光电子技术复习提纲(含标准答案)要点

第一章简介1.半导体光电装置是利用什么效果制造的？答：半导体光电效果制作的装置。半导体光电器件是哪两种粒子相互作用的装置？答：利用光子和电子相互作用的特性实现特定功能的半导体器件。半导体发光器件主要包括两种吗？A: (1)发光二极管；(2)半导体激光器。光电器件主要采用什么样的效果制造的装置？答：光电器件主要是利用半导体的光敏性工作的光电器件以半导体光电池效应工作的光电池和半导体发光元件等。什么是半导体发光器件？答：当半导体PN连接正向传输到电时，利用载波注入复合发光的设备称为半导体发光器件。光电探测器组件如何转换信号装置？答：通过电子过程检测光信号的设备，其表面发出的光信号很快转换为电信号。光电探测器在反向偏置状态下工作。8.光电池是利用什么效果制作的？答：光电池效应。9.光通信的两个重要窗口是什么？答：1.55um和1.3um第二章1.狂热号的频率是哪个频带？应该检测到什么设备？答：如果光信号的频率高于1014 Hz，则通常使用的电子设备不能对该频率段产生良好的响应，必须使用光电子设备。常用光电探测器：pin、APD光电探测器工作过程？答：光电检测设备工作流程：(1)光吸收(2)电子-孔对生成(3)载波扩散和漂移(4)检测4.光信号(束)进入半导体材料后如何生成电子孔点对？答：光信号(光束)进入半导体材料后，首先发生的过程是通过半导体材料对光子的吸收吸收来吸收光子，然后原子产生电子的转移，从而产生电子共点对。半导体材料的吸收过程可以分为两类吗？答：固有吸收和非固有吸收6.固有吸收包括什么？A: (1)直接吸收；(2)间接吸收非固有吸收包括什么？A: (1)激子吸收；(2)频带内吸收；(3)吸收杂质8.固有吸收的必要条件？9.参与直接吸收的粒子是什么？保持哪两种保存？答：只有电子和光子的参与，没有第三个粒子的参与。入射光子的能力必须大于材料的带隙。在整个过程中遵守动量守恒和能量守恒。10.在间接吸收过程中，为了保持吸收过程的动量守恒需要参加什么样的量？答：在间接吸收过程中，为了保持吸收过程的动量守恒，必须有语音者的参与。11.吸收能力计算。回答：12.活性层厚度的有效吸收要求。回答：13.声子生成过程？回答：14.杂质吸收的特性。答：在半导体材料中掺入杂质后，在禁带内形成杂质能级，杂质能级往往成为浅层能级，因此与杂质吸收相对应的吸收光谱往往在红外或远红外地区。杂质吸收的吸收系数一般较小，必须在极低的温度下工作。15.长波长检测仪的设计方案是什么？各自的特性？A: (1)要素检查器：需要p窄带隙材料p难以创建高质量设备(2弱油检测器：n工作条件苛刻(低温)n装置很难小型化(吸收层厚度)16.反应速度说明什么？单位是？答：描述入射单位功率的光功率从探测器输出多少电流(A/W)。17.设备效率的定义。答：单位时间内向外输出的载流量数与传入的光子数的比率，描述探测器将光信号转换为电信号的效率大小。18.块状材料装置及变形量子阱装置对光栅匹配度的各种要求。19.实用的光电探测器基于什么结构？探测器形成的光电流的主要类型是什么？各自的特点怎么样？20.根据PN接头的电场分布特性，整个PN接头可以分为哪三部分？21.PN接头的两种作业模式是什么？22.不同条件下太阳光谱的辐射强度有何不同？答：太阳光谱的辐射强度取决于条件。(1)在不考虑大气吸收的情况下到达地面的太阳光功率：1350W/m2(2)考虑大气影响的晴朗天气，到达地面的光的功率密度：952W/m2光功率密度最高的光波长为0.48，在可见光光谱内。23.转换效率是什么？转换效率是外部输出的最大功率与输入的光功率之比，表示光电池将光能量转换为电能的效率的高低。(其中和分别是匹配的电阻条件(负载电阻和内部电阻相等)、外部输出电流和电压，在此条件下外部输出功率达到最大值)非晶硅生产原理和特性？答：在较低温度(约600)下释放硅，含有大量氢原子，破坏硅晶体原子排列的周期性，从而改变其特性表现如下的硅的特性。(1)有效带隙增加，约1.6 eV (Si决定为1.12 eV)；(2)类似于直接带隙材料，吸收系数比Si大得多，厚度通常在um中；(3)几乎所有的衬底材料都可以使用，使用灵活性好。光电探测器为什么产生增益？答：产生增益的原因：每对电子-包封不是由电极收集一次，而是在复合之前，在装置的两个电极之间循环多次，从而有助于电信号的形成，直至电极被收集到复合为止。26.增益带宽乘积是什么？答：增益带宽乘积是设备性能的重要参数，并通过设备增益和带宽的乘积来表征设备的增益和带宽性能。31.翅片管结构特征？回答：(1)针管在反向偏置电压下工作，偏置电压不能太高避免破坏效果。(2)两个焦点掺杂的p区和n区非常薄，中间I区厚得多，I区是光主要吸收区域。光电流主要是I区产生的非平衡载流子方向运动形成的；运动形成的。(3)与I相邻的两个区域进行重掺杂，加上反向偏移作用，使I区域成为完全耗尽区域。结果产生的电流是瞬态电流，响应速度很快就决定了翅片管的响应速度更高。32.翅片管在设备设计阶段需要考虑哪些因素？定义接收设备的灵敏度？答：接收设备的灵敏度是指在满足特定比特错误率条件的情况下，设备能够检测到的最小信号功率。34.针脚和APD的性能特征？答：针脚特性：没有增益，但噪音小，SNR高APD功能：噪音大，但增益高，信号功率高，SNR高这两种设备的信噪比高，性能好，广泛应用于光通信系统Apd中以下结构的作用是什么？(1)防膜；(2)保护环；很热。36.针和APD各自的光吸收区域是哪个？碰撞电离速度的定义？答：定义为单位距离上载体碰撞电离的电子-孔对的数量。38.APD的响应速度主要受哪三个时间参数的影响？A: (1)通过光吸收区的电子通过时间；(2)雪崩过程所需的时间；(3)雪崩过程中产生的洞通过吸收区所需的时间。第三章1.LED是通过自发辐射过程发光的设备，与通过感应辐射发光的半导体激光器相比，其优缺点是什么？答：LED是通过自发辐射过程发光的设备，通过诱导辐射发光与半导体激光器相比，其差异如下：p结构很简单。p价格便宜。p可靠性高。但是，其缺点包括：n低响应速度；n输出功率小。n输出光谱宽度。2.LED装置内部的主要光电工艺？回答：电子-孔对的复合过程是什么？回答：l辐射复合物：产生光子；l非辐射复合：不会产生光子，能量以其他形式分布。4.间接带隙材料内的复杂过程大部分属于什么过程？答：间接带隙材料内的复合过程大部分属于非散射复合物，如auger过程。辐射效率的定义。a:定义为放射复合在载体复合过程中所占的比例。6.在正向偏移条件下注入PN接头的电流由哪三部分组成？答：在正向偏移条件下注入PN接头中的电流由三部分组成：(1)注入p区的电子扩散电流jn；(2)注入n区的孔扩散电流jp；(3)中间耗尽层陷阱复合引起的电流JGR什么是外部量子效率？答：外部量子效率表示设备的总发光效率，即设备的外部表面积总发光效率。8.发光效率的定义及其影响因素是什么？定义A: (1):表示发光表面发射的光子数与发光区域生成的光子总数之比。半导体材料中有很多导致光子损失的因素，因此在发光区产生的光子不能发射。(2)在发光区产生的光子必须通过一定厚度的材料才能到达入射面，在此过程中，材料吸收光子，产生电子-孔对；由于界面的菲涅尔反射，到达射面的光子部分无法射出以形成菲涅尔反射损失；在传出界面中，如果入射角大于临界角度，则发生完全反射，因此只能发射有限角度范围内的光子。9.提高光效率的方法是什么？: (1)尽量减少吸收损失。(2)菲涅耳损失减少；(3)减少表面上半场损失。10.双异质结结构为什么提高注入效率？答：通过双异质结结构，可以有效地将注入的电子和空腔捆绑在两侧屏障上，将较高浓度的载流量组合在中间源区域，从而提高注入效率。11.同质连接LED上，为什么电子注入电流尽可能大，孔注入电流尽可能小，而异构连接LED上不需要？回答：12.与一般面发射LED相比，为什么边缘辐射LED和光纤之间的耦合效率高？13.简要介绍了LED的P-I特性。回答：(1)注入电流低时，输出光电力与注入电流具有线性关系，输出光电力随注入电流的增加而线性增加；(2)注入电流越大，装置发热越明显，oshe复合物逐渐加重；(3)注入电流增加到一定程度时，osher complex更明显，电流容量消耗更大，输出光电力不再随着注入电流的增加，即设备的输出达到“饱和”状态。14.低注入和高注入条件下光谱宽度的估计。：15.LED发光的温度特性是什么？答：温度对LED的操作特性有重要影响，这种效果表现在以下两个方面：(1)在更高的温度下，更多的载流量相互结合以达到电极区域，而不是产生光子；(2)温度越高，oshe复合材料越强，设备的发光效率越低。16.要提高LED的输出光功率，简述设备设计装置设计所需的要素。A: (1)载体密度注入；(2)装置单面产品；(3)有源区域厚度。17.影响LED寿命的因素是什么？指示灯故障有哪三种类型？)，以获取详细信息答：影响LED寿命的因素主要包括：(1)提前失败；(2)异常失败；(3)渐变故障。第四章1.激光利用刺激辐射产生光子，其激发方法(能量注入方法)是什么？A: (1)电流注入(使用PN连接结构的载波注入)；(2)电子束注入；(3)激光注入；(4)碰撞电离。自发辐射特性。A: (1)自发辐射是随机过程。(2)发射的光波是非相干光。(3)光子能量大体相同，几乎等于材料带隙。(4)相位和方向各不相同。感应辐射特性：A: (1)发出的光是相干光。(2)光子相，方向与引起辐射的光子相匹配。4.LD激光发射过程？A: (1)在正向偏移中，光子首先由设备内部的源区域自发辐射产生，该源区域是LD诱导辐射发出的激光源。(2)LD具有高电场条件，即外部激励力强，载波浓度高，源区达到粒子数分布反转；(3)光谐振腔的存在，使光子的一部分满足谐振条件，同时迅速增加，使其在逐步波中占据绝对优势，最终克服设备损耗，形成稳定的激光输出。5.什么是粒子数分布反转？答：在没有外部注入条件的情况下，绝大多数电子位于低能付款中，粒子数分布相反，这意味着由于能量注入，高能级电子的数量反而多于低能级电子，这是普通激光中粒子数分布的反转。对于半导体激光器，涉及到两种反转粒子数分布的载流量，这意味着导带的电子在特定能量范围内更多。常见的光腔类型是什么？A: (1)F-P型腔(2)使用周期网格的分布式反馈光腔(DFB和DBR)(3)具有特殊反射器的表面发射室F-p腔的谐振频率定义？纵向模式的计算和分布特性？答：光腔的谐振频率也称为光腔的纵向模式。谐振频率为：光波限制因子的定义？块状材料激光与量子阱激光器光波限制系数的差异。答：定义：其物理意义是指被限制为源地