《光电子材料与器件》考试重点复习

1、1、能带形成的原理孤立原子的电子占据一定的原子轨道，形成一系列分立的能级。如果 一定数量的原子相互结合形成分子，则原子轨道发生分裂，形成的分子轨道数正比于组 成分子的原子数。在包括半导体在内的固体中，大量原子紧密结合在一起，轨道数变得 非常巨大，轨道能量之差变得非常小，与孤立原子中的分立能级相比，这些原子轨道可 视为能量是近似连续分布的。这种能级近似连续分布的能量范围，即为能带。2、半导体发光机理半导体材料中的电子由高能态向低能态跃迁的同时，会以光子的形式释放多余的能 量，这称为辐射跃迁，辐射跃迁的过程也就是半导体材料的发光过程。电子由高能态向低能态跃迁的同时，产生相应能量间隔的光子。电子的跃

2、迁，要求 价带有价带电子，同时导带有相应的空穴，即在导带、价带中存在电子空穴对，通过电 子空穴的复合，半导体可以发射光子。3、光电探测原理将光辐射的作用，视为所含光子与物质内部电子的直接作用，也就是物 质内部电子在光子的作用下，产生激发而使物质的电学特性发生变化。4、pn结形成空间耗电区的原理形成PN结后，由于n区和p区载流子浓度的差异，n区的多数载流子电子、p区的多 数载流子空穴分别向对方区域扩散并与其多数载流子复合。这就造成PN结n区一侧附近 电子浓度降低，留下不能移动的施主离子，产生局部的正电荷区域。PN结p区一侧的附 近空穴浓度降低，留下不能移动的受主离子，产生局部的负电荷区域。由于局

3、部正负电荷 的存在，PN结附近会产生一个由n区指向p区的内建电场。电场阻碍n区的电子继续向 p区扩散，同时使n区的少数载流子 空穴向p区漂移，同样，电场阻碍p区的空穴继续 向n区扩散，同时使p区的少数载流子电子向n区漂移。随着扩散的减弱，飘移的增强， 最终实现载流子的动态平衡。PN结附近载流子被耗尽的区域称为空间电荷区，或者耗尽 区。5、直接带隙半导体和间接带隙半导体的区别直接带隙：导带的最低位置位于价带最高位置的正上方；电子空隙复合伴随光子的发射。 III-V族元素的合金，典型的如GaAs等。间接带隙：导带的最低位置不位于价带最高位置的正上方；电子空隙复合需要声子的参与， 声子振动导致热能，

4、降低了发光量子效率。6、半导体发光材料特性碑化傢(GaAs):直接跃迁型闪锌矿结构发射的光子能量1. 42eV左右，相应波长873nm附近，红外波段磷化傢(GaP):间接跃迁型闪锌矿结构间接带隙宽度2. 26eV,离子性为0.374,氮化傢(GaN):直接跃迁型纤锌矿结构带隙宽度3. 39eV7、什么是发光二极管发光二极管是由数层很薄的搀杂半导体材料制成，一层带过量的电 子，另一层因 缺乏电子而形成带正电的“空穴”，当有电流通过时，电子和空穴相互结 合并释放出能量，从而辐射出光芒。8、半导体激光器的阈值条件1r gL L In （l/RRo）9、激光器的构成，工作物质激励源谐振腔10、三能级、

5、四能级系统工作原理在三能级系统中，E1为基态，同时也是激光下能级。E2和E3虽都是激发 态，但E3 为短寿命能级，E2为激光上能级，是具有较长寿命的亚稳态。从基态 被泵浦WP抽运到E3 的原子能够迅速通过无辐射跃迁转移到E2能级。E1上的原子被向上抽运和E2能级上原子 数的积累便形成了这两个能级间的集居数密度 反转分布。四能级系统激光下能级E1是一个距基态E0有足够大能级差的激发态。在热平衡情况 下，该能级原子集居数密度很小，近似是一个空的能级，且具有很短 的能级寿命。通常跃迁到E1能级的原于能迅速返回基态。具有大的无辐射跃迁几率，或者以大 的速率将下能级抽空是四能级系统能否形成足够大的反转集

6、居数密度并且维持这种反转分 布的关健之一。区别：下能级是一个空的能级，是四能级系统的泵浦性能优于三能级系统的原因 所在，因为实现上能级与一个空能级之间的反转分布毕竟要比与一个相当满的基态能级之 间的反转分布来得容易。11、谐振腔横模的表示方法12、光纤的分类（-）、按照纤芯折射率分布：阶跃折射率光纤，渐变折射率光纤；（二八按照传输模式划分：单模光纤，多模渐变型光纤，多模阶跃型光纤；（三八按照波长划分：传输波长分为：紫外、可见、红外（短波长08-0.9微米，长波长 1. 3-1. 6um）（四八按照材料划分：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。

7、按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金 属材料（铜、镰等）和塑料等。（五八按照用途功能划分：传输信息（光通信）的光纤和传输能量的光纤（导 光纤维）传输能量的光纤主要有低双折射光纤、模高双折射光纤、涂层光纤、液芯光纤和多 梯度光纤等。13、光纤数值孔径的概念的相尖计算。n 2 吃对于阶跃型光纤有：NAn0 sin传输信息的光纤大多采用光缆（很多根光纤组成）/ 22对于偏折射光线有：NAs（S）Sin om7 rhri2ng sin0mCOScos14、石英玻璃的几种损耗的定义及异同点。吸收损耗：本征吸收损耗，杂质吸收损耗，原子缺陷损耗散射损耗：瑞丽散射，波导散射， 非线性效应散射弯曲损耗：宏弯损

8、耗，微弯损耗。影响传输距离15、光纤无源器件、有源器件的定义及异同。光纤无源器件：是一种能量消耗型器件，主要包括：光纤连接器件、光开关、光 衰减器、 光隔离器件、光滤波器和波分复用/解复用器等光纤有源器件：区别：元件在实现其本身功能时是否发生光电能量的转换。16、光纤耦合器相关特性参量计算。分光定册分光症黑聽需曲氛附加损耗定义一值饵“严出腸囂笄叭插人损耗定义耗值A17、光调制的定义及分类定义：通过改变光波的振幅、强度、相位、频率或偏振等参数，使传播的光波携带信息的 过程。这种将信息加载于激光的过程称之为调制。（在光通信系统中实现从电信号到光信号的转换）分类：（-）、调制位置：内调制（直接调制）

9、，外调制（间接调制）；（-A物理调制：电光调整，声光调制，磁光调制，其他（如：电吸收调制）（三）、调制形式：模拟调制，数字调制，脉冲调制；（四）、调制光波的参量：振幅调制，相位调制，偏振调制。18、内调制和外调制的区别和异同点内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以实现调制。外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变 调制器的 物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。19、电光调制种类（一）、纵向电光调制（通光方向与电场方向一致）（二）、横向电光调制（通光方向与电场方向垂直）20、

10、布拉格方式和拉曼赖斯衍射方式的异同点。拉曼：声光作用长度短，超声波的频率低，光波垂直于声场反向，声光介质可视为静止的 平面相位光栅；布拉格：声光作用长度长，超声波的频率高，光波以一定的角度入射声光介质，会贯穿多 个声波面，声光介质具有“体光栅”的特性。21、光电探测器的分类光子器件，热电器件22、光电效应和光热效应的区别光子效应（光电效应）:指单个光子能够直接产生光生载流子的一类光电效应。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的改变。特点一一光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接

11、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。特点一一原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。23、光敏电阻工作原理原理：光敏电阻阻值对光照特别敏感，是一种典型的利用光电导效应制成的光电探测器件。 当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起 载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大。无光照时，光敏电阻的阻值很大，电路中的电流很小；有光照时，光生载流子迅速增加，阻 值急剧减小，在电路中形成电流。优点:24、PIN光电二极管的组成结构和特点 i区是一层接近

12、本征的掺杂很低的n 区，在这种结构中，零场区薄，i区 厚，耗尽层几乎占据所有pn结。光 子充分吸收。本征层掺杂低，电阻率低，电阻很高, 从而暗电流很小。i区的引入增大了耗尽层厚度，结电 容减小特点：结电容明显减小，频率响应特 性得到改善；电阻很高，从而暗电流很小。Si-PIN暗电流小于InA。耗尽层加宽, 量子效率提高。25、雪崩光电二极管的工作原理雪崩 光电二极管具有增益的功能，能对光信号进行放大。雪崩光电二极管能承受高的反向偏压， 在pn结内部形成高的电场区。光生电子或空穴经过高场区被加速，从而获得足够的能量。 电子和空穴在高速运 动中与晶格发生碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发新的电子空

13、 穴对，即所谓 的碰撞电离。碰撞电离后产生的电子再次被电场加速，碰撞出更多的电子空穴对，使载流子浓度增加， 即发生雪崩增益。26、液晶显示、等离子体显示、电致发光显示的异同点。液晶显示：液晶材料在电场的作 用下对外界进行调制，从而实现显示。等离子体显示：利用惰性气体放电形成等离子体。 电致发光显示：可直接把电能转换为光能，发光效率高，通常作为一种冷光源使用。27、等离子体的概念由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负电子组成的 离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第 四态。等离子体是一种很好的导电体物质由分子组成，分子由原子组成，原子由带正电的

14、原子核和围绕它的、带负电 的电子构成。当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自 由电子，电子离开原子核，这个过程就叫做“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原 子核和带负电的电子组成的、一团均匀的“浆糊”，因此人们戏称它为离子浆，这些离子 浆中正负电荷总量相等，所以就叫等离子体。28、AC-PDP的工作原理及存储特性解释工作原理：当放电单元的电极加上比着火电压Vf低的维持电压VS时，单元中气体 不会着火，如在维持电压间隙加上幅度高于Vf的书写电压Vwr ,单元 将放电发光，放 电形成的电子、离子在电场作用下分别向该瞬时加有正电压和负 电压的电极移动，由于 电极表面是介质

15、，电子、离子不能直接进入电极而在介质表面累积起来，形成壁电荷，在 外电路中，壁电荷形成与外加电压极性相反的壁 电压放电空腔上的电压为外加电压和壁电压之和。它将小于维持电压，使放电空间电场 减弱，致使放电单元在26卩s内逐渐停止放电，因介质电阻很高，壁电荷会不衰减地保 持下来，当反向的下一个维持电压脉冲到来时，上一次放电形成 的壁电压与此时的外加 电压同极性，叠加电压峰值大于Vf ,单元再次着火发光 并在放电腔的两壁形成与前半周 期极性相反的壁电荷，并再次使放电熄灭直到下一个相反极性的脉冲的到来单元一旦由书 写脉冲电压引燃，只需要维持电压脉冲就可维持脉冲放电，这个特性称为AC-PDP单元的 存储特性。29、纳米微粒的特点(1) 表面效应：尺寸小、表面大、活性高；(2) 量子尺寸效应3) 小尺寸效应4) 宏观量子隧道效应30、光子晶体光纤的结构及特点是一种介电常数随空间周期性变 化的新型光学微结构材料。通常由两种或者两种以上具有不同折射率