2022年光电子复习知识点

1、光电子复习知识点一、光辐射、发光源与光传播基本定律1. 电磁波谱与光辐射；电磁波的基本特性 : 1. 横波 2. 偏振 3.E.H 相位相同2 辐射度学与光度学基本知识 , 掌握概念、单位 、意义 ；并能够根据题意求解。辐射能、辐射通量、辐射出射度、辐射强度、辐射亮度、辐射照度辐射能： (Radiant energy)定义：辐射能简称辐能，描述以辐射的形式发射、传播或接收的能量 .单位 : 焦耳（）辐射通量：定义 :以辐射的形式发射、传播或接收的功率，用以描述辐能的时间特性。单位 : 瓦特 ( ) 或焦耳 / 秒(J/S ） =1J/S辐射出度 : ）(Radiant exitance)定义

2、: 辐射体单位元表面所辐射的通量定义式 : 单位 :w/m2 (Irradiance)辐射照度 : 定义 : 被辐射的单位元表面里入射或获得的辐射通量的多少定义式 :单位 :w/m2在时间 t 内的积分辐照量 H e定义 : 照射到单位面元的辐照度定义式 : HetEedt0辐射强度（）定义：在给定传输方向上的单位立体角内光源发出的辐射通量。定义式 : 单位 : 瓦/ 球面度（ W/Sr）辐亮度 : （ ) (Radiance) 定义 : 面辐射源在某一给定方向上的辐射强度除以该面元在垂直于该方向的 平面上的正投影面积。单位 :w/(m 2Sr)余弦辐射体 余弦辐射体的亮度和辐射出射度光量、光

3、通量、光出射度、发光强度、光亮度、光照度的概念、单位、意义（同辐通量）光度量和辐射度量之间的关系， 光视效能， 最大单色光视效能 单色光视效率函数最大光视效能： 明视觉条件： K m=683 lm/w 暗视觉条件： Km =1725 lm/w明视觉条件下 V ( )所对应的峰值波长为 555nm，暗视觉条件下 V( )所对应的峰值波长为 507nm3 光辐射测量中的定律 : 朗伯光源的余弦定则、距离平方反比定律 E1/E 2=r 12/r 224 黑体辐射及黑体辐射的几个基本定律（斯特藩 恩位移定律）斯特藩 -玻耳兹曼定律5 认识和能够区别辐射温度、色温、温度- 玻耳兹曼定律、维色温与实际温度

4、相差最小，亮温度次之，辐射温度相差最大 二、半导体的基本知识 1. 什么是 I 类半导体 ,P 型半导体和 N型半导体 ? I 类半导体不掺杂，本征 P 型掺三价元素，N型掺五价元素 2. 什么是光电效应？外光电效应与内光电效应的区别是什么 ? 金属中的自由电子在光的照射下，吸收光能而逸出金属表面，这 种现象称为光电效应，如光敏电阻 内光电效应：在光的照射下材料的电阻率发生改变 外光电效应：在光的照射下材料中的电子逸出材料表面的现象，光电发射器件3. 什么是光电发射效应?光电发射阈值的含义是什么?它与” 逸出功” 有什么区别 ?当物质中的电子吸收足够高的光子能量，电子将逸出物质表面成 为真空中

5、的自由电子，这种现象称为光电发射效应或称为外光电 效应。只要光子的能量大于光电发射材料的光电发射阈值，阈值是能引 起光电发射效应的临界值， 逸出功是电子逸出金属表面时所必须的 A ，4. 在光电效应里面：包括内电光与外电光效应，都存在着一个阀值波长问题（红限）。三、光辐射的传播 1. 光波在大气中的传播 朗伯定律，大气衰减的原因，瑞利散射定律，气溶胶的散射特 点朗伯定律大气衰减的原因：大气分子吸收，大气分子散射，大气气溶 胶衰减瑞利散射定律：气溶胶的散射特点 受天气影响大，变化复杂 什么是大气湍流效应？大气湍流对光的影响。是一种无规则的漩涡运动， 流体质点运动轨迹复杂， 围绕某一 平均值随机起

6、伏，随机改变光的传输参量，使光束质量受到 严重影响，强度闪烁，光束弯曲和漂移，光束弥散畸变，空间相干性退化。什么是大气窗口？对于某些波长大气几乎不吸收，率较高的波段叫大气窗口 2. 光波在电光晶体中的传播 泡克耳效应和克尔效应折射率椭球方程，电光张量(n12)1把近红外分为 8 个波段，通过张量矩阵(n12)2= 111213Ex(n12)3212223313233E(n12)4414243y(12)5515253Ezn616263(n12)6计算 KDP晶体在 z 方向施加电场时， 其折射率椭球的变化分析 纵向电光效应的结构、 相位变化特点、 光的偏振特性变化特点横向电光效应的结构、 相位变

7、化特点、 光的偏振特性变化特点 半波电压的计算和意义当光波的两个垂直分量 Ex , E y的光程差为半个波长 ( 相应 的 相 位 差 为 ) 时 所 需 要 加 的 电 压 ， 称 为 “半 波 电压”半波电压是表征电光晶体性能的一个重要参数，这个电压越小越好，特别是在宽频带高频率情况下，半波电压小，需要的调制功率就小。3. 光波在声光晶体中的传播声波在介质中传播的特点，声光相互作用类型驻波，光栅，光强分布，拉曼- 纳斯衍射，布拉格衍射拉曼- 纳斯衍射条件、特点，布拉格衍射条件、布拉格方程、布拉格角、布拉格衍射的特点当超声波频率较低，光波平行于声波面入射 ( 即垂直于声场传播方向 )，声光互

8、作用长度 相反情况为布拉格衍射L 较短时，产生拉曼纳斯衍射。声束条件： LL0n 2/4 0 4. 光波在磁光晶体中的传播、光波在水中的传播磁光效应、光隔离器原理单色平行光束在水中传播的衰减规律 : 水前向散射、后向散射水下窗口 :在可见光波段，蓝绿光（480 30nm）的衰减最小，穿透能力最强，故常称该波段为“水下窗口 ” 。5. 光波在光纤波导中的传播 光波在各向同性介质界面上的反射和折射的基本定律n1sinin1sinr,n1sinin2sint光纤波导的结构、弱导条件、分类纤芯，包层，护套。0.01, 阶跃式，渐变式n1n1n2数值孔径及其意义、计算 它代表光纤的集光本领。光纤的数值孔

9、径为：NAn 1(2)1/ 2光束在光纤波导中的衰减及计算允许最大角sin1 m(2 n 12 n 2)1/ 2sin(m)0mn 1cosn 1cos延迟n L 2 c2202衰减10logP(dB/km )L10P o光纤的色散，产生的原因光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加， 由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应四、光波的调制与扫描1. 光束调制原理调制的概念，载波，调制信号，按调制性质的分类将信息加载于激光的过程称之为调制完成这一过程的装置称为调制器 。其中激光称为 载波；起控制作用的低频信息称为 调制信号 。激光调制按其调制的性质可以分为 调幅、调频、调相

10、及强度调制等。振幅调制、频率调制、相位调制红和强度调制的概念和特点 振幅调制就是载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振 荡，简称调幅 频率调制和相位调制 简称调频和调相 调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号 的变化规律而改变的振荡。因为这两种调制波都表现为总相角 (t) 的变化，因此统称为角度调制强度调制是光载波的强度 光振荡2. 电光调制( 光强) 随调制信号规律而变化的激纵向电光调制器的结构、原理、电光调制特性曲线、使调制器工作在线性区的措施：（1. 附加一个 V /4 的固定偏压 2. 插入 1/4 波片）纵向电光效应优点：结构简单，工作稳定，无自然双折射影响缺点：半波电压太高电

11、光晶体 (KDP)置于两个成正交的偏振器之间，其中起偏器 P1的偏振方向平行于电光晶体的 x 轴，检偏器 P2的偏振方向平行于 y轴，当沿晶体 z 轴方向加电场后，它们将旋转 45 o 变为感应主轴x,y 。因此，沿 z 轴入射的光束经起偏器变为平行于 x 轴的线偏振光，进入晶体后 (z=0) 被分解为沿 x和 y方向的两个分量，两个振幅 (等于入射光振幅的 1/ ）和相位都相等横向电光调制器的结构、原理、优缺点横向电光效应：xz03 nor63 (L) Vd结构：偏振方向与 向垂直、晶体长度 优点：半波电压低Z 轴成 45 角，检偏器方向与入射光偏振方 L，厚度 d, 电场 Z 轴方向 V=

12、EzD 缺点：自然双折射、外加电场产生相位差电光相位调制的结构、原理3. 声光调制声光调制器结构、工作原理 结构：声光介质，电 - 声换能器，反射装置，驱动电源 基于拉曼 - 纳斯衍射和布拉格衍射的声光调制的特点拉曼- 纳斯sinmmkssm2ssfs(ms,01,12,)LM2P ski布拉格：sinB2 nnvIsin2L4. 了解干涉调制技术Ii2H5. 光束偏转技术 电光扫描原理分析、 双 KDP楔形棱镜扫描器原理及电光偏转角 的计算 电光数字扫描的结构和原理 6. 空间光调制器空间光调制器的概念、类型、应用 泡克尔读出光调制器的结构、原理 液晶空间光调制器的结构、原理 五、 光源 1. 发光二极管 (LED) ，原理，特点 LED 本质上是一种结半导体器件，其发光原理为低电场下的 注入式电致发光：加电场 - 载流子扩散 - 复合发光 特点： 输出光功率线性范围宽 (P-I 特性) 性能稳定 寿命长 制造工艺简单、价格低廉输出光功率较小 谱线宽度较宽 调制频率较低2. 半导体激光器 (LD) ，主要特性 P-I 特性、发射波长和光谱特性（相等） 、h n =Eg 激光束的空间分布 ( 辐射特性 转换效率和输出光功率特性 温度特性 噪声特性 光功率的时间特性3. 产生激光的 3 个必要条件是什么 ? LD 与 LED发光机理的根本区别 是