集成光学复习资料

第四章1.电子跃迁的种类自发辐射、受激吸收和受激辐射2.半导体激光器效率的各种定义和表达式，会求半导体激光器的发射波长。半导体激光器的定义：(a)功率效率：sjexpRIVP2激光器消耗的电功率激光器辐射的光功率(b)内量子效率:rnrriRRR电子空穴对数有源区内每秒钟注入的光子数有源区内每秒钟产生的(c)外量子效率:IVPeIhvPesexex//电子空穴对数有源区内每秒钟注入的光子数有源区内每秒钟发射的(d)外微分量子效率:定义为阈值以上每对复合载流子发射的光子数，表示为eIIhvPeIIhvPPthexththexD/)(//)(/)(半导体发射波长计算：mEEhcgdir24.1/3.DFB和DBR激光器在结构和工作上有何不同？如何求它们的发射波长？结构：DFB由靠近有源区的波导层上沿长度方向制作的Bragg衍射光栅提供周期性的折射率改变，DBR根据波导功能进行分区设计，光栅的周期性沟槽放在有源波导两外侧的无源波导上，从而避免了光栅制作过程中可能造成的晶格损伤。工作：DFB激光器的增益区同光栅区重叠，当驱动电流改变时，输出功率和发射波长同时改变；而DBR激光器的反射器和增益区分离，所以可以分别控制DBR激光器的输出功率（通过改变流过激射区的电流）和发射波长（通过改变流过光栅段的电流）。发射波长的求解方法：1、假设m是允许DFB发射的模式，此时)1(22mnLm,式中m是模数，L是衍射光栅有效长度2、DBM：2)/(effBnm4.PIN光电检测器的基本参数及定义（1）波长响应（光谱特性）(a)上截止波长：mEg24.1；(b)下截止波长(当入射光波长太短时，光子的吸收系数很强，使光电转换效率大大下降。)（2）光电转换效率(a)量子效率：入射在检测器上的一个光子所产生对光电流有贡献的光生载流子数目。(b)响应度：)/(WAhvePIRunP（3）响应速度：常用响应时间(上升时间和下降时间)来表示。输入阶跃光功率时，光生电流脉冲由前沿最大幅度的10％上升到的90％，后沿的90％下降到10％的时间定义为脉冲上升时间和下降时间。（4）光电二极管的暗电流暗电流是指无光照时光电二极管的电流。暗电流的随机起伏会形成暗电流噪声，对于PIN二极管它是一个主要噪声源。（5）工作范围（波长响应范围）5.APD的工作原理：碰撞电离、雪崩倍增（填空）光生的电子空穴对经过高电场区时被加速。从而获得足够的能量，它们在高速运动中与P区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子空穴对。这种通过碰撞电离产生的电子空穴对，称为二次电子空穴对。新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速，又可能碰撞别的原子，这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。第五章1.电光调制器的分类和工作原理（重点是单波导型和定向耦合器型）单波导电光调制器、定向耦合器型电光调制器与开关、马赫－曾德尔干涉仪型电光开关与调制器、全内反射型电光开关和调制器、布拉格衍射型电光调制器2.TE-TM模式分离器和转换器的工作原理TE－TM模式转换器的基本思想是采用沿导波传播方向周期性地变化外加电场的方法来弥补TE模和TM模之间的相位失配，从而实现TE－TM之间的模式转换。相位匹配关系为利用电光效应实现模式转换，无论TE模还是TM模，其输出光强都随外电压而变，因此电光效应模式转换器可以用作强度调制器和光开关；此外，如果改变光波的波长，则原有的相位匹配条件将被破坏，因此TE－TM模式转换器还可以用作波长可调谐滤波器。第六章1.光集成的方式有哪些？光集成的类型有哪两种？集成光学的集成方式：器件功能的集成和器件个数的集成。光集成的类型:全光集成(PIC)、光电集成（OEIC）2.单片集成与混合集成各有什么优点？单片集成优点：生产工艺决定一切，一旦技术确定下来后，可以大幅度降低成本；与混合集成相比，性能更稳定，提高了可靠性。混合集成优点：将有源器件、光波导光路采用不同的工艺设备，分别选择各自最合适的材料、最合适的器件形式；大多光电混合集成器件在研究初期就可以得到满足实用化条件的性能。第七章022TETMeffeffnn1.制作集成光学器件的半导体材料主要可以分为哪两类，举例说明？间接带隙半导体材料（Si，Ge）和直接带隙半导体材料（InGaAsP材料体系、氮化钾（GaN）系和MgZnSSe体系）2.光波导用的聚合物材料具有哪些优点，存在哪些不足？优点：价格低，制作简单；材料可以淀积在半导体衬底上，便于实现混合光电集成；聚合物光波导具有较低的传输损耗，与光纤的耦合损耗低；可以有效利用折射率变化获得强度和相位调制；可以根据需要，通过调节有机材料的组分以实现电光、热光等特性。缺点：机械强度和稳定性差，易被污染而且不易清洗。3.集成光学器件对材料有哪些要求？（1）材料要易于形成质量良好的光波导，且形成的光波导能满足器件功能的要求。（2）集成性能好，希望能在同一衬底上制备出尽量多的不同功能器件，这对实现单片集成是十分重要的。（3）经济性，包括材料本身的经济性以及加工的经济性，这在很大程度上决定了集成光学器件的实用性。除以上应满足的共同要求以外，不同器件对材料的某些特殊物理性质或参量又有不同的要求。