃迁到E3 能级。跃迁到E3 的粒子很快迁到E2 能级。因而粒子在E2 能级上大量积聚起来，当把一半以上的粒子抽运到E2，就实现了粒子数反转分布，此时若有光子能量为hυ＝E2－E1 的入射光，则将产生光的受激辐射，发射hυ的光，从而实现光放大。 泵浦源提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因。事实上，激光器不过是一个能量转换器件，它将泵浦源输入的能量转变成激光能量。主要有以下几种泵浦方式：①光激励方式②气体辉光放电或高频放电方式③直接电子注入方式④化学反应方式。 光学谐振腔为激光器提供反馈放大机构，使受激发射的强度、方向性、单色性进一步提高。不论哪种光学谐振腔，它们都有一个共同特性，那就是都是开腔，即侧面没有边界的腔，这使偏轴模不断耗散，以保证激光定向输出。谐振腔分为稳态腔（低损耗腔）和非稳定腔（高耗散腔）两大类。 13分析激光产生的条件 激光产生的两个必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数，要形成稳定的激光输 出还要满足起振和稳定振荡两个充分条件。 粒子数反转分布指能级上的粒子数分布满足条件 N1g1 < N2g2 ，相应地有dρ υ 21 >0，表示光束在粒子数反转分布状态下的工作物质 中的工作物质中传播时，光能密度将不断增加。我们称这种状态的物质为激活介质。 要想得到方向性很好、单色性很好的激光，仅有激活介质时不够的，这是因为：第一：在反转分布能级间的受激发射可以沿各个方向产生，且传播一定的距离后就射出工作物质，难以形成极强的光束；第二，激发处的光可以有很多频率，对应很多模式，每一模式的光都将携带能量，难以形成单色亮度很强的激光。欲使光束进一步加强，就必须使光束来回往复地通过激活介质，使之不断地沿某一方向得到放大，并减少振荡模式数目。由于光束在腔内多次的来回反射，极少频率的光满足干涉相长条件，光强得到加强，频率得到筛选，特别是在谐振腔轴线方向，可以形成光强最强、模式数目最少的激光振荡，而和轴线有较大夹角的光束，则由侧面逸出激活介质，不能形成激光振荡。 光在谐振腔内传播时，由于<1，光在镜面上总有一部分投射损失，且镜面和激活介2 R质总还存在着西都、散射等损失，因而只有光的增益能超过这些损失时，光波才能被放大，从而在腔内振荡起来，，我们称这个条件为振荡阈值条件。 往返一次光束强度变化过程为Ι 1 =Ι 0GL,Ι2 =Ι 1R2,Ι3=I2GL,Ι 4 =Ι 3R1，于是I4 2 =I0R1R2GL如果I4 理论和时间结果表明：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成都时，增益系数将随光强的增大而减小，即G(υ) 应写为G(υ,I )。这种G(υ,I )随着I 的增大而减小的现象，称为增益饱和效应。它是激光器建立稳态振荡过程的稳定振荡条件。 14简述光谱线展宽的分类，每类的特点与光谱线型函数的类型。 均匀展宽： 引起均匀展宽的机制对于每一粒子而言都是相同的。任一粒子对谱线展宽的贡献都是一样的，不可能把线型函数某一特定频率与某些特定粒子相联系起来，每个发光粒子都以洛伦兹线型发射。均匀展宽又包括自然展宽、碰撞展宽和热振动展宽等。 非均匀展宽： 非均匀展宽的特点使粒子体系中粒子的发光只对谱线内与其中心频率相对应的部 分有贡献，可以区分为线型函数的某一频率范围是由哪些粒子发光所引起的。这种 展宽主要包括多普勒展宽与残余应力展宽。 15激光器按激光工作介质来划分可分为几类？各举出一个典型激光器， 按激光工作物质的类型有如下划分： a气体激光器 根据气体激光工作物质的能级跃迁类型，又可将之分为原子、离子、分子、准分子型气体激光器。原子气体激光器最常见的是He-Ne 激光器， b液体激光器 这种激光器又可分为无机液体激光器和有机液体激光器。其中最重要的一类是染料激光 器，若丹明6G 染料激光器。 c固体激光器 典型的例子有Nd:YAG（掺钕的钇铝石榴石激光器）。 d半导体激光器 AlGaAs/GaAs 量子阱激光器的波长是980nm，平均功率为0.2W， 5分析同质结半导体激光器与发光二极管的区别与联系。 同质结半导体与发光二极管的区别：发光二极管的结构公差不严格，而半导体激光器需要精确控制制造工艺，以保证两个端面形成极为光滑平整且互相平行的光学谐振腔。当低于激光阈值时，注入式激光器就像一个发光二极管，无规律地发光； 6常用的调Q技术 转境调Q技术 染料调Q 技术 电光调Q 技术 声光调Q 技术 Chap4 1什么是光波导？平面介质光波导中几类模式各有何特点？ 光波导就是能使光低损耗传输的通道，它将光限制在一定路径中向前传播，减少了光的耗散，便于光的调制、耦合等，为光学系统的固体化、小型化、集成化打下了基础。 θ>θc12≥θc13 导模 θc13<θ<θc12 衬底辐射模 θ<θc12,θc13 包层辐射模 2几何光学和物理光学在分析平面介质光波导中光传输时各自的出发点是什么？ 几何光学分析法从介质界面观点出发得出，光波导的基本原理是光在介质表面的全反射。物理光学分析是从麦克斯韦方程出发，分析电磁场在三层波导中的分布情况，从而得出波导中光波导传播情况的方法。 3 光纤的基本结构是什么？单独的纤芯可否作为光波导？包层的作用是什么？光纤传输光的基本原理是什么？什么是传输模、辐射模和消逝模？ 光纤由传导光的纤芯（折射率n1）和外层的包层（折射率n2）两同心圆形的双层结构组成， 且n1 包层对纤芯起保护作用，包括增加光纤的机械强度，避免纤芯接触到污染物，以及减少纤芯表面上由于过大的不连续性（即界面两边的折射率差别过大）而引起的散射损耗率。 光波在光纤中传播有3 种模式，导模（传输模），漏模（泄漏模）和辐射模。 导模是光功率限制在纤芯内传播的光波场，又称芯模。其存在条件是n 2k 0< β < n1 k0。在纤 芯内电磁场按振荡形式分布，为驻波场或传播场，在包层内场的分布按指数函数衰减，为衰减场，模场的能量被闭锁在纤芯内沿轴线Z 方向传播。 漏模是在纤芯及距纤壁一定距离的包层中传播的光波长，又称包层模。其存在条件是n2 k0= β。在纤芯中的没长能量可通过一定厚度的“隧道”泄漏导包层中，形成振荡形式， 但其振幅很小，传输损耗也很小。 辐射模在纤芯和包层中均为传输场，其存在条件是β < n2 k0。在此条件下，波导完全处于介质状态，光波在纤芯与包层的界面上因不满足全反射条件而产生折射，模场能量向包层逸出，光纤失去对光波场功率的限制作用。 4模式数计算和波导层厚度计算 归一化频率V= 2πd n21λ −n22 传播模式数m≤π V− 1δ 12+δ13 2 δ 12 +δ 13为总反射相移 2数值孔径 N.A= n21−n2=n0sinφ max 单模传播时要求v<2.405 Chap 5 1. 对光进行外调制有哪些典型方式？ 激光外调制可分为体调制和光波导调制两类。体调制器的体积交大，所需调制电压和消耗的调制功率都较大；光波导调制器则是制作在薄膜光波导或条形光波导上，因而体积小巧、驱动电压低、功耗小。 15. 某晶体在550nm 时的r63=5.5*10-12m/v，无外场时的主折射率为1.58，求其半波电压 Vπ=π/k0n03r63=λ/2n03r63=12676.5v Chap 6 1. 光探测器的物理效应主要有哪几类？每类有哪些典型效应？ 光电探测器的物理效应可以分为三大类：光电效应、光热效应和波相互作用效应。 光电效应：内光电效应，外光电效应； 光热效应：温差电效应，热释电效应。 热释电效应：非线性光学效应，超导量子效应 2.说明内光电效应和外光电效应的差别。 (1)内光电效应发生在物质内部，外光电效应发生在物质表面； (2)内光电效应主要体现为载流子的产生效应，外光电效应主要体现为表面电子发射现象； (3)内光电效应中的红限与半导体禁带宽度成反比，而外光电效应中的红限与表面逸出功成反比。 3. 说明光电倍增管的基本组成及其作用。 光电倍增管由光电阴极C、一系列倍增电极D、收集阳极A 三大部分密封在真空外壳中组成。倍增电极，即能发射二次电子的电极，其电位与阴极相比逐渐升高，一般极间电位差为100V。光电阴极是光电倍增管的关键部分，它将入射光转换为电流，决定着探测器的波长响应特性及极限灵敏度。收集阳极用来汇总经一系列光电倍增管作用而在最后一级倍增阴极产生出的数目巨大的二次电子。 4. PIN 光电二极管，受波长为1.55μm 的6×1012个光子的照射，其间输出端产生2×1012 个光子。计算量子效率和响应度。 由量子效率定义得：η=2×1012/6×1012=0.33 由响应度定义式得：R=vs/p=po/ic/hvN1 再由得出η= Ic hυ/ eP 得出：Ic=ηeP/ hυ 代入上式得: R=N2 /ηeN12=1/eN1= 1.042×106 V/ W Chap7 1. 什么是三基色原理？彩色重现是什么含义？ 三基色原理指自然界中客观存在的任一种颜色均可以表示为三个确定的相互独立的基色的线性组合。实用上常选择红(R)、绿（G）、蓝（ B）作为三基色。将三基色按一定比例混和调配，就可模拟各种显示颜色。荧光粉与白场选定后，对图像的亮度、色调和饱和度三参量的电信号进行色度编码，通过矩阵电路使其何曾为发送端的编码矩阵，并使摄像端的综合光谱相应曲线分别与显像三基色混色曲线一致，从而使输出的三路电信号功率谱正好与显像端要求的比例关系相吻合；在接受端，用矩阵电路实现解码，用取出的三基色图像信号控制彩色显象管的三个电子束，激发相应荧光粉发光，即可实现彩色重现。 7. 什么是等离子体？简述等离子体的特性、分类及主要参数。 等离子体就是高度电离化的多种粒子存在的空间，其中带电粒子有电子、正离子，不带电粒子有气体原子、分子、受激原子、亚稳原子等。等离子体具有如下特性： Ⅰ气体高度电离。Ⅱ具有很大的带电粒子浓度。Ⅲ具有电振荡特性。Ⅳ具有加热气体的特性。Ⅴ稳定情况下其中的电场相当弱，且电子与气体原子频繁碰撞，可看做热运动。根据等离子体中各种粒子的能量分布情况将等离子体分为如下两类：Ⅰ等稳等离子体。Ⅱ非等温等粒子体。 表征等离子体的主要参量有：Ⅰ电子温度e T Ⅱ电离强度 Ⅲ轴向电场强度 Ⅳ带电粒子浓度 Ⅴ杂乱电子流密度 8. 简述等离子显示的主要发展水平和研究动向。 等离子体显示自1964 年发明以来，在不到40 年的时间里迅速发展，现在有关技术已经成熟，大屏幕壁挂电视已经商品化并被认为是最具发展前途的平板电视发展方向。PDP 具有：固有的存储性能、高亮度、高对比度、能随机书写与擦除，长寿命、大视角、易于计算机互连等优点。PDP 目前的研究方向主要集中在： Ⅰ多线数，大屏幕。Ⅱ长寿命。Ⅲ提高分辨力。Ⅳ彩色化。Ⅴ简化驱动电路。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容