光电子技术复习

1、第一章1、光电子技术的定义光电子技术是光学技术与电子技术结合的产物，是电子技术在光频波段的延续和发展。是研究光（特别是相干光）的产生、传输、控制和探测的科学技术。2、电磁波的性质1.电磁波的电场和磁场都垂直于博得传播方向，三者相互垂直，电磁波是横波，和传播方向构成右手螺旋关系。2.沿给定方向传播的电磁波，电场和磁场分别在各自平面内振动，称为偏振。3.空间个点磁场电场都做周期性变化，相位同时达到最大或最小。4.任意时刻，在空间任意一点，5.电磁波真空中传播速度为，介质中的为3、色温的概念规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。4、辐射度学与光度学的基本物理量作业：1、2第二章一、

2、光波在大气中的传播1、光波在大气中传播时，引起的光束能量衰减和光波的振幅和相位起伏因素光波在大气中传播时，大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空气折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏 2、大气分子散射的定义、特点；瑞利散射的定义和特点定义：当光线穿过地球周围的大气时，它的一些能量向四面八方反射。特点：波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被散射。瑞利散射定义：在可见光和近红外波段，辐射波长总是远大于分子的线度，这一条件下的散射为瑞利散射。瑞利散射特点：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。所以天空呈蓝色。3、大气气溶胶的定义、瑞利散射、米-德拜散射；大气气溶胶：大气

3、中有大量的粒度在 0.03 mm到2000 mm之间的固态和液态微粒，它们大致是尘埃、烟粒、微水滴、盐粒以及有机微生物等。由这些微粒在大气中的悬浮呈胶溶状态，所以通常又称为大气气溶胶。瑞利散射：散射粒子的尺寸远小于光波长时，散射光强。米德拜散射：散射粒子的尺寸大于等于光波长时，散射光强对波长的依赖性不强。 二、光波在电光晶体中的传播1、电光效应的定义及分类电光效应：在外电场作用下，晶体的折射率发生变化的现象。电光效应分为两种：泡克耳斯效应，克尔效应。2、电致折射率变化、电光相位延迟、半波电压电致折射率变化：折射率椭球。电光相位延迟：相位延迟由电光效应造成的双折射引起的，所以称为电光相位延迟。半

4、波电压(Vp或Vl/2 ):当光波的两个垂直分量Ex¢，Ey¢的光程差为半个波长时所需要加的电压。3、纵向电光效应和横向电光效应应用的概念和特点纵向电光效应:电场方向与光束在晶体中的传播方向一致横向电光效应:电场与光束在晶体中的传播方向垂直三、光波在声光晶体中的传播1、声光晶体、声光效应定义、特点和分类声光晶体：当光波和声波同时射到晶体上时，声波和光波之间将会产生相互作用，从而可用于控制光束，如使光束发生偏转、使光强和频率发生变化等，这种晶体称为声光晶体。声光效应：介质中有超声波时，介质材料的折射率发生变化，产生一分布，相当于位相光栅，对入射激光产生衍射作用的现象。最大特点

5、：是光学和声学的各向异性。分类：偏振特性分类：正常声光效应（衍射光与入射光偏振方向、折射率相同，由超声纵波引起）反常声光效应（衍射光与入射光偏振方向、折射率不同，由超声切变波引起）声光互作用长度分类：拉曼-纳斯 声光效应、布拉格声光效应超声波性质分类：体波声光效应、表面波声光效应2、拉曼-纳斯衍射和布拉格衍射两种声光衍射的条件及特点拉曼纳斯衍射：条件：超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L较短，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可忽略不计，则介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”特点：形成与入射方向对称分布的多级衍射光，且同级次衍射光强度相同。布拉格衍射：条件：声波频率较高

6、，声光作用长度L较大，光束与声波波面间以一定的角度斜入射，介质具有“体光栅”的性质。 特点：各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光 。四、光波在磁光介质中的传播1、磁光效应定义当一束线偏振光入射至磁性介质，经过透射和反射之后出来，偏振方向发生改变，并且会由线偏振光变成椭圆光。2、法拉第旋转效应的表达式q VHL V称为韦尔代常数五、光波在光纤波导中的传播1、光纤的组成以及分类组成：由纤芯、包层和护套三部分组成。分类：折射率分布：阶跃、梯度传输模式：单模、多模传输偏振态：单模分为：保偏、非保偏材料：石英、玻璃、速率、红外、液态、晶体等2、光波导的概念；光纤波导的弱导条件光

7、波导：由透明介质构成的传输光频电磁波的导行结构。弱导条件：作业：2、4、5、7、9、10、11第三章 光束的调制和扫描一、光束调制原理1、调制、调制器和调制信号定义调制:将数字或模拟信号加载于激光，改变光相位波波形的幅度、频率或相位的过程；调制器:完成这一过程的装置；激光称为载波、起控制作用的低频信息称为调制信号2、光束调制方法：内、外调制的定义内调制：加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。外调制：激光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。3、外调制的基

8、础和共同的物理本质以及激光外调制器的分类外调制基础：外场作用下光与物质的相互作用。外调制共同物理本质：外场微扰引起材料的非线性变化并导致光学各向异性。激光外调制器分为：体调制器：体积较大，所需调制电压和消耗调制功率都较大；光波导调制器：制作在薄膜光波导或条形光波导上，体积小，驱动电压低，消耗小。4、光束调制按其调制的性质分类振幅调制、频率和相位调制、强度调制、脉冲调制5、脉冲调制和脉冲编码调制的定义和过程脉冲调制：用间歇的周期性脉冲序列作为载波，并使载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。形式：脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲频率和脉冲位置调制等。脉冲编码调制：把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成

9、代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制。过程：抽样、量化、编码二、电光调制1、纵向电光调制器和横向电光调制器的特点及其工作原理2、半波电压横向半波电压是纵向半波电压的d/L倍。三、声光调制1、声光调制器的组成声光体调制器是由声光介质、电声换能器、吸声(或反射)装置及驱动电源等所组成。2、声光调制器的定义、工作原理声光调制器：利用声光效应将信息加载于光频载波上。工作原理：调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电-声换能器上，电-声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。3、布拉格调制器和拉曼纳斯调制器的特

10、点拉曼纳斯：只限于低频工作，带宽较小。效率低，光能利用率也低。布拉格：效率高，且调制带宽较宽，故多被采用。4、调制带宽的表达式 声频带宽四、光束扫描技术1、据应用的目的不同可分为两种类型及其用途模拟式扫描：主要用于各种显示；数字扫描：主要用于光存储。2、机械扫描特点扫描速度慢，扫描角度大且受温度影响小，光的损耗小，适用于各种光波长的扫描。作业：2、3、7第四章 光辐射的探测技术一、光电探测器的物理效应1、光子效应、光热效应的概念及其特点光子效应：定义：单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。光热效应：定义：物体吸收光,引起

11、温度升高的一种效应。特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。2、光电发射效应、光电导效应、温差热效应、热释电效应的定义及常见类型光电发射效应：在光照下,物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象。光电导效应：半导体材料受光照时,由于对光子的吸收引起载流子浓度的变化，导致材料电导率的变化的现象。温差热效应：当两种不同的导体或半导体材料两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中产生电动势（称为温差电动势），回路中即产生电流的现象。热释电效应：热电晶体的自发极化矢量随温度变化，从而使入射光可引起电容器电容改变的现象。3、光电转换定律三、光电探测器的噪声1、依据噪声产生的物理

12、原因，光电探测器的噪声分类散粒噪声、热噪声和低频噪声。作业：1、6第五章 光电成像系统一、固体摄像器件1、固体摄像器件的功能把光学图像转换为电信号。即把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息，转换为按时序串行输出的电信号。2、固体摄像器件的三大类CCD电荷耦合器件COMS互补金属氧化物半导体图像传感器CID电荷注入器件3、CCD的基本功能、工作过程、特点、基本结构和构成的基本单元基本功能：电荷存储和电荷转移。工作过程：信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程。特点：以电荷作为信号。基本结构：转移电极结构、转移沟道结构、信号输入结构、信号输出结构、信号检测结构。基本单元：MOS电容4、CCD摄像

13、器件的特性参数转移效率、不均匀度、暗电流、灵敏度、光谱响应、噪声、分辨率、动态范围与线性度5、CMOS的定义和特点定义：主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。特点：集成能力强、体积小、工作电压单一、功耗低、动态范围宽、抗辐射和制造成本低。二、光电成像原理1、光电成像过程(1) 景物反射外界的照明光（或自身发出的热辐射） 经光电成像系统的光学系统，在像面上形成与景物对应的图像;(2)置于像面上的具有空间扫描功能的光电摄像器件，将二维空间图像转变为一维时序电信号;(3)再经放大和视

14、频信号处理后送至显示器，在同步信号的参与下，显示出与景物对应的图像。2、光电成像系统的基本参数光学系统的通光口径和焦距、水平及俯仰方向瞬时视场角、水平及俯仰方向观察视场角、帧时和帧速、扫描效率、滞留时间三、红外成像光学系统1、MTF的定义和含义定义：对比降低的程度和位相移动的大小是空间频率的函数，被称为红外成像系统的对比(调制)传递函数（MTF）和位相传递函数（PTF）。含义：传递函数客观地反映了成像系统的成像质量。四、微光像增强器件1、基本原理光电阴极将光学图像转换为电子图像，电子光学成像系统将电子图像传递到荧光屏，在传递过程中增强电子能量并完成电子图像几何尺寸的缩放，荧光屏将电子图像转换为可见光图像，图像的亮度已被增强到足以引起人眼在夜间或低照度下直接进行观察。2、性能参数光阴极灵敏度、有效直径、增益、暗背景光亮度和等效背景光照、放大率、畸变、分辨率和MTF、光生背景、信噪比、自动光亮度控制特性和最大输出光亮度作业：1、3第六章 显示技术一、液晶显示1、液晶定义液晶是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物2、热致液晶的分类近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶3、液晶的光学特性液晶分子在介电系数及折射系数等光电特性都具有异方性4、液晶显示器的定义和优缺点定