光电子技术基础
光电子技术是一种新型的技术，是光学与电子学技术的结合，其基本特性来自于光学
和电子技术，它可以实现光学传输、电子控制、信号处理、信号分析等功能，在许多研究
领域得到广泛应用，并作用于如通讯、精密仪器仪表等工业领域。
光电子技术的基础是光学和电子学，而光学是研究光的分布规律，光的性质，光的传
播行为，光祯现象，光的控制以及与电磁波的相互作用的一门学科。光学的概念的应用，
涵盖着从宇宙射线至紫外线的电磁波及比紫外线更小的电磁辐射，从动物视觉到人眼，以
及可以常识性地解释视觉特性，色彩、传播、像、成像、光纤等重要概念都涉及这门学科。而电子学是研究基于电子在物理学现象、力学物理量及外加电场控制的物理系统的应用的
一门学科，电子学关注电话机、集成电路以及其他电子器件的设计和运行原理；此外，电
子学也关联量子力学、电磁波、传播，以及气体电子学。
从二者的融合演变中可以看到，光电子技术把以上两门学科的原理和理论都融入其中，开发出各种光电子器件，如激光器、激光显示器、光电池、图像传感器等，该技术还可以
实现以光信号为媒介进行传输的信息处理，如在沟通、视频调制解调、卫星通信、图像处
理等工程中，给相关行业带来了极大的发展。
光电子技术基础作业（第一次） 第一章 光电子学绪论 1、（朱京平p7－1） 光电子器件按功能分为哪几类？ 每类大致包括哪些器件？ 第三章_激光原理与技术 1、（朱京平p105－2） 试简单说明以下光电子学术语的科学含义 （1） 受激辐射。 （2） 谱线的多普勒加宽。 （3） 谱线的自然加宽。 （4） 光放大。 2、（朱京平p105－3）计算与推导 （1）λ=0.5m μ时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T=300K 时，什么波长下自发辐射率与受激辐射率相等？ （2）He-Ne 激光器的反射镜间距为0.2m ，求最靠近632.8nm 跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。如果增益曲线宽度为1.5?910Hz ，则最可能引起的纵模总数是多少？ （3）红宝石激光器的工作物质300K 处有特性：N 2-N 1=5?107/cm 3，?υ≈01() g υ=2?1011Hz ， s τ=3?10-3s, υ=4.326?1014Hz, n=1.78,求其在中心频率处的增益系数()G υ。 3、（朱京平p105－4）简述题： （3）试推导爱因斯坦关系式。 （5）以一个三能级原子系统为例，说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。 （6）分析四能级与三能级激光器相比所具有的有点。 （7）分析激光产生的条件。 （10）激光器按激光工作介质来划分可以分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典型波长、转换频率、典型有点。 （13）激光调Q 技术与锁模技术的脉宽分别在哪个量级？ （14）常见的调Q 方法有哪几种？分别简述之。 （15）分别简述几种常见的激光锁模实现方法。 （16）激光选模技术分哪几大类？
2谈谈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技术，以光源激光化，传输波导化，手段电子化，现在电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新的综合性交叉学科。 3.光电子技术应用实例：光纤通信、光盘存储、光电显示器、光纤传感器等。 4.光的基本属性是光具有波粒二象性，光波动性的体现是光具有干涉、衍射、偏振等。 5.两束光相干的条件是频率相同、振幅方向相同、相位差恒定。最典型的干涉装置有杨氏 双缝干涉、迈克耳孙干涉仪。两束光相长干涉的条件是δ=mλ(m = 0,±1,±2,LL) 6.最早的电光源是碳弧光灯，最早的激光器是1960年美国梅曼制作的红宝石激光器。 7光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示色散和频率的关系，虚部表示物质吸收和频率的关系。8波长λ的光经过孔径D的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22 fλ/D 。9光调制技术——光信息系统的信号加载与控制 10光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏。光无源器件是指没有光电转换的器件，即只有光-光的转换。11.光谱线展宽,均匀展宽:原子自发辐射产生的谱线并不是单一频率的，而是占据一定的频谱宽度，若果这种频谱展宽是由于手激态的有限寿命引起的，则称之为均匀展宽。特点：引起机制对于每一粒子而言都相同。任一粒子对谱线展宽的贡献一样，每个发光粒子都以洛伦兹线型发射.非均匀展宽:在物理现象中，个别原子是可以区分的，每一个原子的跃迁频率ν都有少量差别，从而导致自发发射频谱反映出各个跃迁频率增宽，称之为。特点：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12 激光器的基本结构包括：激光工作物质、泵浦源和光学调振腔。 13激光产生的充分条件是阈值条件和增益饱和效应，必要条件是粒子束反转分布和减少振荡模式数。 14光波导: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。 15.受激辐射：当原子处于激发态E2时，如果恰好有能量（这里E2 ）E1）的光子射来，在入射光子的影响下，原子会发出一个同样的光子而跃迂到低能级E1上去，这种辐射叫做受激辐射。谱线的多普勒加宽：由于气体物质中作热运动的发光粒子所产生的辐射的多普勒平移引起的。谱线的自然加宽：自然加宽是由于粒子存在固有的自发跃迁，从而导致它在受激能级上寿命有限所形成的。光放大；指在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。 16.激光的特点：有四1.激光具有极好的方向性；2.单色性好；3相干性好；4.具有极高的亮度和单色亮度。信息光电技术中所用到的激光着重单色性、高速脉冲性、方向性、可调谐性和高能量密度等。 17.为什么二能级系统不产生激光：当外界激励能量作用于二级体系物质时，首先建立自发辐射，在体系中有了初始光辐射之后，一方面物质吸收光，使N1减少，N2增加；另一方面由于物质中存在辐射过程，使N2减少，N1增加，两种过程同时存在，最终达到N1=N2状态，光吸收和辐射相等，二能级系统不再吸收光，达到所谓的字发射状态，这种状态下N1不再继续增加；即便采用强光照射，共振吸收和受激发射以相同的概率发生，也不能实现粒子束反转。 18.分析四能级与三能级激光器相比具有的优点:四能级系统能级结构如图所示，由于E4到E3、E2到E1的无辐射跃迁概率很大，而E3到E2、E3到E1的自发跃迁概率都很小。这样，外界激发使E1上的粒子不断被抽送到E4，又很快转到亚稳态E3，而E2留不住粒子，因而E2和E3都很容易形成粒子束反转，产生受激辐射，四能级结构使粒子束反转很容易实现，激光阈值很低。
光电子技术 Optic and electronic technology 【课程编号】【课程类别】专业限选课 【学分数】4 【学时数】50=37+ 4+ 9（实验）【先修课程】模拟电路 【适用专业】物理学 一、教学目的、任务 学习光电子技术的理论和应用基础知识为解决工程实践中所遇到的光电子技术问题打下坚实的基础。 主要任务是，掌握学生光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展主要用途。培养学生应用光电子技术的能力。 二、课程教学的基本要求 学习本课程要求学生掌握光电子系统中关键器件的原理、结构及其应用。基本要求主要是： 光调制技术和典型的光调制器、光电转换的理论基础、光探测器及其应用技术、CCD、CMOS图像传感器和图像增强器等光电成像器件、光存储器及其新技术、LCD、OLED、PDP、DMD等当前最引人注目的平板显示器件等 三、理论教学内容和学时分配（5 + 5 + 9 + 8 + 7 + 10 + 6＋4＋4 = 50）；研究学时4 第1章光电系统的常用光源3学时（课堂讲授3学时） 1.1辐射度学与光度学的基础知识 1.2热辐射光源 1.3气体放电光源 1.4激光器 1.5发光二极管(LED) 教学要求： 了解常见的几种光源，掌握光度学的基础知识
第2章光辐射的调制8 学时（课堂讲授8学时） 2.1机械调制 2.2电光调制 2.3声光调制 2.4磁光调制 教学要求： 掌握以上几种调光的原理。 第3章光辐射探测器12 学时（课堂讲授10学时+讨论2学时）3.1光辐射探测器的理论基础 3.1.1光热效应 3.1.2光电效应 3.1.2.1半导体中的载流子 3.1.2.2光电导效应 3.1.2.3光伏效应 3.1.2.4光电发射效应 3.1.3光探测器的噪声 3.1.4光探测器的性能参数 3.2光热探测器 3.2.1热敏电阻 3.2.2热释电探测器 3.3光电探测器 3.3.1光电导器件 3.3.2结型光电器件 3.3.2.1基本原理 3.3.2.2光电池 3.3.2.3光电二极管 3.3.2.4光电三极管 3.3.2.5光电场效应管 3.3.2.6集成光电器件 3.3.3光电发射器件
光电子技术 光电子技术是一门涵盖了光学和电子学的交叉学科，是现代科技 中非常重要的一个领域。光电子技术的发展，不仅在通信、计算机、 医疗等行业中起到了关键作用，还在环境监测、安全检测、空间探测 等领域有着广泛的应用。本文将介绍光电子技术的相关知识和应用， 并展望其未来发展的趋势。 光电子技术是将光学和电子学相结合的一门学科。光学是研究光 的性质和光的相互作用的学科，而电子学则是研究电子器件和电子电 路的学科。光电子技术的核心是光、电子和光电子器件的相互作用。 光电子器件是利用光、电子、半导体材料等的相互作用制作的器件， 如光电二极管、光电三极管、光电开关等。 光电子技术在通信领域中发挥着重要作用。光纤通信是一种基于 光学信号传输的现代通信方式，其核心就是光电子技术。光纤通信具 有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等优点，已成为现代通信 的主要手段。光电子器件中的光电二极管可以将光信号转换为电信号，而光电开关则可以实现光信号的开关控制。 除了通信领域，光电子技术还在计算机领域中得到广泛应用。光 存储器是一种利用光来存储和读取信息的存储器。与传统的电子存储 器相比，光存储器具有高速读写、容量大、耐久性好等优点。光电子 技术还可以应用于光学传感器、显示器、光电显示器等领域，提高设 备的性能和功能。 光电子技术在医疗行业中也扮演着重要的角色。光纤内镜是一种 利用光纤传输图像的内窥镜，可以实现非侵入式的检查和诊断。利用 光电子技术，可以将图像传输到显示器上供医生观察和分析，有助于 提高医疗诊断的准确性。光电子技术还可以应用于光疗、激光手术等 医疗器械，为治疗提供更好的手段。 光电子技术还可以应用于环境监测和安全检测领域。利用光电子 技术可以制造出高精度的光谱仪，对空气、水质等进行检测分析。光
光电子技术 简介 光电子技术是一门研究光与电子相互作用的学科，主要用 于利用光的特性进行信息的传输和处理。光电子技术在通信、传感、能源和显示等领域都有着广泛的应用。本文将介绍光电子技术的基本原理、应用和未来发展方向。 基本原理 光电子技术是基于光与电子的相互作用原理而发展起来的。光是一种电磁波，在介质中传播时会与电子发生相互作用，从而产生光电效应。光电效应是指当光照射到物质表面时，物质中的电子会被激发，并产生电流。基于光电效应，光电子技术利用光源、光电器件和电路等组成的系统来实现光信号的传输和转换。 应用领域 光通信 光通信是光电子技术最重要的应用领域之一。光通信利用 光纤作为信息传输媒介，具有传输速度快、传输距离远、抗干
扰能力强等优点。光通信系统由光源、光纤、光电器件和光电路等组成，能够实现高速、大容量的信息传输。 光传感 光传感是利用光电子技术进行环境监测和数据采集的应用 领域。光传感器能够将环境中的光信号转化为电信号，并通过光电转换器转换为数字信号进行处理。光传感技术被广泛应用于气体检测、温度测量、光谱分析等领域。 光能源 光电子技术在能源领域的应用主要集中在太阳能领域。太 阳能光电转换器利用光电效应将太阳光转化为电能，并通过电路进行储存和利用。光电能源具有清洁、可再生和无污染的优点，是未来能源发展的重要方向。 光显示 光电子技术在显示技术中的应用也非常广泛。光电显示器 利用光电效应将电信号转化为光信号，从而实现图像和文字的显示。光电显示器具有显示效果好、色彩鲜艳、能耗低等优点，是现代显示技术的主要发展方向。
未来发展方向 随着科技的不断进步，光电子技术在未来将迎来更加广阔的发展空间。以下是光电子技术的几个重要发展方向： 光子集成芯片 光子集成芯片是利用半导体工艺制造的微型光学器件，将光学和电子技术有机地集成在一起。光子集成芯片能够实现高度集成、高速传输和低能耗等优点，对于提高光电子设备的性能和减小体积具有重要意义。 光纤通信的新技术 随着传输速率的不断提高，光纤通信领域需要更加先进的技术来满足需求。新的光纤通信技术包括多级调制技术、多路复用技术和新型光纤材料等，这些技术将进一步提高光纤通信的传输速率和容量。 光存储技术 光存储技术是指利用光的特性进行信息存储的技术。光存储技术具有存储容量大、读写速度快和永久保存等特点，对于大容量存储和数据安全具有重要意义。
光电子技术主要知识点 1、光度量和辐射度量的基本物理量（符号，单位） 2、光视效能和光视效率 3、维恩公式和瑞丽金斯公式 4、相速度和群速度 5、大气衰减的构成（4项） 6、大气窗口 7、大气湍流和雷诺数 8、瑞利散射(天空蔚蓝色) 9、一阶和二阶电光效应 10、分析电光效应的两种方法 11、应用半波电压解题 12、行波和相同行波产生的驻波在声光调制中的异同比较 13、拉曼纳斯衍射和布拉格衍射的比较 14，磁光效应中旋转角的计算 15，光纤的弱导条件和通光孔径 16，调制的分类 17、纵向电光调制为了实现线性调制需要采取的措施 18、根据线性电光调制判据和半波电压出综合计算题。 19、纵向电光调制和横向电光调制的定义及优缺点和解决办法。 20、声光调制器的调制带宽和衍射效率 21、磁致旋光和自然旋光的区别 22，电光波导强度调制的获得和提高其调制深度及降低插入损耗的措施。 23、扫描技术的实现和分类 24、光子效应和光热效应，光子效应分类：光电发射效应、光电导效应、光伏效应 25、解释光电导效应和光伏效应的原理 26、光电探测器的性能参数和噪声表征 27、光敏电阻的伏安特性 28、光伏探测器的工作模式 29、硅光电池的开路电压和短路电流、最佳功率和最佳负载、在缓变和交变信号探测中的应用 30、光电二极管的伏安特性及在缓变和交变信号探测中的应用 31、PIN管和雪崩二极管的构成和优点 32、直接探测和外差探测的应用特点比较。 33、以表面沟道CCD为例说明CCD中电荷的存储、转移和输出过程 34，有源CMOS和无源CMOS的工作原理和比较 35，何为帧时、帧速？二者的关系。 36，调制传递函数（MTF）的概念和意义。 37，NETD\MRTD\MDTD的概念。 38，CRT的组成，LCD的优点， 39，TN-LCD和STN-LCD的比较分析。 40，PDP的原理和优点。
光电子技术基础知到章节测试答案智慧树2023年最新东北石油大学绪论单元测试 1.世界上第一台激光器是 ( )。 参考答案: 红宝石激光器 2.光电子学是光子学与电子学相合而形成的一门学科。（） 参考答案: 对 3.光电子学的研究对象是光波段的电子学。（） 参考答案: 对 4.世界上第一台激光器是氦氖激光器。（） 参考答案: 错 5.信息技术的支柱产业包括光电子技术和计算机技术。（） 参考答案: 错
第一章测试 1.欲使光在两种介质的界面上发生全反射，下面说法正确的是（）。 参考答案: 光从介质射向空气，入射角大于临界角 2.可见光的波长范围为（）。 参考答案: 400-760nm 3.光密介质中的场为均匀平面波。（） 参考答案: 错 4.一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布儒斯特角则在界面的 反射光为完全偏振光。（） 参考答案: 对 5.光密介质中合成场的电场和磁场分量的相位差为（）。
参考答案: π/2 第二章测试 1.1966年，（）等提出了实现低损耗光纤的可能。 参考答案: 高锟 2.要使光纤导光必须使（）。 参考答案: 纤芯折射率大于包层折射率 3.光纤的数值孔径与（）有关。 参考答案: 相对折射差 4.在非对称平板波导中，基模可以在任何频率下存在，但在对称的平板波导中 则必须在入射光频率高于一定值时才能实现基模传输。（） 参考答案: 错
5.在平面介质波导中，当所有满足θ>θ12>θ13时，入射角均可形成导波。 参考答案: 对 第三章测试 1.当一束光射入某些晶体时，出射光会分为两束偏振方向不同的光，向两个方 向折射，该性质体现了晶体的（）。 参考答案: 各向异性 2.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了（）。 参考答案: 45° 3.发生拉曼-纳斯声光衍射必须满足的条件是（）。 参考答案: 超声波频率低，光束传播方向垂直于声波的传播方向，声光作用长度短4.晶体的光轴是指晶体中固定的方向，光沿该方向传播时有双折射现象产生。 （）
光电子技术的原理和器件 随着现代科技的高速发展，光电子技术已经逐渐成为了现代科 技领域中不可或缺的一部分。本文通过讲述光电子技术的原理和 器件，介绍了这一技术在不同领域中的应用。 一、光电子技术的原理 光电子技术是指利用光电效应、光敏效应等物理效应将光信号 转换成电信号或将电信号转换成光信号的技术。其中光电效应是 指光照射到金属或其他半导体材料表面时，如果光的能量大于金 属或半导体的电子绑定能，就会使得材料中的电子通过撞击其他 原子或晶格中的缺陷跃迁出来，产生自由电子，形成电子流。而 光敏效应则是指在光作用下，通过一些特殊材料（如硒、硫等） 的光敏晶体，原子和离子中的电子和孔隙可以被富余的电荷或光 子捕获，形成电荷对。通过光电转换器件的结构设计和工艺实现，使得这些光电效应可以被转化成不同类型的电信号或光信号输出。 二、光电子技术的器件 1. 光电二极管
光电二极管是最常用的光电转换器件之一，它是将光信息转换成电信号的最常用的器件。其结构与普通的二极管类似，但是在p-n结区域外加反向电压时，在该区域内的少数载流子本身将被聚集，并减少通过该结的电流。当光子照射到P/ N结上时，载流子对受到影响，被促进到交界面，形成电流，从而光信号被转换成电信号。 2. 光电探测器 光电探测器是一种高灵敏度的光电转换器件，它的作用是将光信号转换成电信号。它的主要结构是基于PN结的光敏元件，与光电二极管类似，但是在光敏元件中会有一定比例的正向偏压，这样激光照射下，携带光能的电子会被聚集在pn结上，缩短携带信号的寿命，提高灵敏度和响应速度。同时，在工艺上还会使用一些高端技术，如图像集成电路、书写光子技术等，用来使得光电探测器具有较大的接收范围、高分辨率等优点。 3. 光纤
光电子技术基础知识 什么是光电子技术呢？收集知道或者学习了哪些光电子技术基础知识？ 光电子技术基础知识：光源选择的基本知识 判断机器视觉的照明的好坏，首先必须了解什么是光源需要做到的！显然光源应该不仅仅是使检测部件能够被摄像头”看见”。有时候，一个完整的机器视觉系统无法支持工作，但是仅仅优化一下光源就可以使系统正常工作。 对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。 亮度：当选择两种光源的时候，最佳的选择是选择更亮的那个。当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。另外，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。 鲁棒性：另一个测试好光源的方法是看光源是否对部件的位置敏感度最小。当光源放置在摄像头视野的不同区域或不
同角度时，结果图像应该不会随之变化。方向性很强的光 源，增大了对高亮区域的镜面反射发生的可能性，这不利于 后面的特征提取。在很多情况下，好的光源需要在实际工作 中与其在实验室中的有相同的效果。 好的光源需要能够使你需要寻找的特征非常明显，除了是摄像头能够拍摄到部件外，好的光源应该能够产生最大的对比度、亮度足够且对部件的位置变化不敏感。光源选择好了，剩下来的工作就容易多了！ 机器视觉应用关心的是反射光。物体表面的几何形状、 光泽及颜色决定了光在物体表面如何反射。机器视觉应用的 光源控制的诀窍归结到一点就是如何控制光源反射。如何能够控制好光源的反射，那么获得的图像就可以控制了。因此， 在机器视觉应用中，当光源入射到给定物体表面的时候，明白光源最重要的方面就是要控制好光源及其反映。 光源可预测：当光源入射到物体表面的时候，光源的反 映是可以预测的。光源可能被吸收或被反射。光可能被完全吸收或者被部分吸收。不被吸收的光就会被反射，入射光的角度等于反射光的角度，这个科学的定律大大简化了机器视觉光源，因为理想的想定的效果可以通过控制光源而实现。 物体表面：如果光源按照可预测的方式传播，那么又是什么原因使机器视觉的光源设计如此的棘手呢？使机器视
光电子技术基础习题答案 第一章 绪论 1.光电子器件按功能分成哪几类？每类大致包含哪些器件？ 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。 光源器件分成电磁波光源和非电磁波光源。电磁波光源主要包含激光和非线性光学器 件等。非电磁波光源包含照明设备光源、表明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。 光探测器件分成光电导型探测器、光伏型探测器、冷伏型探测器、各种传感器等。光 存储器件分成光盘(包含cd、vcd、dvd、ld等)、光驱、光盘塔等。2．谈谈你对光电子技 术的认知。 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。3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。 20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就就是各种激光器的相继问世。 20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器 的成熟特别是量子阱激光器的问世以及ccd的问世。 20世纪80年代，发生了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的获 得了快速发展；也发生信汇偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。 20世纪90年代，掺铒光纤放大器(edfa)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，形成了光纤通信产业；。另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已 成为计算机存储数据的重要手段。 21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性快速增长对信息的收集、传输、处置、存储与表明都明确提出了紧迫的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的 进一步增强等都更加依赖信息的广度、深度和速度。 ⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。 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。
光电子技术与光学应用 光电子技术是一门源自光学和电子学的交叉学科，涵盖了光的生成、传输、调制、接收和探测等方面。随着科技的进步，光电子技术在各 个领域都发挥着重要作用，并在光学应用中得到广泛应用。 一、光电子技术的基础原理 光电子技术是基于光和电子之间的相互作用原理而产生的科学技术。它的基础原理主要包括光的波粒二象性理论、光的传播和衍射、光的 干涉和相干性、光的吸收和发射等方面。光电子技术通过光电二极管、光电管、光纤通信等器件，将光信号转换为电信号或将电信号转换为 光信号，实现了信息的传输和处理。 二、光电子技术的应用领域 光电子技术在通信、医学、军事、能源等领域均有广泛应用。 1. 通信领域：光纤通信是光电子技术最为重要的应用之一。光纤通 信利用光信号在光纤中的传输特性，实现了高速、长距离的信息传输。光纤通信具有信息容量大、传输速度快、抗干扰能力强等优点，是现 代通信领域中不可或缺的技术。 2. 医学领域：光电子技术在医学影像诊断、激光治疗和光敏药物等 方面发挥着重要作用。例如，光电子技术可以实现内窥镜检查，通过 光纤传输图像，帮助医生观察病变部位；激光技术则可以用于手术切割、焊接等操作，减少创伤和出血。
3. 军事领域：光电子技术在军事侦察、导航和通信等方面具有重要 应用。光电探测技术可以实现远距离目标的侦察和监视，帮助军事部 队做出战术决策；光纤陀螺仪可以实现精准的姿态控制和导航定位。 4. 能源领域：光电子技术在太阳能电池的制造和利用中起到至关重 要的作用。太阳能电池将太阳能转化为电能，光电子技术的进步使得 太阳能电池的效率得到提高，并且降低了制造成本，推动了清洁能源 的发展。 三、光电子技术的发展趋势 随着科技的不断发展，光电子技术也在不断创新和进步。未来光电 子技术的发展趋势主要包括以下几个方面： 1. 高速与大容量：随着通信、数据传输需求的不断增加，光电子技 术需要实现更高的传输速率和更大的信息容量。例如，光纤通信系统 的高速率、高密度和多波长技术，以及光存储器件的研究和应用等。 2. 纳米技术应用：纳米技术将对光电子技术的器件和系统设计带来 全新的突破。纳米材料的应用将改善器件的性能，提高效率和灵敏度，例如使用纳米颗粒制备高效率太阳能电池。 3. 量子光学技术：量子光学技术将为光电子技术带来更高的精度和 灵敏度。量子通信、量子计算等领域的发展将推动光电子技术的进一 步创新。
光电子技术基础考试题及答案 一、选择题 1.光通量的单位是（ B）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2.辐射通量力e的单位是（B ） A焦耳（J） B瓦特（W） C每球面度（W/Sr） D坎德拉（cd） 3.发光强度的单位是（ A）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.激光器的构成一般由（ A ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D.电子、载流子和光子 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7.2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（A） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好
8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（C ）有关 白内加电场B.激光波长C.晶体性质D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 https://www.doczj.com/doc/b219132550.html,D摄像器件的信息是靠（B）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 13.LCD显示器，可以分为（ABCD） A. TN 型 B. STN 型 C. TFT 型 D. DSTN 型 14.掺杂型探测器是由（D）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载 流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带 15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（ B ） A色性好B单色性好C吸收性强D吸收性弱 16.红外辐射的波长为（ D）. A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770-1000 nm
光电子技术
光电子技术 1.世界上第一台激光器，由修斯研究室的梅曼研制，并最终在1960年成功运转。（红宝石激光器） 2.黑体：能够完全吸收任何波长的电磁辐射。 3.跃迁：原子中的电子在特定的轨道上运动，并具有能量，各能量级能量不连续，当原子从某一能级吸收或释放了能量，转移到另一能级时，就称为跃迁。 上的原子自发的向低4.自发辐射：处于高能级E 2 能级E1跃迁，并发射一个频率v=（E2-E1）/h 的光子的过程称为自发辐射跃迁。 5.受激辐射：处于高能级E2上的原子在频率为v=（E2-E1）/h的辐射场激励作用下或在频率为v=（E2-E1）/h的光子诱发下，向低能级E1跃迁并辐射出一个与激励辐射场光子或诱发光子的状态(包括频率、运动方向、相位等)完全相同的光子的过程称为受激辐射跃迁。 6.受激吸收：受激辐射的反过程为受激吸收过程，一般也称作吸收。 7.激光产生的基本原理：在受激辐射跃迁的过程中，一个诱发光子可以使处在上能级上的发光
粒子产生一个与该光子状态完全相同的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光粒子，从而产生更多状态相同的光子。必要条件：使激光工作物质处于粒子束反转状态。粒子束反转：采用诸如光照、放电等方法从外界不断地向发光物质输入能量，把处于下能级的发光粒子激发到上能级去，便可使上能级E2的粒子数密度超过下能级E1的粒子数密度的状态。此时，受激辐射大于受激吸收。 8.激光器构造：由三部分构成，包括激光工作物质(基质与激活粒子)、泵浦源（对激光工作物质进行激励）和光学谐振腔（得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光输出）。 9.激光粒子的能级系统：1三能级系统2四能级系统（P9页） 10.光学谐振腔：是常用激光器的三个主要组成部分之一。它是在激活物质两端适当位置放置两个反射镜组成。主要作用：1.提供光学正反馈作用。2.产生对振荡光束的控制作用。11.谐振腔的Q值：品质因数Q=ωW/ρ,式中ω为角频率，W为存储在谐振腔内的能量，ρ为每秒损失的能量。（P21页）
光电子技术基础模拟试题3篇 光电子技术基础模拟试题1 1. 可见光的波长范围是。波长540nm对应于色。 2. 在几何光学中，把光线抽象成。它的方向光线的传播方向即光能量的传播方向。 1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出完整的电磁场理论，他的主要贡献是提出了“有旋电场” 和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出真空中电磁波的速度是 任何随时间变化的电场，将在周围空间产生变化的磁场，任何随时间变化的磁场，将在周围空间产生变化的电场，变化的电场和磁场之间相互联系，相互激发，并且以一定速度向周围空间传播。 所以电磁波是横波，E、H和传播方向符合法则。 3. 如右图，带测光入射偏振片P，P以入射光为轴心顺时钟旋转，如I变，有 消光，待测光是，如I变，无消光，待测光是，如I不变，待测光是。 4. 光在各向异性晶体中会产生双折射现象，入射光将分为o光和e光。以下说法正确的`有：(1)o光和e光在晶体中的传播速度相同;(2)o光 在晶体中各方向的传播速度都不同;(3) e光在晶体中的传播速度
随方向而改变。(4)e光遵从反射和折射定律。(5)e光折射线一定不在入射面内。 5. 线偏振光入射四分之一波片，如图所示，线偏振光P与光轴夹角为45度时，出射光是圆偏振光;夹角与0或90度时，出射光是线偏振光。 6. 如果将点辐射源置于各向同性、均匀介质中，该辐射体向所有放心发射的总辐射通量为Qe ，则该点辐射体在各个方向的辐射强度Ie是常量，Qe与Ie的关系有540×1012Hz的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度为1/683 W/sr，则该光源在该方向上的发光强度为。 7. 人的视觉与光的波长有关，称为光感的光谱灵敏度。明亮时视网膜细胞工作，最大相对灵敏度在波长为的光处，此时视网膜有颜色感。昏暗时视网膜细胞工作，最大相对灵敏度移到处，此时光谱的色感觉消失了，只有亮度感，但其灵敏度很高，在昏暗的条件下，也能辨别物体。根据这两种细胞的作用，我们将人的视觉分为视觉和视觉。 8. 辐射量与光度量的根本区别： 9. 任何热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透，黑体是指的物体。 10. 若光源光谱中红光成分相对较多，光源就偏红，通常称为“暖光”，色温偏;若光谱成分中蓝光相对较多，光源的颜色就偏黄或偏蓝，
电子技术基础(数字部分)第五版答案康华光电子技术基础第五版康华光课后答案 第一章数字逻辑习题 1、1数字电路与数字信号 图形代表的二进制数 000 1、1、4一周期性数字波形如图题所示，试计算：周期；频率；占空比例 MSBLSB 0121112 解：因为图题所示为周期性数字波，所以两个相邻的上升沿之间持续的时间为周期，T=10ms 频率为周期的倒数，f=1/T=1/=100HZ 占空比为高电平脉冲宽度与周期的百分比， q=1ms/10ms*100%=10% 数制 将下列进制数转换为二进制数，八进制数和六进制数127 解：D=-1=B-1=B=O=H72 D=B=O=H 二进制代码
将下列进制数转换为8421BCD码： 43 解：D=BCD 试用六进制写书下列字符繁荣ASCⅡ码的表示：P28 + @ you43 解：首先查出每个字符所对应的二进制表示的ASCⅡ码，然后将二进制码转换为六进制数表示。 “+”的ASCⅡ码为0011，则B=H @的ASCⅡ码为1000000,B=H you的ASCⅡ码为本1111001,1111,1101,对应的六进制数分别为79,6F,75 43的ASCⅡ码为0100,0110011,对应的六紧张数分别为34,33 逻辑函数及其表示方法 在图题 1、中，已知输入信号A，B`的波形，画出各门电路输出L的波形。 解: 为与非，为同或非，即异或 第二章逻辑代数习题解答 用真值表证明下列恒等式 ABABAB⊕=+=AB+AB 解：真值表如下 A
B AB⊕ AB AB AB⊕ AB+AB 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 由最右边2栏可知，与AB+AB的真值表完全相同。用逻辑代数定律证明下列等式AABCACDCDEACDE++++=++ 解：AABCACDCDE++++
光电子技术基础题库 一．填空题 1、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 光源和 光源。 2、某一半导体材料的禁带宽度为3.1 电子伏特，则该半导体本征吸收的长波极 限为 纳米。 3、最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是1960年由美国家的梅曼制作的 激光器。 4、当受激辐射大于受激吸收的时候，物质对外表现为光 ，当受激辐射 小于受激吸收时候，物质对外表现为光 。 5、激光器的基本结构包括 ， ， 。 6、受激辐射产生的光的特点是： 好， 好， 好。 7、发光的方式很多，但根据余辉的长短可将发光大致分成 和 两类。 8、光电探测器的物理效应可以分为三大类： 、 和 。 9、太阳能电池是利用半导体的 原理直接把光能转化为电 能的装置。 10、光纤由传导光的 和外层的 两同心圆形的双层结构组成， 且12n n 。外面再包以一次涂覆护套和二次涂覆护套。 11.根据液晶的分子不同可以将其分为 、 和 液晶。 12. 按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分 为 衍射和 衍射 。 13. 在间接带隙半导体中，电子由价带顶跃迁到导带底时，需要同时吸收或发 射 ，以补偿电子准动量的变化。
14.光波在光纤中传播有3种模式，导模（传输模），和。 15. 光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示与频率的关系， 虚部表示物质与频率的关系。 16、液晶显示所用的液晶材料是一种兼有和双重性质的物质， 它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。 17、某一半导体材料的禁带宽度为2.6 电子伏特，则该半导体本征吸收的长波极 限为纳米。 18、光纤通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，光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等)、和等。 19、受激辐射产生的光的特点是：好，好，好。 20、激光器按工作方式区分可分为和激光器。 21.光电子技术主要研究光与物质中的电子相互作用及其 的相关技术，是一门新兴的综合性交叉学科。 22、根据爱因斯坦关系可知，在一般情况下，受激吸收总是远大于受激发射，绝 大部分粒子数处于基态；而如果激发态的电子数远远多于基态电子数，就会使激光工作物质中受激发射占支配地位，这种状态就是所谓的工作物质的 状态。 23、分析激光器的输出发现，它是由许多独立的频率分量所组成。这些独立的频 率分量称为，主要分为和两类。 24、当均匀平面波在无损介质界面发生全反射时，整个介质空间的合成场将形成 沿界面方向传播的非均匀平面波：在光密介质中，波场沿界面法线方向按驻波分布，称为；在光疏介质中，波场沿界面法线方向按指数衰减分布，称为。
第4章光波导技术基础 为使激光器发出的光直接或间接地为人类服务，需要将光源发出的光调制后传送到接收器，这当中最重要的是要有一种衰减尽可能小而且尽可能不失真地传输光的光路。对于光电子技术来讲，用于发光的光源和将光转换成电的探测元件作为光电子系统的“发”端与“收”端，是不可缺少的重要器件，而用于各器件间光传输的介质光波导也是极其重要的，它将光限制在一定路径中向前传播，减小了光的耗散，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，是光电子学向集成光电子学发展的主要基础知识，也是光纤通信的重要基础知识。 传统光学中常用空气作传输介质，用透镜、棱镜、光栅等光学元件构成光路来实现光的焦、传输、转折等。但在长距离传输中，大气中的水分和气体等的吸收、水滴和粉尘等烟雾的散射等都很大，各种光学元件又存在菲涅耳反射等耗散，因而没有实用价值。也有人曾试验过气体透镜：将圆管中充满清洁的空气，四周加热，调整气体流速以保持层流，用气体温差构成气体透镜，使通过的光向中心汇聚，不致耗散，但实现起来相当困难。最终人们发现介质光波导可以用来引导光按需要的路径传播，并且损耗可以做到很小，这正如电流被限制在线路布线、电线等中传输一样。介质波导常用的有平面(薄膜)介质波导、条形介质波导和圆柱形介质波导。当工作于光波波段时，这些介质波导常称为平面光波导、条形光波导与光纤。 光纤分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。阶跃折射率光纤的原理由英国的Tyndall于1854年提出，英国的Baird与美国的Hansell于1927年申请石英光纤应用专利。向玻璃光纤输入光最早于1930年前后由德国人完成。l958年，美国的Kapany设计了细束光纤，同年美国光学公司为减少光纤包层杂散光引入第二吸收鞘；1961年美国的Snitzer研制了光纤激光器。1963年，日本的西迟等人申请了渐变折射率光纤专利，l968年日本玻璃板公司研制出产品。l970年，美国Corning公司研制出20dB／km的低损耗光纤，从此之后，各公司为实现光通信的商用化，开展了大量光学元器件和传输通路的研制。目前，光纤通信已产业化，各国都在实现光纤通信网络化。 平板与条形光波导是光学系统小型化、集成化、固体化需求下的产物。可以将光限制在低损耗的波导内传播。其起源可追溯到1910年德国的Hondros和Debye进行的电介质棒的研究。1962年前后开始了薄膜光波导的研究：当年美国的Yariv从pn结中观测到平板层中的光波导现象，l963年，Nelson等人发现了光波导电光调制现象，1965年美国的Anderson开始用光刻方法制作光波导，1964年，0sterberg与Smith 开始光波导耦合实验。此后各国开始了各种功能光波导器件的研制。 无论是平面型介质波导还是圆介质波导，它们的电磁场主要集中于芯区，但并非封闭于芯区，在衬底与覆盖层中，在包层中也有电磁场存在。它们紧贴着芯区，沿芯区的外法线方向场指数衰减。介质波导是开放型波导，纵向传播的波是表面波。平面波导是更复杂的波导结构的基本几何形状，其结构最为简单、