光电子技术前沿复习资料一、激光1、原理、方法（三个部分）爱因斯坦根据量子理论指出，当辐射场照射物质而粒子已经处在高能级E2上时，如果外来光的频率正好等于（E2-E1）/h，由于受到入射光子的激发，E2能级上的粒子会跃迁而回到E1能级上去，同时又放出一个光子来，这个光子的频率、振动方向、相位都与外来光子一致。——受激辐射过程。这是一个十分重要的概念，它为激光的产生奠定了理论基础。泵浦源、粒子数反转、谐振腔2、特点单色性、方向性、高强度本质：高度的相干性1）定向发光2）亮度极高3）颜色极纯4）能量密度极大3、激光的种类1）固体激光器（红宝石激光器）2）气体激光器（氦氖激光器）3）半导体激光器4）液体激光器(染料激光器)5）光纤激光器4、应用激光测距、激光加工（激光切割，激光焊接，激光打孔，激光去除）、激光防伪、激光手术刀、激光受控热核聚变激光的应用非常广泛，几乎遍及工业、农业、军事、医疗、科学研究等每一个领域。根据各种激光器发射光的功率密度，相干性、准直性、单色性的不同，应用范围也不同。例如，激光通迅、激光测距、激光定向、激光准直、激光雷达、激光切削、激光手术、激光武器、激光显微分析、激光受控热核反应等，主要是利用激光的方向性与高功率密度；而激光全息、激光测长、激光干涉、激光多谱勒效应则主要是利用激光的单向性和相干性。5、LD与LED的比较半导体发光二极管（LED）与半导体激光二极管（LD）在结构上的根本区别就是它没有光学谐振腔，形不成激光。它的发光限于自发辐射。它发出的是荧光，而不是激光。6、LD的优点、缺点1）LD的响应速度较快，可用于较高的调制速率。2）LD的光谱较窄，应用于单模光纤时，光在光纤中传播引起的色散小，可用于大容量通信。而LED中由于没有选择波长的谐振腔，所以它的光谱是自发辐射的光谱。其谱宽度一般为0.03~0.04μm。3）由于LD辐射光束的发散角较小，因而耦合的光纤中的功率较高，传播距离较远，而LED的发散角一般在40°～20°范围内，耦合到光纤中的效率较低，通常只有3%左右。4）LD的输出光强及效率较高，LED的输出光强及效率较低。1）温度特性较差。由于激光管的阈值电流依赖于温度T，故其输出功率也依赖于T。发光二极管没有阈值电流，故其温度特性较好。2）易损坏，寿命短。半导体光源的损坏一般由三种原因引起，即内部损坏（如P-N结损坏），接触损坏（如引线断掉）和光学谐振端面的损坏（如光纤碰角或端面污染引起）。前两种为发光二极管和激光二极管所共有，而后一种损坏却是激光二极管所独有的，由于这一因素而大大降低了激光二极管使用寿命。3）半导体激光器价格昂贵，发光二极管比较便宜。4）半导体激光器的P-I曲线不如发二极管的P-I曲线线性范围大，调制时的动态范围相对较小。二、光电器件1、内光电效应，外光电效应光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。内光电效应：内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。光电导效应：当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应：当一定波长的光照射非均匀半导体（如PN结），在内建电场的作用下，半导体内部产生光电压。外光电效应:在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。某些材料在入射光子的能量足够大时有电子逸出材料表面的现象。2、LED照明蓝光LED发明意义：“高亮度蓝色发光二极管”被称为20世纪的一项伟大发明，发明者就是日本科学家中村修二。有了它，通过与红色和绿色LED组合，才可能出现全彩色LED屏幕，并产生能够取代白炽灯和荧光灯的新一代节能照明灯具。LED当前的研究领域，显示的水平3、太阳电池1）原理（光生伏特效应）制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生内光电效应，将光能转换为电能。当光照射到p－n结上时，产生电子一空穴对，在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内建电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场。...
