光電子技術(shù)復(fù)習(xí)總結(jié)

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載光電子技術(shù)復(fù)習(xí)總結(jié)一、光的基礎(chǔ)學(xué)問及發(fā)光源1.光的基本屬性？光具有波動和粒子的雙重性質(zhì)，即具有波粒二象性；2.激光的特性？（1）方向性好（ 2）單色性好（ 3）亮度高 4相干性好3.玻爾假說：定態(tài)假設(shè)和躍遷假設(shè)？（1）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)出也不吸取電磁輻射能；原子定態(tài)的能量只能實行某些分立的值e1 、 e2 、en ，而不能實行其它值；（2）躍遷假設(shè)；只有當(dāng)原子從較高能量en 的定態(tài)躍遷到較低能量em 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？ 受激吸取、自發(fā)輻射、受激輻射5.亞穩(wěn)態(tài)？自發(fā)輻射的過程較慢時，粒子在e2 能

2、級上的壽命就長，原子處在這種狀態(tài) 就比較穩(wěn)固；壽命特殊長的激發(fā)態(tài)稱為亞穩(wěn)態(tài) ；其壽命可達 10-31s，而一般激發(fā)態(tài)壽命僅有 10-8s；6.受激輻射的光子性質(zhì)？受激輻射的光子的頻率、振動方向、相位都與外來光子一樣；7.受激吸取和受激輻射這兩個過程的關(guān)系？宏觀表現(xiàn)？兩能級間受激吸取和受激輻射這兩個相反的過程總是同時存在，相互競爭， 其宏觀成效是二者之差； 當(dāng)吸取過程比受激輻射過程強時，宏觀看來光強逐步減弱；反之，當(dāng)吸取過程比受激輻射過程弱時，宏觀看來光強逐步加強；8.受激輻射與自發(fā)輻射的區(qū)分？最重要的區(qū)分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、振動方向都有肯定的任意性，而受激輻

3、射所發(fā)出的光子在頻率、相位、振動方向上與激發(fā)的光子高度一樣，即有高度的簡并性；9.光譜線加寬現(xiàn)象？由于各種因素影響，自發(fā)輻射所釋放的光譜并非單色，而是占據(jù)肯定的頻率寬度，分布在中心頻率v0 鄰近一個有限的頻率范疇內(nèi)，自發(fā)輻射的這種現(xiàn)象稱為光譜線加寬；10.譜線加寬的緣由？學(xué)習(xí)必備歡迎下載由于能級有肯定的寬度，所以當(dāng)原子在能級之間自發(fā)發(fā)射時，它的頻率也有一個變化范疇 vn.11.譜線加寬的物理機制分為哪兩大類？它們的區(qū)分？ 分為勻稱加寬和非勻稱加寬兩大類；勻稱加寬 ：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外形與發(fā)光粒子相同；非勻

4、稱加寬： 引起譜線加寬的物理因素對介質(zhì)中的每個發(fā)光原子不肯定相同，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外形與發(fā)光粒子不同；12.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肯定精確等于粒子中心頻率時才發(fā)生受激躍遷； 而在 v=v0 鄰近范疇內(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；13.參加一般光源的發(fā)光的光與物質(zhì)共振相互作用過程？常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽等地發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外來能量（如光能、電能、熱能等）

5、作用時，原子中的電子就會吸取外來能量而從低能級躍遷到高能級，即原子被激發(fā)；激發(fā)的過程是一個“受激吸取”過程；處在高能級（ e2的電子壽命很短（一般為10-810-9 秒），在沒有外界作用下會自發(fā)地向低能級（e1）躍遷，躍遷時將產(chǎn)生光 （電磁波）輻射；輻射光子能量為h=e2-e1；14.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)分布和削減振蕩模式充分條件： 起振和穩(wěn)固振蕩（形成穩(wěn)固激光）15.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) :這種介質(zhì)可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得激光的必要條件；泵浦源： 將粒子從低能級抽運到高能級態(tài)的裝置，稱為泵浦源；供應(yīng)能量來鼓勵工作物質(zhì)，建立粒子數(shù)

6、反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)；諧振腔： 作用是限制輸出模式，同時仍對激光頻率、功率、光束發(fā)散角及相干性都有影響；16.增益飽和現(xiàn)象？二能級系統(tǒng)為什么不能充當(dāng)激光工作物質(zhì)？在二能級系統(tǒng)中，由于發(fā)生受激吸取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(shù)相等而使系統(tǒng)趨向穩(wěn)固，不能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因而不能充當(dāng)工作物質(zhì)；17.三能級和四能級系統(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)學(xué)習(xí)必備歡迎下載的效率高？三能及系統(tǒng)： 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 的粒子被抽運到激發(fā)態(tài)e3 上，e1 上的粒子數(shù) n1 隨之削減；但由于 e3

7、 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；三能級激光器的效率不高，緣由是抽運前幾乎全部粒子都處于基態(tài)，只有鼓勵源很強而且抽運很快，才可使n2 > n1，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；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)；由于這時低能級 e1 不是基態(tài)而是激發(fā)態(tài)， 其上的粒子數(shù)原來就極少， 所以只要亞穩(wěn)態(tài)e2 上的粒子數(shù)稍有積存，就簡單達到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， e

8、3 上的粒子數(shù)向e2 躍遷， e1 上的粒子數(shù)向 e0 過渡， 整個過程簡單形成連續(xù)反轉(zhuǎn)，因而四能級系統(tǒng)比三能級系統(tǒng)的效率高；18.激光的縱模和橫模？激光的縱模： 光場沿軸向傳播的振動模式稱為縱模；激光的橫模： 激光腔內(nèi)與軸向垂直的橫截面內(nèi)的穩(wěn)固光場分布稱為激光的橫模；19.激光橫模形成的主要因素？主要因素是諧振腔兩端反射鏡的衍射作用；20.雙簡并半導(dǎo)體的能帶特點？雙簡并半導(dǎo)體：半導(dǎo)體中存在兩個費米能級;兩個費米能級使得導(dǎo)帶中有自由電子；價帶中有空穴；21.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，原先的自建場將被減弱， 勢壘降低， 破壞了原先的平穩(wěn)， 引起多數(shù)載流子

9、流入對方， 使得兩邊的少數(shù)載流子比平穩(wěn)時增加了，（這些增加的少數(shù)載流子稱為 “非平穩(wěn)載流子”；這種現(xiàn)象叫做“載流子注入”；）此時結(jié)區(qū)的統(tǒng)一費米能級不復(fù)存在，形成結(jié)區(qū)的兩個費米能級ef+和 ef-，稱為準(zhǔn)費米能級； 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)；22.同質(zhì)結(jié)砷化鎵激光器的特性？與二極管相同，也具有單向?qū)щ娦?3.從提高雙異質(zhì)結(jié)型半導(dǎo)體激光器的性能要求動身,對異質(zhì)結(jié)兩側(cè)的材料的技術(shù)要求？學(xué)習(xí)必備歡迎下載1要求兩種材料的晶格常數(shù)盡可能相等,如在結(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,

10、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；24.雙異質(zhì)結(jié)型半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)？雙異質(zhì)結(jié)（ dhld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；二、光輻射在介質(zhì)波導(dǎo)中的傳播1.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)2.以非對稱型 從上到下 n3>n1>n2 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

11、的關(guān)系？可能存在的模式：包層模 -1<c13<c12襯底模 -c13<1<c12導(dǎo)模-c13<c12<1（存在兩個臨界角，在下界面的全反射臨界角為c12，在上界面的全反射臨界角為 c13；由于 n2>n3，所以 c12 >c13；）3.從平板介質(zhì)波導(dǎo)中的導(dǎo)波的特點方程，入射角與模序數(shù)的關(guān)系？對給定的 m值，可求出形成導(dǎo)波的1值；以該 1 角入射的平面波形成一個導(dǎo)波模式；由特點方程仍可以看出，在其他條件不變的情形下，如1 減小，就 m 增大，因而說明高次模是由入射角1 較小的平面波構(gòu)成的4.截止波長是如何定義的？對一個給定的模式， m是定值；假如工

12、作波長0 變化，必需調(diào)整平面波的入射角 1，才能滿意特點方程，形成導(dǎo)波；當(dāng)1=c12 時，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；5.在非對稱型平板介質(zhì)波導(dǎo)全部模式中，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；單模傳輸?shù)臈l件是： ctm0< 0 <cte0學(xué)習(xí)必備歡迎下載（薄膜波導(dǎo)中的te0 模即是基模；假如波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)或挑選的工作波長只答應(yīng)te0 模傳輸，其他模式均截止，就稱為單模傳輸；）6.在對稱型的平板介質(zhì)波導(dǎo)中，存在哪兩種特殊的現(xiàn)象？（1）模序數(shù)相同的te 模和 tm 模具有相同的截止波長c；（2）對于對稱波導(dǎo)， tm 0 的模的截止波長 c

13、 =，沒有截止現(xiàn)象， 這是對稱波導(dǎo)的特有性質(zhì)；7.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，通常為了愛護光纖，包層外仍往往掩蓋一層塑料加以愛護即涂覆層 ；8.光纖涂覆層的作用？隔離雜散光、提高光纖強度和愛護光纖等；9.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)；10.漸變型光纖與階躍型光纖的區(qū)分？區(qū)分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；三、光輻射的調(diào)制1.什么是光調(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（激光輻射）上的過程2.這些參數(shù)包括什么？這些參數(shù)包括光波的振幅、位相、頻率、偏振、波長等；3.

14、什么是內(nèi)調(diào)制，什么是外調(diào)制？內(nèi)調(diào)制：將要傳輸?shù)男盘栔苯蛹虞d于光源，轉(zhuǎn)變光源的輸出特性來實現(xiàn)調(diào)制；外調(diào)制： 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)生轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)信號的調(diào)制；4.振幅調(diào)制的波形特點？波形特點： 調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一樣；調(diào)幅度ma 反映了調(diào)幅的強弱程度；5.什么是電光效應(yīng)？電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)是電光效應(yīng)，即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轉(zhuǎn)變，這種現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)；學(xué)習(xí)必備歡迎下載6.kdp 晶體在外加電場時，折射率橢球體的變化；當(dāng)沿晶體 z

15、軸方向加電場后， kdp 晶體由單晶體變成了雙晶體，折射率橢球的主軸繞 z 軸旋轉(zhuǎn)了 45°，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；7.什么是縱向電光效應(yīng)和橫向電光效應(yīng)？電場方向與通光方向一樣, 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)；8.什么是半波電壓？當(dāng)光波的兩個垂直重量ex , ey 的光程差為半個波長 相應(yīng)的相位差為 時所需要加的電壓，稱為“半波電壓” ；9.電光強度調(diào)制器件的器件組成及工作原理？ 器件組成： 起偏器，電光晶體，檢偏器10.電光開關(guān)原理？利用脈沖電信號掌握光路接通斷開11.什么是聲光效應(yīng)？由于聲波的作用而引起介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)

16、變化的現(xiàn)象12.聲光相互作用的兩種類型及其區(qū)分？聲光互作用可以分為 拉曼納斯 raman nath衍射 和布拉格 bragg衍射兩種類型；拉曼-納斯衍射 ： 當(dāng)超聲波頻率較低， 光波平行于聲波面入射即垂直于聲場傳播方向 ，聲光互作用長度l 較短時，產(chǎn)生拉曼納斯衍射；布拉格衍射 ：當(dāng)聲波頻率較高，聲光作用長度l 較大，而且光束與聲波波面間以肯定的角度斜入射時， 光波在介質(zhì)中要穿過多個聲波面，故介質(zhì)具有 “體光柵”的性質(zhì)；13.聲光體調(diào)制器的組成？聲光體調(diào)制器是由聲光介質(zhì)、電聲換能器、吸聲或反射 裝置及驅(qū)動電源等所組成；14.聲光調(diào)制的工作過程？第一是由電聲換能器把電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲振動，再通過換能

17、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”信息的強度調(diào)制波；15 磁光調(diào)制的工作過程？第一將調(diào)制信號通過線圈，讓其感生出平行于光傳播方向的磁場，通過調(diào)制信號掌握磁場強度變化，再使入射光通過yig 晶體，由磁光效應(yīng)轉(zhuǎn)變在介質(zhì)中學(xué)習(xí)必備歡迎下載傳輸?shù)墓獠ǖ钠駪B(tài)，使光載波受到調(diào)制而成為“攜帶”信息的強度調(diào)制波；四、光輻射的探測技術(shù)1.什么是光電探測器？光電探測器：對各種光輻射進行接收和探測的器件；2.光電探測的物理效應(yīng)可以分為哪三大類（ 1）光電效應(yīng)（2）光熱效應(yīng)（3）波擾動效應(yīng)3.什么是光電效應(yīng)？光照耀到物體上使物體發(fā)射

18、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)特性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為光電效應(yīng)；4.什么是光熱效應(yīng)？某些物質(zhì)受到光照耀時，由于溫度變化而造成材料性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象；5.什么是內(nèi)光電效應(yīng)以及包括的兩類效應(yīng)？內(nèi)光電效應(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)；6.什么是光電導(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；7.什么是光伏效應(yīng) .光伏效應(yīng)指光照使不勻稱半導(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； 8.光生伏特效應(yīng)過程？當(dāng)光照耀 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)鄰近n 區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子離pn 結(jié)的距離小于它的擴散長度，總有肯定概率擴散到結(jié)界面處，它們一旦到達pn 結(jié)界面處，就會在結(jié)電場作用下被拉向p 區(qū)；同樣，假如在結(jié)鄰近 p 區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子擴散到結(jié)界面處，