《光電子技術(shù)》張永林版

1、光電子技術(shù)又是一個(gè)非常寬泛的概念，它圍繞著光信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料（新型發(fā)光感光材料，非線性光學(xué)材料，襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結(jié)構(gòu)等）、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。光電子技術(shù)科學(xué)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科。光子學(xué)也可稱光電子學(xué)，它是研究以光子作為信息載體和能量載體的科學(xué)，主要

2、研究光子是如何產(chǎn)生及其運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的規(guī)律。所謂光子技術(shù)，主要是研究光子的產(chǎn)生、傳輸、控制和探測(cè)的科學(xué)技術(shù)?，F(xiàn)在光子學(xué)和光子技術(shù)在信息、能源、材料、航空航天、生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，必將促進(jìn)光子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。光電子學(xué)是指光波波段，即紅外線、可見光、紫外線和軟X射線（頻率范圍31011Hz~31016Hz或波長(zhǎng)范圍1mm~10nm）波段的電子學(xué)。光電子技術(shù)在經(jīng)過(guò)80年代與其相關(guān)技術(shù)相互交叉滲透之后，90年代，其技術(shù)和應(yīng)用取得了飛

3、速發(fā)展，在社會(huì)信息化中起著越來(lái)越重要的作用。光電子技術(shù)研究熱點(diǎn)是在光通信領(lǐng)域，這對(duì)全球的信息高速公路的建設(shè)以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科技持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的推動(dòng)作用。國(guó)內(nèi)外正掀起一股光子學(xué)和光子產(chǎn)業(yè)的熱潮。1.1可見光的波長(zhǎng)、頻率和光子的能量范圍分別是多少？可見光的波長(zhǎng)、頻率和光子的能量范圍分別是多少？波長(zhǎng)：380~780nm400~760nm頻率：385T~790THz400T~750THz能量：1.6~3.2eV1.2輻射度量與光度量的根本區(qū)

4、別是什么？為什么量子流速率的計(jì)算公式中不能出現(xiàn)光度量？為了定量分析光與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的光電效應(yīng)，分析光電敏感器件的光電特性，以及用光電敏感器件進(jìn)行光譜、光度的定量計(jì)算，常需要對(duì)光輻射給出相應(yīng)的計(jì)量參數(shù)和量綱。輻射度量與光度量是光輻射的兩種不同的度量方法。根本區(qū)別在于：前者是物理（或客觀）的計(jì)量方法，稱為輻射度量學(xué)計(jì)量方法或輻射度參數(shù)，它適用于整個(gè)電磁輻射譜區(qū)，對(duì)輻射量進(jìn)行物理的計(jì)量；后者是生理（或主觀）的計(jì)量方法，是以人眼所能看見的

5、光對(duì)大腦的刺激程度來(lái)對(duì)光進(jìn)行計(jì)算，稱為光度參數(shù)。因?yàn)楣舛葏?shù)只適用于0.38~0.78um的可見光譜區(qū)域，是對(duì)光強(qiáng)度的主觀評(píng)價(jià)，超過(guò)這個(gè)譜區(qū)，光度參數(shù)沒(méi)有任何意義。而量子流是在整個(gè)電磁輻射，所以量子流速率的計(jì)算公式中不能出現(xiàn)光度量.光源在給定波長(zhǎng)λ處，將λ～λdλ范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量dΦe，除以該波長(zhǎng)λ的光子能量hν，就得到光源在λ處每秒發(fā)射的光子數(shù)，稱為光譜量子流速率。1.3一只白熾燈，假設(shè)各向發(fā)光均勻，懸掛在離地面1.5m的高處，用

6、照度計(jì)測(cè)得正下方地面的照度為30lx，求出該燈的光通量。Φ=L4πR^2=3043.141.5^2=848.23lx1.4一支氦氖激光器（波長(zhǎng)為632.8nm）發(fā)出激光的功率為2mW。該激光束的平面發(fā)散角為1mrad激光器的放電毛細(xì)管為1mm。求出該激光束的光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光亮度、光出射度。若激光束投射在10m遠(yuǎn)的白色漫反射屏上，該漫反射屏的發(fā)射比為0.85，求該屏上的光亮度。2.3說(shuō)明利用聲光布拉格衍射調(diào)制光通量的原理。超聲功率Ps

7、的大小決定于什么？在石英晶體上應(yīng)加怎樣的電信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)光通量的調(diào)制？該信號(hào)的頻率和振幅分別起著什么作用？當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，將引起介質(zhì)的彈性應(yīng)變作時(shí)間上和空間上的周期性的變化，并且導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)光束通過(guò)有超聲波的介質(zhì)后就會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，這就是聲光效應(yīng)。聲光介質(zhì)在超聲波的作用下，就變成了一個(gè)等效的相位光柵，當(dāng)光通過(guò)有超聲波作用的介質(zhì)時(shí)，相位就要受到調(diào)制，其結(jié)果如同它通過(guò)一個(gè)衍射光柵，光柵間距等于聲波波長(zhǎng)，光束通過(guò)

8、這個(gè)光柵時(shí)就要產(chǎn)生衍射，這就是聲光效應(yīng)。布拉格衍射是在超聲波頻率較高，聲光作用區(qū)較長(zhǎng)，光線與超聲波波面有一定角度斜入射時(shí)發(fā)生的。2.4說(shuō)明利用法拉第電磁旋光效應(yīng)進(jìn)行磁光強(qiáng)度調(diào)制的原理。磁場(chǎng)使晶體產(chǎn)生光各向異性，稱為磁光效應(yīng)。法拉第效應(yīng)：光波通過(guò)磁光介質(zhì)、平行于磁場(chǎng)方向傳播時(shí)，線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。電路磁場(chǎng)方向在YIG棒軸向，控制高頻線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場(chǎng)強(qiáng)度，就可控制光的振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)角，使通過(guò)的光振幅隨角的變化而變化，從而

9、實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制。3.1熱電探測(cè)器與光電探測(cè)器相比較，在原理上有何區(qū)別？熱電探測(cè)器與光電探測(cè)器相比較，在原理上有何區(qū)別？光電探測(cè)器的工作原理是將光輻射的作用視為所含光子與物質(zhì)內(nèi)部電子的直接作用，而熱電探測(cè)器是在光輻射作用下，首先使接收物質(zhì)升溫，由于溫度的變化而造成接受物質(zhì)的電學(xué)特性變化。光電探測(cè)器響應(yīng)較快，噪聲小；而熱電探測(cè)器的光譜響應(yīng)與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，可以在室溫下工作。3.2光電效應(yīng)有哪幾種？各有哪些光電器件？物質(zhì)在光的作用下釋放出電子的現(xiàn)象稱

10、為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)又分為外光電效應(yīng)（如光電發(fā)射效應(yīng)）和內(nèi)光電效應(yīng)（如光電導(dǎo)效應(yīng)和光伏效應(yīng)）。當(dāng)半導(dǎo)體材料受光照時(shí)，由于對(duì)光子的吸收引起載流子濃度的增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率的增大，這種現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻、光導(dǎo)探測(cè)器當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)受光照射時(shí)，光子在結(jié)區(qū)（耗盡區(qū)）激發(fā)電子空穴對(duì)。在自建場(chǎng)的作用下，電子流向N區(qū)，空穴流向P區(qū)，從而在勢(shì)壘兩邊形成電荷堆積，使P區(qū)、N區(qū)兩端產(chǎn)生電位差。P端為正，N端為負(fù)。這種效應(yīng)稱為光伏效應(yīng)。光電池、光電