光电子学知识点

一、绪论

1、激光发明年份;

2、什么叫光电子学、光电子技术?

3、列举几种光电子技术或光电子器件,至少6种;

4、典型的光电子(通信)系统由哪几部分构成。

二、光与物质相互作用基础

1、光的本性,传播时表现为波动性,与介质相互作用时表现为粒子性;

2、对于线性、均匀、各向同性介质,极化率χ为标量;而在各向异性介质中,电极化强度矢量P和外电场E不再平行,此时极化率χ变为二阶张量:Pi=ε0χijEj

3、P、D、E之间的关系

4、辐射度量和光度量的区别

5、辐射通量、光通量之间的换算关系

6、亮度和照度的区别

7、能带理论基本概念(价带、导带、禁带、禁带宽度)

三、光波导(30分)

1、平面介质波导的结构(各层名称),各层介质的折射率关系;对称波导、非对称波导;

2、各层中的场分布:波导层中横向(光受限的方向)为驻波场,纵向为行波场;衬底和覆盖层中横向为振幅成指数规律衰减的消逝场,纵向为行波场;消逝系数、穿透深度

3、全反射时界面的相移公式;(不要求记忆,但要会用)

4、横向传播常数、纵向传播常数;有效折射率(模折射率)

5、模式本征方程,m为模序数;本征方程的图解(画图说明对称波导基模不会截止)

6、模式截止条件:β=k0n2,θ=θc;截止波长;模式数量;单模传输条件;

(注意对称波导和非对称波导的区别)

7、TE模、TM模的含义;

8、光纤的结构参数:直径2a、数值孔径、相对折射率、弱导条件、归一化频率、单模条件;

9、偏射光线的纵向传播常量β=k0n1cosϕ,其中ϕ为轴线角,即光线和光纤轴的夹角;偏射光线可分为三类:非导引光线、导引光线(即导模)和泄露光线,对应θ和ϕ的范围要知道。

10、光纤的损耗公式 dB/km

1、光调制概念;改变哪些参数可以使光携带信息?类型:内调制、外调制;

2、波矢面、折射率椭球、折射率面;

3、正、负单轴晶体的定义;

4、利用折射率椭球确定o光和e光的偏振方向、以及对应的折射率;

5、给出电光系数矩阵,会写出加电场之后的新的折射率椭球方程(原主轴坐标系中);会判断新椭球和旧椭球相比,主轴是否发生了倾斜;

6、KDP晶体z向(光轴)加电场后的新主轴折射率大小,以及感应主轴的方位;

7、横向电光效应、纵向电光效应;对KDP晶体来说,两种效应各有什么优缺点;(纵向电光效应结构简单、工作稳定,不受自然双折射影响,但半波电压较高,且需要制作透明电极;横向电光调制通过选择晶体长度和厚度可以大大降低半波电压,缺点是存在自然双折射的相位延迟,受温度影响较大,需要采取组合调制方式来消除,导致结构复杂化)

8、电光相位延迟公式,半波电压的公式,电光系数的测量方案设计

9、KDP纵向调制器的调制特性曲线,知道透过率随偏压变化的函数表达式;知道应该工作在什么区域;如何实现?两种方法。(加直流偏压Vπ/2、加1/4波片;作用是让入射光沿x’和y’方向的偏振分量产生π/2的相位差)

10、横向调制时,晶体的三个棱分别为x'、y'和z;

11、电光开关,会设计加压式、退压式的电压开关。画出方案图,并解释工作原理

12、弹光效应/声光效应的概念

13、两种声光衍射类型、判据(声光相互作用特征长度,注意公式中波长为介质中的波长)、工作条件的区别(声光作用长度、声波频率高低、入射角度)

14、布拉格衍射条件、布拉格方程、布拉格角(区分布拉格角、光束偏转角)

15、声光调制时,改变超声波强度,衍射光强也随着改变;

16、声光偏转,改变声波的频率,可以控制光的衍射方向

17、自然旋光效应概念(1、偏振光入射;2、沿光轴入射不受双折射影响)、法拉第旋光效应;二者之间的区别(光来回两次通过晶体,偏振方向改变角度不同)

18、磁光隔离器的原理图、工作原理

1、三种物理原理:光电效应(重点)、光热效应、波相互作用

2、光电效应会受到光波长限制;光热效应不受光波长限制

3、光电效应分为外光电效应、内光电效应;内光电效应分为电导效应、光伏效应(会阐述各种效应的概念)

4、哪种效应做成的探测器响应速度快?为什么?(光电效应比光热效应快;光伏效应比光电导快)

5、光电导效应中,光电流的表达式,为提高光电流即需要提高内部增益G,为提高G,需要选用载流子平均寿命长、迁移率大的材料,同时应减小电极间距。

6、光伏效应中,pn结的原来的内建电场方向(n→p)、光生电场方向(p→n)、光生电流方向(n→p);只有本征吸收所激发的少数载流子能引起光伏效应。

7、光探测器的性能参数:(概念及公式)、电压/电流响应度(灵敏度)、光谱响应、噪声等效功率(NEP)、探测度、暗电流、频率响应、响应时间

8、典型探测器:(了解)

一、绪论

1、激光发明年份;

2、什么叫光电子学、光电子技术?

3、列举几种光电子技术或光电子器件,至少6种;

4、典型的光电子(通信)系统由哪几部分构成。

二、光与物质相互作用基础

1、光的本性,传播时表现为波动性,与介质相互作用时表现为粒子性;

2、对于线性、均匀、各向同性介质,极化率χ为标量;而在各向异性介质中,电极化强度矢量P和外电场E不再平行,此时极化率χ变为二阶张量:Pi=ε0χijEj

3、P、D、E之间的关系

4、辐射度量和光度量的区别

5、辐射通量、光通量之间的换算关系

6、亮度和照度的区别

7、能带理论基本概念(价带、导带、禁带、禁带宽度)

三、光波导(30分)

1、平面介质波导的结构(各层名称),各层介质的折射率关系;对称波导、非对称波导;

2、各层中的场分布:波导层中横向(光受限的方向)为驻波场,纵向为行波场;衬底和覆盖层中横向为振幅成指数规律衰减的消逝场,纵向为行波场;消逝系数、穿透深度

3、全反射时界面的相移公式;(不要求记忆,但要会用)

4、横向传播常数、纵向传播常数;有效折射率(模折射率)

5、模式本征方程,m为模序数;本征方程的图解(画图说明对称波导基模不会截止)

6、模式截止条件:β=k0n2,θ=θc;截止波长;模式数量;单模传输条件;

(注意对称波导和非对称波导的区别)

7、TE模、TM模的含义;

8、光纤的结构参数:直径2a、数值孔径、相对折射率、弱导条件、归一化频率、单模条件;

9、偏射光线的纵向传播常量β=k0n1cosϕ,其中ϕ为轴线角,即光线和光纤轴的夹角;偏射光线可分为三类:非导引光线、导引光线(即导模)和泄露光线,对应θ和ϕ的范围要知道。

10、光纤的损耗公式 dB/km

1、光调制概念;改变哪些参数可以使光携带信息?类型:内调制、外调制;

2、波矢面、折射率椭球、折射率面;

3、正、负单轴晶体的定义;

4、利用折射率椭球确定o光和e光的偏振方向、以及对应的折射率;

5、给出电光系数矩阵,会写出加电场之后的新的折射率椭球方程(原主轴坐标系中);会判断新椭球和旧椭球相比,主轴是否发生了倾斜;

6、KDP晶体z向(光轴)加电场后的新主轴折射率大小,以及感应主轴的方位;

7、横向电光效应、纵向电光效应;对KDP晶体来说,两种效应各有什么优缺点;(纵向电光效应结构简单、工作稳定,不受自然双折射影响,但半波电压较高,且需要制作透明电极;横向电光调制通过选择晶体长度和厚度可以大大降低半波电压,缺点是存在自然双折射的相位延迟,受温度影响较大,需要采取组合调制方式来消除,导致结构复杂化)

8、电光相位延迟公式,半波电压的公式,电光系数的测量方案设计

9、KDP纵向调制器的调制特性曲线,知道透过率随偏压变化的函数表达式;知道应该工作在什么区域;如何实现?两种方法。(加直流偏压Vπ/2、加1/4波片;作用是让入射光沿x’和y’方向的偏振分量产生π/2的相位差)

10、横向调制时,晶体的三个棱分别为x'、y'和z;

11、电光开关,会设计加压式、退压式的电压开关。画出方案图,并解释工作原理

12、弹光效应/声光效应的概念

13、两种声光衍射类型、判据(声光相互作用特征长度,注意公式中波长为介质中的波长)、工作条件的区别(声光作用长度、声波频率高低、入射角度)

14、布拉格衍射条件、布拉格方程、布拉格角(区分布拉格角、光束偏转角)

15、声光调制时,改变超声波强度,衍射光强也随着改变;

16、声光偏转,改变声波的频率,可以控制光的衍射方向

17、自然旋光效应概念(1、偏振光入射;2、沿光轴入射不受双折射影响)、法拉第旋光效应;二者之间的区别(光来回两次通过晶体,偏振方向改变角度不同)

18、磁光隔离器的原理图、工作原理

1、三种物理原理:光电效应(重点)、光热效应、波相互作用

2、光电效应会受到光波长限制;光热效应不受光波长限制

3、光电效应分为外光电效应、内光电效应;内光电效应分为电导效应、光伏效应(会阐述各种效应的概念)

4、哪种效应做成的探测器响应速度快?为什么?(光电效应比光热效应快;光伏效应比光电导快)

5、光电导效应中,光电流的表达式,为提高光电流即需要提高内部增益G,为提高G,需要选用载流子平均寿命长、迁移率大的材料,同时应减小电极间距。

6、光伏效应中,pn结的原来的内建电场方向(n→p)、光生电场方向(p→n)、光生电流方向(n→p);只有本征吸收所激发的少数载流子能引起光伏效应。

7、光探测器的性能参数:(概念及公式)、电压/电流响应度(灵敏度)、光谱响应、噪声等效功率(NEP)、探测度、暗电流、频率响应、响应时间

8、典型探测器:(了解)


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