光电子复习提纲汇总
《光电子学》复习讲义2014
第一部分：光电物理基础
【1】基本概念
1)本征吸收：半导体吸收一个能量大于禁带宽度Eg的光子，电子由
价带跃迁到导带，这样的过程称为本征吸收。
2)激子吸收：在半导体中受激电子与空穴构成的新系统可以看成一
种“准粒子”，并称之为激子。激子可以通过所含电子和空穴的复合而辐射光子和声子，其中能发射光子的激子复合过程对提高发光效率有很大的实用意义。
3)杂质吸收：杂质吸收有三种情况，1：从杂质中心的基态到激发态
的激发可以引起线状吸收谱。2：电子从施主能级到导带或从价带到受主能级的吸收跃迁。3：从价带到施主能级或从被电子占据的受主能级到导带的吸收跃迁。
4)费米能级的概念：P22
5)热平衡状态下本征和杂质半导体的费米能级图1-14 P24
6)非平衡态载流子的产生、复合图1-15
7)直接复合：自由电子直接由导带回价带与空穴复合
8)间接复合：自由电子和空穴通过晶体中的杂质、缺陷在禁带中复
合
9)非本征吸收：包括杂质吸收自由载流子吸收激子吸收晶格吸收
10)本征发光：导带电子和价带空穴复合所产生的发光现象
11)激子发光：激子在运动过程中，将能量从晶体的一处运输到另一
处，电子空穴复合发光的过程称为激子发光。
12)杂质发光：杂质发光有三种发光方式，1：电子从导带到施主能级
或从受主能级到价带的跃迁，主要是无辐射跃迁。2:电子从导带到受主能级或从施主能级到价带。3：施主受主对的辐射跃迁
13)内光电效应：表现为光电导和光生伏特效应。
14)外光电效应：即光电子发射效应（金属或半导体受光照射，如果
光子能量足够大可以使电子从材料表面逸出的现象）
15)金属逸出功：电子从金属中逸出需要的最小能量
16)电子亲和势：导带体上的电子向真空逸出时所需要的最小能量
17)光电发射第二定律：光电发射体发射的光电子最大动能随入射光
频率的增大而线性增加，与入射光强无关。
18)辐射度量:与物理学对电磁辐射度的规定完全一致，适用于整个电
磁波段
19)光度量：以人的视觉特性为基础建立，只适用于可见光波段
20)偏振光及偏振度：振动方向与传播方向不对称性叫做偏振，具有
偏振性的光叫做偏振光。光束中偏振部分的光强度和整个光强度之比值称为偏振度。
【2】基本原理
1)杂质吸收与本征吸收的光谱范围如何理解？
答：（1）本征吸收区对应于价带电子吸收光子后跃迁至导带的强吸收区，它处于紫外可见光与近红外区。
（2）杂质吸收因固体材料及材料中杂质各类而异。假设杂质具有浅能级（约0.01eV），这种杂质吸收仅在较低温下（使kT〈杂质电离能，k为玻尔兹曼常数〉，才能被观察到。
2)半导体掺杂的目的？对半导体发光的限制作用？
答：纯正的半导体是靠本征激发来产生载流子导电的，但是仅仅依靠本征激发产生的载流子数量很少，而且容易受到外界因素如温度等的影响。掺入相应的三价或五价元素则可以在本征激发外产生其他的载流子，可以大幅度的改善本征半导体的导电性。
（1）为了使半导体的电导率发生大的变化；因为杂质的电离能比禁带宽度要小得多，所以杂质的种类和数量对半导体的导电性能影响很大。
(2) 杂质能级的位置有性质不同的两类：“浅能级”和“深能级”，前者起着“陷阱”的作用，后者通常是复合能级。
室温下用电子束激发GaAs 发光时的相对效率与杂质浓度
载流子的产生与杂质能级复合中心的平衡
3) 半导体本征发光中的直接跃迁与间接跃迁的定义与区别？代表材
料分别是？
答：（1）直接跃迁：仅涉及一个（或多个）光子的跃迁；间接跃迁涉及一个（或多个）光子，还包含声子的跃迁；
（2）直接跃迁以III-V 族化合物半导体以及由它们组成的三四元固溶体为主,代表材料GaAs;间接跃迁代表材料Si 基发光材料.
4) 自发发射、受激发射、受激吸收的关系？如何提高半导体的发光
效率？
答：（1）爱因斯坦关系：33
2121c
8B A νπh = 1221112=g B g B （2）吸收系数较高；直接带隙跃迁；优化杂质能级吸收与发射；根据器件设计自发辐射与受激辐射系数的比重。
5) 金属、半导体光电子发射光电子发射的三个步骤？
答：第一步：体内电子吸收光子能量被激发跃迁到高能级第二步：被激发的电子向表面运动，运动过程中会与其它电子或晶格碰撞，失去部分能量。
第三步：克服表面势垒的束缚逸出表面。
6)本征光电导产生的条件？
答：（1）光子能量大于该半导体的禁带宽度；
（2）电子在导带中有足够的迁移率；
（3）由光的辐射产生的载流子数与材料中通常可得到的自由载流子相比，是可测量出来的。
【3】基本计算
1)金属、半导体光电子发射阈值的计算
光电子学与光子学讲义-作业答案(第1、2章)13版.doc
第一章 1.10 Refractive index (a) Consider light of free-space wavelength 1300 nm traveling in pure silica medium. Calculate the phase velocity and group velocity of light in this medium. Is the group velocity ever greater than the phase velocity? (b) What is the Brewster angle(the polarization angle qp) and the critical angle(qc) for total internal reflection when the light wave traveling in this silica medium is incident on a silica/air interface. What happens at the polarization angle? (c) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when the light beam traveling in the silica medium is incident on a silica/air interface? (d) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/silica interface? How do these compare with part (c) and what is your conclusion? 1.18 Reflection at glass-glass and air-glass interface A ray of light that is traveling in a glass medium of refractive index n1=1.460 becomes incident on a less dense glassmedium of refractive index n2=1.430. Suppose that the free space wavelength of the light ray is 850 nm. (a) What should the minimum incidence angle for TIR be? (b) What is the phase change in the reflected wave when the angle of incidence qi =85 ° and when qi =90° ? (c) What is the penetration depth of the evanescent wave into medium 2 when qi =85 ° and when qi =90° ? (d) What is the reflection coefficient and reflection at normal incidence (qi =0 ° )when the light beam traveling in the glass medium (n=1.460) is incident on a glass-air interface? (e) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/-glass interface (n=1.460)? How do these compare with part (d) and what is your conclusion? 1.20 TIR and polarization at water-air interface
吉大《半导体光电子学》期末复习纲要
第一章： 基本概念与名词解释 1、光子学说的几个基本概念：相格、光子简并度等； 2、微观粒子的四个统计分布规律：麦克斯韦速率分布率、波耳兹曼分布率、费米分布率、玻色分布率； 3、原子、分子的微观结构，固体的能带； 4、热辐射和黑体辐射的几个概念：热辐射、朗伯体、视见函数、普朗克公式； 5、简述辐射跃迁的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射； 6、谱线加宽的类型及定义：均匀加宽、非均匀加宽、碰撞加宽；
第二章： 基本概念与名词解释 １、一般概念：激发态能级寿命、亚稳态能级、粒子数反转、 负温度、激活介质、增益饱和； ２、三能级系统、四能级系统的粒子数反转的形成过程； ３、关于介质中的烧孔效应、气体激光器中的烧孔效应的论述。理论推导与证明 1、粒子数密度的差值（式2-1-17，2-1-22）； 2、均匀加宽与非均匀加宽的小信号增益系数（式2-2-14，2-2-15）； 3、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号反转粒子数密度、烧孔面积（式2-3-3，2-3-7）； 4、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号增益系数（式2-3-10，2-3-17）；
第三章： 基本概念与名词解释 １、激光的几个特性：包括时间相干性、空间相干性、相干时间、相干长度、相干面积、相干体积、光子简并度； ２、有关谐振腔的基本概念：谐振腔、稳定腔、不稳定腔、介稳腔； ３、激光振荡的几个现象和过程：纵模、横模、模的竞争、空间 烧孔、兰姆凹陷、频率牵引、高斯光束、激光器最佳透过率。 理论推导与证明 1、普通光源相干时间与相干面积（式3-1-5，3-1-12）； 2、激光产生的阈值条件（式3-3-11）； 3、粒子数密度的差值的阈值（式3-3-18）； 4、均匀加宽情况单模激光器的输出功率与最佳透过率（式3-6-9） 5、非均匀加宽情况单模激光器的输出功率（式3-6-18）。
半导体光电子学-试题
1 光电子器件按功能分为哪几类，每类大致包括哪些器件？ 2 （1）光的基本属性是__波粒二象性___，光的粒子性典型现象有_光的反射____、__折射____以及______等。光波动性的典型体现有______、______、______等。 （2）两束光相互干涉的条件______、______、_______，最典型的干涉装置有_____、______。两束光干涉相消的条件______。 3 激光器的基本结构包括哪些，其中激光产生的充分条件和必要条件分别是什么？（激光工作介质激励源谐振腔）p63p71 4 简述激光的特点以及激光产生的条件。 方向性单色性相干性亮度大 受激辐射：首要条件，也是必要条件，但还不是充分条件。 工作物质必须具有亚稳态能级 粒子数反转谐振腔增益大于损耗 5 试简述为什么二能级系统不能产生激光。 P69 6 试以一个三能级原子系统为例，说明激光产生的基本原理。 P70 7 光纤的基本结构是什么，光纤传输光的基本原理是什么？P126 射线理论认为，光在光纤中传播主要是依据全反射原理。光线垂直光线端面射入，并与光纤轴心线重合时，光线沿轴心线向前传播。 光的波长必须在一定范围内才能实现传输，光纤中常用的波长有850纳米，1320纳米及1550纳米三个波段。 根据传输方式不同光纤分为多模光纤及单模光纤。多模光纤的直径为50/62.5μ
m，而单模光纤的直径为8.5μm 8 什么是光调制过程，其大体上可分为哪几类，激光外调制的种类包括哪些？P147 9 什么是内光电效应和外光电效应，内光电效应和外光电效应代表器件分别有哪些，是每种效应各举一例说明之。P200 外部光电效应：金属表面通过吸收入射光子流的能量从而释放电子，形成光生电流（真空光电二极管，光电倍增管）内部光电效应：通过吸收入射光子产生自由电荷载流子，例如PN结光电二极管，PIN光电二极管，雪崩光电二极管 10 光电探测技术的物理效应有哪些？ P198 11 试论述光敏电阻器件中，光照强度与光电导率变化的关系。 12 试论述液晶的特点，以及液晶显示器的工作原理。 P257利用液晶的电光效应来工作在两块透明电极基板间夹持液晶状 态，当液晶厚度小于数百微米时，界面附近的液晶分子发生取向并保持有序性，当电极基板上施加受控的电场方向后就产生一系列电光效应，液晶分子的规则取向随即相应改变。液晶分子的规则取向形态有平行取向、垂直取向、倾斜取向三种，液晶分子的取向改变，即发生了折射率的异向性，从而产生光散射效应、旋光效应，双折射效应等光学反应。这就是LCD图像电子显示器最基本的成像原理
光子学与光电子学 原荣邱琪 习题题解
《光子学与光电子学》 习题及题解 原荣 邱琪 编著 第1章 概述和理论基础 1-10 计算每个脉冲包含的光载波数 考虑工作在1 550 nm 波长的10 Gb/s RZ 数字系统，计算每个脉冲有多少个光载波振荡？ 解：已知λ = 1.550 μm ，所以光频是Hz 101.93514×==λc f ，光波的周期是 1T f ==5.168×10?15 s 。 已知数字速率是10 Gb/s RZ 码，所以脉冲宽度是T = 1/(10×109) = 10?10 s ，所以在该脉冲宽度内的光周期数是 19349015.168/101510ele =×==??T T N 1-11 计算LD 光的相干长度和相干时间 单纵模LD 的发射波长是1550 nm ，频谱宽度是0.02 nm ，计算它发射光的相干时间和相干长度。 解：由题可知，λ = 1550×10?9 m ，Δλ = 0.02 × 10?9 m ，从式（3.1.18）可知 ()()Hz 102.5100155/1031020.0/929 892×=××××=Δ=Δ??λλc v 于是，相干时间是 019104)102.5/(1/1?×=×=Δ≈Δv t s 或者 0.4 ns 相干长度是 12.010*******c =×××=Δ=?t c l m 或者 12 cm 与LED 相比（见例1.3.4），LD 的相干长度是LED 的6.3×103倍。
第2章 光波在光纤波导中的传输 2-14 平面电介质波导中的模数 平面电介质波导宽为100 μm ，，490.11=n 084.12=n ，使用式（2.2.6）估算波长为1.55 μm 的自由空间光入射进该波导时，它能够支持的模数。并把你的估算与下面的取整公式进行比较 1π2Int +?? ????=V M 解：全反射的相位变化不能够大于π，所以φ /π 小于1。对于多模波导，φ>>V ，式（2.2.6） ()π2π2V V m ≈?≤φ。利用已知的参数和式（2.2.7），可以计算V 值如下： ()()21.3648.149.1105.11050π2π212 266212221=?×××=?=??n n a V λ 此时()06.23π/21.362π2=×=≤V m ，把0=m 模算上，就有24个模。利用取整公式可以算出该波导能够支持的模数()()23136.212Int 1π2Int =+×=+=V M 。 该题和例2.2.1比较，因为074.12=n 变为084.12=n ，波长由1.0 μm 变为1.5 μm ，所以波导能够支持的模数也减少了。 2-15 计算保证只有一个TE 模工作的AlGaAs 对称平板波导的最大中心厚度 已知自由空间波长λ = 0.85 μm ， 计算保证只有一个TE 模工作的AlGaAs 对称平板波导的最大中心厚度。波导参数为n 1 = 3.6，n 2 = 3.55。 解：由式（2.2.9）可得到最大平板厚度为 μm 711.055.36.3258.02222221c =?=?=n n d λ 2-16 数值孔径计算 接收机PIN 光电二极管的光敏面是2 mm ，使用1cm 的透镜聚焦，透镜和PIN 管之间为空气，计算接收机的数值孔径。 解：因为n 0 = 1，光敏面d = 1 mm ，透镜焦距f = 10 mm ，d /2f <<1, 所以sin α≈ tan αmax max ，由式（2.3.5）可得到 NA = sin αmax ≈ tan αmax = d /2f = 0.05 对应的最大接收角αmax 为2.87o （见图2.2.6），总接收角为2αmax = 5.74o 。 2-17 平板波导的数值孔径和接收角计算 有一个对称的AlGaAs 平板波导，已知中心介质n 1 = 3.6，与其相邻的介质n 2 = n 3 =3.55，
光电(第二版)习题答案1-9章
第一章绪论 1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？ 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。 光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光和非线性光学器件等。非相干光源包括照明光源、显示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。 光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器、各种传感器等。 光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。 2．谈谈你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，出现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得到了迅速发展；也出现了保偏光纤、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增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示都提出了严峻的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的增强等都更加依赖于信息的广度、深度和速度。 ⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。 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。 ⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？ 等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL）。
半导体光电子学-考点
半导体光电子学 一、1.声子：晶格振动的能量量子，假想粒子，与晶格振动相联系，不能独立存在。 光子：传递电磁相互作用的规范粒子，无静止质量，具有能量和动量，能够独立存在。 2.量子阱：两种禁带宽度不同的但晶格匹配的单晶半导体薄膜以极薄的厚度交替生长，使得宽带隙材料中的电子和空穴进入两边窄带隙半导体材料的能带中，好像落入陷阱，这种限制电子和空穴的特殊能带结构被形象地称为量子阱。 超晶格：当量子阱结构中单晶薄层的厚度可与德布罗意波长或波尔半径相比拟时，由于量子尺寸效应，量子阱之间会发生很强耦合效应。 3.光子晶体：是指具有光子带隙特性的周期性电介质结构的人造晶体。 纳米线：一种具有在横向上被限制在100纳米以下，纵向无限制的一维结构材料。 4.施主杂质：半导体中掺杂的杂质能够提供电子载流子的特性。 受主杂质：半导体中掺杂的杂质能提供空穴载流子的特性。 杂质能级：半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。 5.激子复合：所谓激子是指处于束缚态的电子和空穴，激子复合的能量将以光的形式 释放。 俄歇复合：电子和空穴复合后将能量传递给另一个电子或空穴的现象。有 CHCC（复合后的能量给导带的电子并使其激发到导带更高能态）和 CHHS（复合后的能量给价带的空穴并使其激发到自旋-轨道裂带上）过 程。 二、采用能带图和文字描述导体，半导体和绝缘体的异同。 导体：价带全满，导带部分填充 半导体：价带全满，导带全空，但是禁带宽度较窄，电子易于激发到导带中去。 绝缘体：价带全满，导带全空，禁带宽度较大 三、光波导结构的实例，并进一步说明光波导在光电器件中的工作原理。 光波导主要有平面波导和条形波导，而条形波导又有增益波导，折射率波导，分布反馈波导实例： 如折射率波导：有源区和两侧限制区的折射率不同，有源区两侧解理面构成反射镜，在有源区电子受激发射出的光子由于有源区和限制区折射率的不同构成全反射，将光场限制在有源区内，光子只能在两侧解理面来回反射，激发出更多的光子，并在输出方向上传播。 四、双异质结未加偏压和加偏压的能带图 双异质结在激光器中的作用： (1)pn结处于正向电压时，异质结势垒降低，n区电子能够越过势垒和隧穿势垒而注入窄
光电子课后习题答案汇总
第一章 1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？ 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、光显示器件。 光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光器和非线性光学器件等。非相干光源包括照明光源、显示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。 光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。 光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。 光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。 2．谈谈你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。 ⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？ 等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL），LED显示。
第二章：光学基础知识与光场传播规律 ⒈ 填空题 ⑴ 光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效应等；光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。 ⑵ 两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、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(0,1,2,)m m δλ==±±，δ为光程差。 ⑶两列同频平面简谐波振幅分别为01E 、02E ，位相差为φ，则其干涉光强为 22010201022cos E E E E φ++，两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±± ⑷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1.22f D λ 。 ⒉ 在玻璃( 2.25,1)r r εμ==上涂一种透明的介质膜以消除红外线(0.75)m λμ=的反射。 ⑴求该介质膜应有的介电常量及厚度。 ⑵如紫外线(0.42)m λμ=垂直照射至涂有该介质膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少？ ⑴玻璃的折射率 1.5n == ，正入射时，当n = 作用，所以 1.225n ===，正入射下相应的薄膜厚度最薄为 0.750.15344 1.225 h m n λμ===? ⑵正入射时，反射率为 2222 00002222000022()cos ( )sin 22()cos ()sin G G G G n n nh nh n n n n n n nh nh n n n n ππλλρππλλ-+-=+++正 2200222200002()cos 3.57%22()cos ()sin G G G nh n n n n nh nh n n n n πλππλλ-= =+++
半导体光电子学期末复习纲要(精)
《半导体光电子学》期末复习纲要 一、基本概念与名词解释： 第一章： １、光子学说的几个基本概念：相格、光子简并度等； ２、微观粒子的四个统计分布规律：麦克斯韦速率分布率、波耳兹曼分布率、费米分布率、玻色分布率； ３、热辐射和黑体辐射的几个概念：热辐射、朗伯体、视见函数、普朗克公式； ４、简述辐射跃迁的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射； ５、谱线加宽的类型及定义：均匀加宽、非均匀加宽、碰撞加宽。 第二章： １、一般概念：激发态能级寿命、亚稳态能级、粒子数反转、负温度、激活介质、增益饱和；２、三能级系统、四能级系统的粒子数反转的形成过程； ３、关于介质中的烧孔效应、气体激光器中的烧孔效应的论述。 第三章： １、激光的几个特性：包括时间相干性、空间相干性、相干时间、相干长度、相干体积、光子简并度； ２、有关谐振腔的基本概念：谐振腔、稳定腔、不稳定腔、介稳腔； ３、激光振荡的几个现象和过程：模的竞争、空间烧孔、兰姆凹陷、频率牵引、高斯光束、激光器最佳透过率。 第四章： １、光波导的几个基本概念：平板波导、矩形波导、光纤、导模、辐射模、阶跃型光纤、渐变型光纤、子午线、子午面、斜光线、吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗、材料色散、波导色散、模间色散。 第五章: １、有关光吸收的几个基本概念：本征吸收、晶格振动吸收、自由载流子吸收、激子吸收、杂质吸收； ２、光探测的一些基本效应：光电效应、光热效应、外光电效应、光电导效应、光电导驰豫、逸出功、电子亲和势、光伏效应、热释电效应、测辐射热计效应、温差电效应、帕尔帖效应、塞贝克效应、汤姆逊效应。 二、理论推导与证明： 第二章： 1、粒子数密度的差值（式2-1-17，2-1-22）； 2、均匀加宽与非均匀加宽的小信号增益系数（式2-2-14，2-2-15）； 3、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号反转粒子数密度、烧孔面积（式2-3-3，2-3-7）； 4、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号增益系数（式2-3-10，2-3-17）；
信息技术 第一章习题(有答案)
第一章信息与信息技术 【考点】描述信息的基本特征，了解信息技术的历史和发展趋势 【涉及教材章节】《信息技术基础》第一章第一、二节 ■这是一个充满信息的世界，生活中随时随地都能感受到丰富多彩的信息。能够随意举出身边的信息，了解信息的定义，构成世界的三大要素：物质、能量、信息。(P2) 信息的三种定义：香农----信息是“用来消除不确定的东西”。 维纳----信息是区别于物质和能量的第三类资源，是客观事物的基本存在 形式之一。 钟义信----信息是“事物运动的状态与方式”。 ●例题1．人类赖以生存与发展的基础资源是（ B ） A．知识、经济、能源B．信息、能量、物质 C．工业、农业、轻工业D．物质、材料、通信 ●例题2．现代社会中，人们把( d )称为构成世界的三大要素。 A．精神、物质、知识 B．财富、能量、知识 C．物质、能量、知识 D．物质、能量、信息 ●例题3：下列不能称为信息的是（ B ） A．报上刊登的广告B．高一的《信息技术》教科书 C．电视中播放的刘翔打破世界纪录的新闻D．半期考的各科成绩 ●例题4．关于信息，以下说法不正确的是__C_____。 A．信息需要通过媒体才能传播 B．信息可以影响人们的行为和思维 C．信息是特指计算机中保存的程序 D．消息、情报、数据和信号都称之谓信息 ●例题5．下面不属于信息表现形式的是___C____。 （A）声音（B）文字（C）磁带（D）图像 ●例题6．下面有关对信息的理解，哪句是错误的( C ) A．在一定程度上，人类社会的发展速度取决于人们感知信息、利用信息的广度和深度B．信息无时不在，无处不在，信息是我们行动决策的重要依据 C．电视机、电话机、声波、光波是信息 D．人类可以借助信息资源对自然界中有限的物质资源和能量资源进行有效地获取、分配和利用 ●例题7．下列关于信息技术的描述，正确的是( C ) A．现代通信技术的发展产生了信息技术 B．21世纪人类进入信息社会，信息、信息技术就相应产生了 C．有了人类就有了信息技术 D．有了计算机后就有了信息技术 ●例题8．以下说法正确的是( C ) A．信息技术对社会的影响有消极的一面，应该限制发展 B．网络上有许多不良信息，青少年应该积极抵制上网 C．面对信息技术的发展，我们对其既不要过度地崇拜，也不要因噎废食、盲目排斥D．随着计算机技术的发展，计算机的所有输入手段将全部由语音技术来代替 ■信息的一般特征(P3)： ①载体依附性价值性 ②可加工和可处理性 ③可脱离它所反映的事物被存储、保存和传播。 ④传递性和共享性，可以被重复使用而不会损耗。 ⑤时效性 ⑥真伪性 能够根据具体的信息，能判断出其体现了信息的哪个或哪些特征。
光电子学作业
光电子学作业 第一章 1．以一个三能级系统为例，说明激光器的基本构成和产生激光的基本原理。 2．分析四能级与三能级工作物质的能级结构特征，并说明四能级结构工作物质在产生激光中的优势。 3．什么是增益饱和现象，均匀加宽和非均匀加宽介质中的增益饱和有什么不同？ 4．多普勒加宽的物理机制是什么？ 5．工作物质实现能态集居数分布反转的条件是什么？ 6．试画出TEM 12，TEM 03 模的光强分布。 7.波长为入的高斯光束入射到位于z= l处的透镜上，为了使出射光束的束腰刚好落在样品表面上，透镜的焦距f应为多少？W1W0I I 8 .稳定腔的两块反射镜，曲率半径分别为R 1 = 40cm, R 2= 100cm，求腔长取值范围。 9. 某单横模He—Ne激光器，采用平凹腔，腔长L= 0.3m，凹面R= 1m, 平面镜输出，求输出镜面的光斑尺寸及光束的发散角。一束光通过长度为1m的均匀激活工作物质。如果出射光强是入射光强的2倍,求该物质的增益系数 G。 10. 设氦氖激光器的0.6328 谱线在增益曲线的G( v
0)/2处有一烧孔，增益曲线的半宽度为150MHz。计算与烧孔相对应的粒子速率有多大？ 11. 叙述激光器的的模式、纵模、横膜的定义及形成机理 第二章 1．均匀加宽和非均匀加宽介质对激光器所能形成的激光振荡模式有何影响。 2．激光选模技术分几类？ 3．常用的调Q 方法有几种，分别简述之。 4．分别简述几种常见的激光锁模的实现方法。 5. He—Ne激光器反射镜间距为0.2m,求最靠近632.8nm的纵模阶数，纵模频率间隔。如增益曲线宽度为1.5 x 109Hz则可能引起的纵模总数为多少？ 6. 在红宝石调Q激光器中，有可能将几乎全部Cr3+离子激发到激光上能级并产生激光巨脉冲，设红宝石棒直径1cm长度 7.5cmCr3+离子浓度为 2x 1013/cm31脉冲宽度为10ns求输出激光的最大能量和脉冲功率。 第三章 1. 激光器按工作物质划分为几类,一类各举一个典型激光器,并给出典型波长转换效率及典型优点。 2. 为什么双异质结可以降低器件的阈值功率密度 3. 如何实现半导体激光器的单纵模振荡 4. 简述半导体激光器的主要特点及其如何产生激光的原理 第五章 思考题： 1. 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强度调制，为什么？
半导体光电子学复习资料
半导体光电子学复习资料
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半导体光电子学 一．名词解释。 1.激光器阈值电流：在电流值很小时，激光器输出功率基本没有，并且增加电流， 仍然没有输出；当电流增大到某一个值A是，输出开始出现，并且随着电流增大，功率近似线性增大；这个A就称为阈值电流。 2.半导体类型：P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。 N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。 3.带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差。 (?)4.电子跃迁形式： 受激吸收：当适当能量的光子与半导体互作用，并能把能量传递给价带中的电子，使之跃迁到导带，从而在半导体中出现电子-空穴对。 自发发射：在热平衡下，如果在半导体的导带与价带中分别有一定数量的电子与空穴，导带中的电子以一定的机率与价带中的空穴复合并以光子形式放出复合所产生的能量。 受激发射：若导带电子与价带空穴复合过程不是自发的，而是在适当能量的激励下进行的，则复合产生的光子就与激发该过程的光子有完全相同的特性。 5.量子阱：由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。 6. 异质结：两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。 二．简答题。 1.辐射的方式，受激吸收，自发发射，受激发射的定义？及相应的器件？ 答：受激吸收：当适当能量的光子与半导体互作用，并能把能量传递给价带中的电子，使之跃迁到导带，从而在半导体中出现电子-空穴对。 器件：光电导，光探测器。 自发发射：在热平衡下，如果在半导体的导带与价带中分别有一定数量的电子与空穴，导带中的电子以一定的机率与价带中的空穴复合并以光子形式放出复合所产生的能量。器件：半导体发光二极管。 受激发射：若导带电子与价带空穴复合过程不是自发的，而是在适当能量的激励下进行的，则复合产生的光子就与激发该过程的光子有完全相同的特性。 器件：半导体激光器。半导体光放 2.简述激光器二极管实现离子数反转的途径。 答：为了获得粒子数反转，通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近，空穴和电子复合放出光子，也就是说未复合的空穴-电子对，为高能态离子，外加电压，PN结附近存在大量未复合的高能态离子，代表已粒子数反转。 3.半导体中电子扩散和漂移的区别。 答：在P区多数载流子是空穴，同时有少数载流子（电子）存在。N区情形相反。 在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。 半导体加上电场，作为载流子的正空穴和自由电子就会受到电场的作用力，于是空穴就会顺着电场的方向移动，自由电子则朝电场的反向移动，从而出现电流,称为漂移电
半导体光电子学作业
半导体光电子学作业 1.半导体光电子学定义。 2.半导体材料的分类。按材料、按结构、按功能分类。 3.晶体结构。列举几种晶格结构、晶格结构的测量方法。 4.物质波。 5.描述一维有限深势阱中的粒子的特性。 6.描述一维无限深势阱中的粒子的特性。 7.隧道效应。 8.晶体中产生电流的条件。 9.导带、价带定义。 10.画出硅、锗、砷化镓的能带图，说明其能带特点。 11.说明化合物半导体中的有几种点缺陷。 12.激子、等电子杂质定义。 13.简述各种因素对禁带宽度的影响。 14.写出费米—迪拉克分布条件及函数。 15.费米能级的特点、与掺杂浓度的关系。 16.迁移率。 17.晶格振动可以用什么来描述？对于某一三维晶格，具有N个原胞，每个原胞 有n个原子，那么有几支格波？ 18.晶格振动能量的特点。 19.载流子散射的几种机制、特点。 20.半导体材料的电导率与那些因素有关？
21.画出半导体材料的霍尔效应的示意图。 22.画出半导体材料的表面光电压、光磁电效应的示意图。 23.耿氏效应。 24.半导体温差发电器利用的是什么效应？特点是什么？ 25.半导体制冷、制热器件利用的什么原理？ 26.说明磁光效应、电光效应。列举几种电光现象。 27.分别写出空气与透明材料与不透明材料构成界面的反射率、透射率。 28.半导体中光吸收的种类。 29.什么是本征吸收，本征吸收的特点。 30.比较直接跃迁与间接跃迁的不同。 31.激子吸收的谱线与本征吸收谱线的各自特点。那些材料在室温下能观测到激 子吸收？ 32.杂质吸收的种类及各自的特点。 33.以GaAs为例说明有几种子带之间的跃迁。 34.自由载流子吸收的特点。 35.晶格振动吸收的特点。 36.光吸收的逆过程是什么？描述一下光吸收、发光。 37.简述各种发光现象及其起因。 38.描述发光过程都有那些参量？ 39.简述半导体中的各个发光过程。 40.吸收谱与发射谱之间的关系如何？分析产生差异的主要原因。
半导体所考试试卷,半导体光电子学
中国科学院半导体所 《半导体光电子学》试题 一、 名词解释（30分） 数字孔径 传播常数 吸收系数 增益系数 俄歇复合 激子复合 二、 一激光器的腔长为500μm ，端面的反射率为0.32，吸收系数为10cm -1。 试问： （1） 产生激光的阈值处的光增益是多大？ （2） 如果一个端面镀上增反膜，使反射率增至0.9，问光激射阈值处的光增益是多大？ （3）如果内量子效率为0.65，试问（1）和（2）两种情况下的外量子效率为多大？ （20分） 三、已知一组激光器的工作寿命是：在60℃时为4×104小时，在90℃时为6500小时，试问20℃时它们的预期寿命多长? (15分) 四、已知As Ga Al x x -1的禁带宽度g E =1.424+1.247x ， （1） 求出As Ga Al 94.006.0的As Ga Al 7.03.0的禁带宽度和对应的发射波长。 （2） 如果As Ga Al p 94.006.0-中的 ev E F v 1.01=-，As Ga Al N 7.03.0-中的ev F E c 05.01=- ，F 为费米能级，1v E 为As Ga Al p 94.006.0-的价带顶，2c E 为As Ga Al n 7.03.0- 的导带底，试画出As Ga Al n As Ga Al p 7.03.094.006.0/--的能带图。 （3）简要说明异质结的特性。（20分） 五、试写一篇短论文描述半导体激光器或波导器件的模式特性。 提示：可描述何为模式（基模，水平横模，垂直横模，纵模，单纵模）如何通过器件结构设计获得单模工作？不必全面，能清楚描述一两个要点即可，重在考察基础知识和逻辑分析能力。 (15分) 六、选作题 依照你硕士期间的研究工作或者你熟悉的某种光电器件，用300－500字表述一下为什么选择半导体光电子学这一研究方向。 (参考分20分)
半导体光电子学论文-中文翻译
C 电声散射 电子-声子的散射决定内在载流子寿命。我们将定义它为超晶格。量子将是这种情形：在无限大的屏蔽浓度中捕获到有限的收获。我们写电子态与声子极化向量的超晶格结构，是对相应的重要情况和偏振向量而言。由此产生的电子-声子耦合也可以归入相应的大多数的电声子耦合常数中。详细讨论散装电声子耦合，可以在[21]找到 。 C1 形变潜在的机制 在刚性离子模型，电子-声子相互作用，由于形变的电势所造成的晶格振动在[22] )(?1)(ααααξR S r V e Q NM H j S iq qj qj S ph el --??-=?-∑∑ (1) 这儿S 是指超晶格个体单元（SUCs ）,N 是指超晶格个体单元的采样 总数， α是指在一个超晶格个体单元中的不同离子，αM 和αR 表示α离子的数量和位置，) (?j ξ（αR ）表示偏振化向量j 型声子模式αR 的位置，和αV 描述前在相互影响的电子与离子α。qj Q 则是正常模式，协调的方式j ，其中以第二量化形式， )(2qj qj qj qj a a h Q +=+ω qj ω是指频率的模式j 。 我们扩大了超晶格的电子态（波矢k ）在布洛赫情形下)(,r k z V φ是个例子，V 表示和大部分相关。
)(),()(,,r g F r s z g k s s k k +∑=ψμμφμ 这儿1k 定义为在大多数情况下保持不变。这里s g 指的是Z 组成的超晶格倒数矢量。矩阵元的ph el H -之间的两个电子态与波向量k 和'k 是由 >='<-k H k ph el || ),(),(),(2)(,,n j q k s vs q k nj cell qj g v f s F s F NM h i μμωμ''-∑∑'''* )?()(,,?,z g q D n v n s s z g q k k n +'-'±-'μμδδ (2) 这儿 )()()()(,,,3)(,r r U r r d q D k q v k v '''?=?μμμμφφ (3) 和 )()()(,,,,ααααα αR S r V P e M M r U q v R iq s cell n v --??=?∑ 这儿α,,q V P 指的是α（阳离子或阴离子）的组成部分，偏振波矢量q 的大部分模式v 和cell M 总质量的绝大多数晶胞都在相应的大部分材料中。当中的+(-)符号表示上述方程的声子吸收（释放）过程。注意，在EQN (3)中的Dv,v'(q)仅仅是对于大多数材料的电声子耦合常数而言。为光学声子中心附近区域D(q)的q 近似为独立的。而对于声学模式，D(q)是成正比的q ，与相称常数被称为形变机制。
半导体光电子学考试知识点(电子科技大学)
1，直接带隙材料和间接带隙材料（直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中同一位置。电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。） 2，直接跃迁和间接跃迁 3，什么是散射，原因 4，光学的两个特殊角，全反射角和布鲁斯特角 光由光密介质进入光疏介质时,当入射角θ增加到某种程度，会发生全反射。折射角为90度所对应的入射角为临界角。自然光在电介质界面上反射和折射时，一般情况下反射光和折射光都是部分偏振光，只有当入射角为某特定角时反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，此特定角称为布儒斯特角或起偏角，用θb表示。此规律称为布儒斯特定律。光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。 5，在迪拜长度后面那个，具体得翻书才能知道，好像是折射率的证明（p77） 6，关于散射的应用题，给一个波长函数，有两个参数待定，然后给两组数据，求出两个参数，然后再给一个数据，求解。不难，需要求导 7，一个关于光吸收能量转化的应用题，给出一堆参数，根据能量守恒，需要知道一些常量，比如h，e等 8，速率方程，教材最后一节内容，知道怎么列出的 9，可见光范围380nm—760nm 10，光子频率能量范围 本征吸收：本征吸收是指在价带和导带之间电子的跃迁产生与自由原子的线吸收谱相当的晶体吸收谱，它决定着半导体的光学性质.本征吸收最明显的特点是具有基本的吸收边（吸收系数陡峭增大的波长）这种由于电子由带与带之间的跃迁所形成的吸收过程称为本征吸收。 辐射复合：根据能量守恒原则，电子和空穴复合时应释放一定的能量，如果能量以光子的形式放出，这种复合称为辐射复合（Radiative Recombination）。辐射复合可以是导带电子与价带的空穴直接复合，这种复合又称为直接辐射复合，是辐射复合中的主要形式。此外辐射复合也可以通过复合中心进行。在平衡态，载流子的产生率总与复合率相等。辐射复合（Radiative Recombination）是等离子体中电子与离子碰撞的主要复合过程之一，它是光电离的逆过程，对等离子中电离平衡的建立和维持以及等离子体的辐射输运都起着重要作用。
继续教育---光电子学(试题与参考答案)
1 . 电光晶体的线性电光效应主要与（）有关 A．外加电场 B．晶体性质 C．光波波长 D．晶体折射率变化 2 . 光束调制中，下面不属于外调制的是( ) A．声光调制 B．电光波导调制 C．半导体光源调制 D．光强度调制 3 . 激光器的发光机理是（） A．自发辐射 B．自发吸收C．受激辐射 D．受激吸收 4 . 1929年，L.R.科勒制成银氧铯光电阴极，出现（） A．光电管 B．光电池 C．CCD D．CMOS 5 . 光电子技术主要研究（） A.光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术 B．光信息转换成电信息的一门技术 C．光电子材料制备的一门技术 D．介绍光电器件的原理、结构和性能参数的一门科学 6 . He-Ne激光器输出的可见光波长为（） A．488 nm B．514.5nm C．632.8nm D．554nm 7 . 太阳光属于（） A．线偏振光 B．圆偏振光C．自然光 D．部分偏振光 8 . 1970年，美国康宁公司研制出损耗为（）dB/km的石英光纤 A．10 B．20 C．30 D．40 9 . 电光晶体的非线性电光效应主要与（）有关 A．内加电场 B．激光波长 C．晶体性质 D．晶体折射率变化量 10 . 下列哪个不属于激光调制器的是（） A．电光调制器 B．声光调制器 C．磁光调制器 D．压光调制器 11 . 目前光纤通信中所使用的光波的波长区域是( ) A．红外区 B．远红外区 C．紫外区D．近红外区 12 . 下列关于波的叙述中不正确的是（） A．光的偏振现象表明光是一种横波B．超声波可以在真空中传播 C．白光经光密三棱镜折射发生色散时，紫光的偏折角最大 D．当日光灯启动时，旁边的收音机会发出“咯咯”声，这是由于电磁波的干扰造成的 13 . 下列哪种不属于衰减片型光衰减器（） A．双轮式可变光衰减器 B．平移式光衰减器 C．智能型机械式光衰减器D．直接镀膜型光衰减器 14 . 泵浦源的作用是（） A．粒子数反转 B．起振条件C．增益饱和效益 D．减小振荡模式数 15 . 经典电振子模型能够精准解释（） A．光放大 B．吸收系数 C．吸收谱线的线性函数 D．高低能级上的粒子差 16 . 光通信中使用数量最多的无源器件是（） A．光纤活动连接器 B．光纤固定连接器 C．光衰减器 D．光隔离器 17 . 颜色的三个参量不包括（） A．亮度 B．色调C．灰度D．饱和度 18 . 1905年（）提出光量子理论，解释了光电效应。 A．普朗克 B．爱因斯坦 C．惠更斯 D．赫兹 19 . 光密介质中的合成场为（）。 A．纵电场 B．横磁场 C．纵磁场D．横电场 20 . 移动棱镜型光开关属于（）
《半导体光电学》课后习题
《半导体光电学》课后习题 第一章半导体中光子-电子的相互作用 思考与习题 1、在半导体中有哪几种与光有关的跃迁，利用这些光跃迁可制造出哪些类型的半导体光电子学期间。 2、为什么半导体锗、硅不能用作为半导体激光器的有源介质，面却是常用的光探测器材料？ 3、用量子力学理论证明直接带隙跃迁与间接带隙跃迁半导体相比其跃迁几率大。 4、什么叫跃迁的K选择定则？它对电子在能带间的跃迁速率产生什么影响？ 5、影响光跃迁速率的因素有哪些？ 6、推导伯纳德-杜拉福格条件，并说明其物理意义。 7、比较求电子态密度与光子态密度的方法与步骤的异同点。 8、在半导体中重掺杂对能带结构、电子态密度、带隙、跃迁几率等带来什么影响？ 9、什么叫俄歇复合？俄歇复合速率与哪些因素有关？为什么在GaInAsP/InP等长波长激光器中，俄歇复合是影响其阀值电流密度、温度稳定性与可靠性的重要原因？ 10、比较严格k选择定则与其受到松弛情况下增益-电流特性的区别。 11、带尾的存在对半导体有源介质增益特性产生哪些影响？ 12、证明式（1.7-20）。 13、说明图1.7-5和图1.7-6所依据的假设有何不同？并说明它们各自的局限性。第二章异质结 思考与习题 1、什么是半导体异质结？异质结在半导体光电子器件中有哪些作用？ 2、若异质结由n型（E?1，χ 1，?1）和P型半导体（E?2，χ 2 ，?2）结构，并有 E?1 4、推导出pn 异质结结电容C j 与所加正向偏压的关系，C j 的大小时半导体光电子器件的应用产生什么影响？ 5、用弗伽定律计算Ga 1?x Al x As 半导体当x=0.4时的晶格常数，并求出GaAs 的晶格失配率。 6、探讨在Si 衬底上生GaAs 异质结的可能性。 7、用Ga 1?x Al x As 半导体作为激射波长为0.78μm 可且光激光器的有源材料，计算其中AlAs 的含量。 8、由经验得出，当y =2.16(1?x)时,In x Ga 1?x As y P 1?y 能与InP 很好的晶格匹配，试求出激射擅长为1.3μm 时的x ，y 值. 9、为了减少载流子激光器有源区中泄漏，能否无限制地增加异质结势垒高度，为什么？ 10、如取有源层与限制层带隙差?R f =0.25～0.45eV ,相对折射率2/n n ?(2n 为有源层 的折射率)为3～7%，试设计λ=0.78μm 的可见光半导体激光器，即求出有源层Ga 1?x Al x As 和限制层Ga 1?y Al y As 的合理组分. 第三章 平板介质光波导理论 思考与习题 1、论述光波导致应在异质结激光器中的作用，在垂直于异质结平而方向上的光波导是怎样形成的？ 2、要想在激射波长为1.3um 的双异质结激光器中得到基横模。已知中心层折射率为n 2=3.501. 两边限制层折射率n 1=n 3=3.220. 试求中心层厚度d 应满足的取值条件。 3、在图3. 2.1 所示的平板介质波导中，已知n 2=2.234 、n 1=2.214 、d=1um 和0λ=0.6328m μ. 求该波导的数值孔径和特征圆方程的R 值。 4、反射相移与吉斯-亨森位移在物理概念上有何联系和差别？ 5、如何理解反射相移对波导模式的影响?为什么在对称平板介质波导中基模永不截止.而在非对称平板介质波导中存在基模截止条件。