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《光电子技术》重点第一章1.光谱·颜色分布：红外红橙黄绿蓝紫紫外x射线·可见光波段：390~770nm·红外辐射：0.77~1000um·光纤通信波段：1550nm2.激光的产生（自发辐射、受激辐射、受激吸收原理，推导爱因斯坦系数）·激光产生的条件：①光与物质相互作用②粒子数反转与光放大③满足阈值条件与谐振条件3.激光器的结构工作物质提供可以实现粒子数反转分布的物质泵浦源现工作物质粒子数反转分布的激励能源光学谐振腔可以进行方向和频率的选择4.半导体二极管激光器体积小、寿命长、输出功率大，效率高，可采用简单电流注入方式泵浦5.自发辐射、受激辐射、受激吸收受激辐射处于高能级的原子，在满足一定条件的外来光子的激励下，跃迁到低能级并发射一个与外来激励光子处于同一光子态的光子自发辐射在没有任何外界作用的情况下，离子从激发态跃迁至基态，并发射一个光子受激吸收处于低能态的原子在一定频率的辐射场作用下，吸收一个能量为hv的光子，并跃迁至高能态的过程第二章1.大气传输（名词解释）①大气窗口：近红外区，大气透过率较高的波段。②瑞利散射：光波长远大于散射粒子尺寸~大气分子散射米氏散射：光波长相当于或小于散射粒子尺寸~大气气溶胶③大气湍流效应：大气的折射率随空间和时间做无规则的变化。这种湍流状态使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响。④对光束传播的影响：光束直接dB，湍流尺度LdBL使光束整体随机偏折dB≈L使光束波前发生随机偏折dBL使光束强度在时间和空间上随机起伏总效果：使光束的时间和空间相干性明显退化2.电光晶体的特性·KDP、LiNbO3·x=x'cosα-y'sinαy=x'sinα+y'cosαz=z'3.声光晶体的特性·拉曼纳斯衍射：超声波频率较低，光波平行于声波入射，即垂直于声场传播方向，声光作用长度L较短~平面相位栅·布拉格衍射：声波频率较高，声光作用长度L较大，光束与广播波面以一定的角度斜入射~体光栅·波导：由引导电磁波的一组物质边界或构件制成的传输线·光纤：利用光的全反射原理将光的能量约束在界面内，并引导光波沿着光纤的轴线传播方向4.光纤的基本概念及传播特性（传导条件的推导）①光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导②弱导条件：Δ≈n1-n2/n1弱导：很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构③归一化频率VV2.405只有基模能够传输V2.405为多模传输态④光纤的传播特性：斜射光线，传导条件的推导·βk0n1sinθc=k0n2⑤光纤色散，带宽和脉冲展宽之间的关系5.水下传播：可见光波段中，蓝绿光的衰减最小~”水下“第三章1.光束调制的概念和方法·定义：利用调制信号去改变载波的某一参数，使其参数按照信号的规律变化·要求：被调制的信号需转化为电信号，载波是传递信息附加的载体，一般要求频率高而且稳定·将信息加载于激光的过程称为调制，完成这一过程的装置称为调制器。激光称为载波，起控制作用的低频信息称为调制信号。·光束调制的方法：内调制：加载信号是在激光振荡过程中进行的，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2.编码调制三个过程：抽样、量化、编码。译码或低通滤波（编码反过程）·抽样频率f大于传输信号最高频率fs的两倍：f2fs1：载波极大值0：载波零值3.电光强度调制（KDP晶体）·λ/4波片作用：产生π/2的相位差·概念：利用电光晶体的特性对光信号调制。·相位调制、强度调制、内调制、外调制4.其他调制①声光调制：利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程·布拉格衍射效率高，拉曼纳斯衍射效率低②直接调制：模拟调制、数字调制·四个结构：声光介质：声光相互作用的电-声换能器：将调制的电功率转换成声功率吸声装置：吸收已通过介质的声波，以免返回介质产生干扰驱动电源：产生调制电信号施加于电-声换能器两端电极上5.光束扫描（三级）第四章·光子效应：是指单个光子的性质对光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子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的大小·光热效应：探测元件吸收辐射能量后，并不直接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1.物理效应的分类、器件参数及噪声①物理效应的分类②器件参数③噪声2.光敏电阻，光电二极管（PIN、雪崩二极管的工作原理、特性、应用）①光敏电阻(i)基本原理：当入射光子使半导体中的电子由价带跃迁至导带时，导带中的电子和价带中的空穴均参与导电，其阻值急剧减小，电导增加。（含本征型和杂质型）(ii)光敏面做成蛇形，电极做成梳状：这样既可以保证有较大的受光表面，又可以减小电极间的距离，从而既可以减小极间的距离，从而既可以减少极间电子渡越时间，有利于提高灵敏度。(iii)工作特性光敏响应特性：光敏电阻对各种光响应灵敏度随入射光的波长变化而变化的特性。(iv)应用：·照相机电子快门·照明灯光控开关原理：光暗时，光敏电阻阻值很高，继电器关，灯亮。光亮时，光敏电阻阻值降低，继电器工作，灯关。②光电二极管改善频率特性：减小载流子的扩散时间和结电容。PIN硅光二极管。优点：频带宽，可达10GHz，线性输出范围宽缺点：由于I层的存在,管子的输出电流小③雪崩二极管：一种具有内增益的半导体光敏器件。增益可达10^2~10^4·工作原理：(i)当光敏二极管PN结上加相当大反向偏压时，结区产生一个很高的电场，使进入场区的光生载流子获得足够能量。通过碰撞使晶格原子电离，产生新电子-空穴对。(ii)新电子-空穴对在强电场作用下，分别向相反方向运动，运动过程中有可能与原子碰撞再一次产生电子-空穴对。3.探测①直接探测：直接用探测器探测光信号：包络探测、非相干探测②外差探测：对于光频率、相位等的变化，必须采用间接测量相干检测·光外差检测特征：可获得全部信息转换效率高良好的滤波性能小的信噪比损失差频信号是由具有恒定频率，恒定相位的相干光混频得到，只有激光可实现4.直接探测与外差探测的比较：直接检测探测范围：只能探测与光功率有关的参数：强度、振幅、偏振，无法显示光频率、光相位等参数最适宜强光信号探测，实现简单，可靠性好，应用广泛外差检测探测范围：频率、振幅、相位等参数均可探测到。适合弱光信号探测，晓得信噪比损失，普通光源相干性差，不能产生外差效应·区别：在直接探测中，只响应光功率的时间变化信息。而在光频外差探测中，光频电场的振幅，频率，相位所携带的信息均可以探测出来。也就是说，一个振幅调制，频率调制以及相位调制的光波均可以通过外差探测方式实现解调。