光电子重点

1.光学发展的几个阶段光的本性,波粒二像性,光子的特性

答:几何光学,波动光学,光子学,光子具有极高的信息容量和效率,光子具有极快的响应能力,光子系统具有极强的互连能力与并行能力,光子具有极大的存储能力。2.了解平面波的表示形式及性质，了解球面波、发散波的特点答：EE0co(tkz0)描述了一个在无穷大均匀介质中沿z方向传播的单色的平面行波。

性质：Ｅ与Ｈ相互正交，且垂直波矢k。传输无发散，同一个波阵面上电场的幅度、相位、振动方向相同，波阵面为无限延展的平面，具有无限的能量（理想模型）。

球面波特点：由点源发出，振幅随传输距离的增加而减小，波阵面为球面，等相面随传输距离的增加而增大，任意一点的波矢垂直于的波阵面，且是发散的。发散波特点：有限大的波源，有限的能量，波阵面有一定的弯曲，但波矢始终与波阵面垂直。

3.理解群速度的定义及物理意义和光波波前的传播方向的矢量表示、能量的传播方向的矢量表示

，

答：群速度：波包的传输速度，能量或信息的传输速度。物理意义：vgk光波波前的传播方向矢量表示：

能量的传播方向的矢量表示：

4.理解描述反射和折射的菲涅尔公式的物理意义，掌握垂直入射情况下的反射率和透射率的计算公式和布儒斯特角

2coi答：反射：透射：Entt0，co[()in]n22Ei0，

21/2nrEnconcoco[()in]iinEnconcon1co[()in]nn22conni[()in]()coEnt0，//1Enconconnt//rnnE2221/222i0，//（Enconco[(n)in](n)co）

coi[()ini]n1n1nnnr//2t//1r1tn1nnn垂直入射：r//r12，布儒斯特角：ptan12

n1n2n1i2221/2iro,io,1i2t11i2ti2221/2i12221/2i22iro,//to,//1t2i//111t2i2221/2i22i11n1n22)nn反射率（垂直入射）：反射光强与入射光强之比：124n2n1透射率（垂直入射）：透射光强与入射光强之比：TT//T(nn)212RR//R(5.理解全反射情况下导引波和倏逝波的形成和特点，了解古斯-汉森位移。

答：导引波：均匀平面波在界面上全反射时，在第一种介质空间的由入射光和反射光叠加而成。

特点：等相面（z=常数）垂直于界面，而等幅面（y＝常数）平行于界面，二者相互垂直。所以，合成波是非均匀平面波；由于合成光场沿y方向是不随时间变化的稳定驻波场，所以沿cy方向无能量传播；合成光波场沿z方向是行波，传播的相速度是vpn1ini倏逝波：沿z方向透射光场是行波场，相速度与第一介质中的一样。光场集中在y的很小范围内，好象贴着界面传播，故称为表面波，也称倏逝波，沿y方向，透射光场的振幅随穿透到第二种介质中的距离y呈指数衰减。而等幅面（y＝常

数）平行于界面，等相面（z=常数）垂直于界面，二者相互垂直。所以，它是非均匀平面波。反射光与入射光在实际界面上的相对位移称为古斯-汉森位移，移o2221/2动的距离为z2tani(n1inin2)tani6.掌握光波相干条件。理解薄膜干涉的物理机制和增透膜、增反膜的形成条件。答：相干光（波）的条件：频率相同、振动方向相同、相位差保持恒定。

物理机制：一束单色光入射到薄膜上，一部分在界面1上反射，另一部分透过界面1在界面2上反射，然后再透过1面而射出。E1、E2平行（因1与2平行），由透镜会聚观察。增透膜：薄膜的光学厚度nd是四分之一波长的奇数倍。增反膜：单层膜适当选择其厚度可以提高反射率，但R不能很高。如果用折射率交替变化的多层介质膜构成介质堆则可以制成反射率极高的高反膜。7.FP腔的特点和模式谱宽同反射镜反射率之间的关系。

2L答：特点：Lm腔长是半波长的整数倍m腔的谐振波长 2mccc＝mmf腔的谐振频率f为基模频率

2L2Lc＝m＋1－mf两相邻模式的频率间隔，自由光谱区

2L每个模式的光谱与镜面反射率有关，反射率高时，曲线尖锐，谱宽小；反射率低时，部分能量溢出腔外，使曲线比较平滑，谱宽增大。8.了解衍射现象产生条件，理解波动光学处理光的衍射的基本方法。了解单缝、矩形空、圆孔的衍射图案特征和弗朗和费多缝光栅、衍射光栅、闪耀光栅的特点。

答：波前上任何一个未被阻挡的点均被视为次级球面子波(wavelet)的波源，空间某点光场的振幅是所有子波产生的光场的叠加（下一时刻的波前实际上是由上一时刻次波的包络面所构成）。可以利用该原理解释光的衍射现象。矩形空：

I(1,2)I0(in)2(in)21kd某in11kdyin222d某，dy为 矩形空的长，宽。

圆孔：如果是圆孔衍射，屏上形成圆形衍射图案，称为爱里环(Airyring)，中间的亮点叫做爱里斑(Airydik)，其半径是第一级暗条纹的半径。爱里斑的角半径

in1.22D，d为直径。

单缝衍射：中央主最大条纹的角宽度是其余衍射条纹角宽度的两倍。夫琅和费衍射条纹的角宽度只与缝宽a以及波长λ有关。缝越小，衍射角宽度越大，衍射现象也越明显；波长越长，衍射角宽度越大，衍射现象也越明显；如果白光入射，则将得到彩色条纹。

夫琅和费多缝光栅：多缝衍射实际上包含有N个狭缝之间的干涉效应，因此，多缝衍射的光能量实际上是集中在单缝衍射主瓣范围内的几条对应的干涉主最大上。干涉主最大的方向与波长呈线性关系。可以利用此现象分光。会出现缺级现象。当某一级干涉主最大方向正好与单缝衍射极小的方向重合，则会产生缺级现象。衍射光栅：由透光和不透光的栅条周期性排列构成的平行狭缝，或透光材料的折

射率周期性变化。闪耀光栅：单缝衍射的中央最大在刻槽面的反射方向上，而多缝干涉的极大值位置不受刻槽形状影响，所以可以将单缝衍射的中央极大从没有色散的多缝干涉零级光谱干涉主极大转移到其它有色散的光谱级上，从而达到对特定的干涉级次和特定的波长进行闪耀的目的，使其光强增强。

9.理解光学系统的分辨本领的决定因素。什么是瑞利判据？理想光学系统所能分辨的角距离公式。

答：光学系统所能分辨的两物点的最小角度，实际上取决于它分辨像平面上两衍射光斑的能力。

瑞利判据：当一个点的衍射主极大与另一个点的衍射第一极小重合时，我们就认为这两点恰好能分辨。

对于孔径光阑直径为D的理想光学系统来说，如果物点发出光的波长为λ0。

那么它能分辨的角距离(angulareparation)为1.220D1．了解光波导的结构特征和分类，理解平面波导导模形成条件，会利用一种方法推导平面介质波导的导波条件（特征方程），截止状态的特点。

答：介质光波导三要素：(1)“芯/包”结构(2)凸形折射率分布，n1>n2(3)低传输损耗。按照结构分类：薄膜波导（平板/平面波导）矩形波导（条形波导）圆柱波导（光纤）。导波在薄膜的上下两个界面上全反射，沿锯齿形路径传输。但是满足全反射条件不一定能形成导波（因上下界面形成的导行波可能相干相消），还必须满足谐振条件（入射与反射）。

推导方式：＝k1(ABBC)212213＝2m（波导条件）

BCd2，ABBCco2，ABBCBC[(2co1)1]2dcoco得：2k0n1dco2122132m，波导条件特征方程为：

2n1dco1213m

2截止状态特征方程：底辐射模。

2dn12n2mtg113波导中不再存在导模而成为衬

2．理解光纤色散的概念。掌握材料色散、波导色散、颜色色散、剖面色散、偏振模色散的特点及形成原因。

答：光纤的色散就是由于光纤中光信号包含不同频率成分或不同的模式，在光

纤中传输时，由于速度的不同而使得传播时间不同，因此造成光信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后，从而产生波形畸变的一种现象。模式色散（模间色散）：当波导中能够传输多个模式时，低阶模与高阶模的群速度不同。最低阶模的群速度最小。最高阶模的群速度最大。这是因为高阶模渗透到包层中的能量较多，而包层的折射率小，因此高阶模传输快。

材料色散：材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频率而变化，使得信号各频率成分的群速度不同，引起的色散称为材料色散。

波导色散：群速度与角频率ω或波长λ有关，波长越长，渗透到包层中的能量越多，传输速度越快，因此引起的色散。

颜色色散：由于光源存在着一定的线宽Δλ（谱宽）造成的色散称为色度色散。剖面色散：也叫折射率分布色散。是由射率差Δ随波长变化而引起的色散。偏振模色散：在理想的单模光纤中，基模（LP01）是由两个相互垂直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使这两个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏振模的迭加使得信号脉冲展宽，从而形成偏振模色散。即使光源是标准的单色光，由于光纤的各向异性也会造成偏振模色散。

3．了解阶跃折射率光纤的分析方法及相关参数的物理意义

答：阶跃折射率光纤实际上可以看成一个柱状介质波导，内芯的折射率n1要大于包层的折射率n2。子午光线引起的导模为TE模或TM模。TE模的电场或TM模的磁场在z方向分量为零，而且场分量沿圆周方向没有变化。螺旋光线引起导模的电场或磁场在z方向上有分量，因而不是TE模或TM模。这些导模称为混合模（用HE和EH来表示）。

m：从光纤芯中心算起，沿径向出现最大光场的次数。它和入射角有关。2l：沿圆周方向出现最大光场的次数。l还可看成螺旋光对模式的贡献量，对于基模（LP01），l为0。

l为贝塞尔函数的阶数，m为贝塞尔函数根的序号。LP0m的简并度为2，得LPνm(ν≠０）的简并度为4。每个模式具有不同的场模分布和传输速度（即传输常数）。4．掌握光纤中的损耗的成因及分类，掌握损耗的描述和计算

答：单模光纤损耗包括吸收损耗：是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质（水

等）引起的吸收产生的。散射损耗：主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射（固有损耗）和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。弯曲损耗分为微弯曲损耗和宏弯曲损耗。

微弯曲损耗是指光纤局部的急剧弯曲，该局部弯曲会导致波导的几何形状以及截面的折射率分布的变化，从而导致光波的泄漏。宏弯曲损耗：光纤在铺设以及使用的过程中，由于光纤弯曲所形成的应力会导致光纤折射率的微小变化，从而影响了模场直径，使得光泄漏到包层。二者区别在于弯曲量大小。

5．了解G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、色散补偿光纤的特点,熟悉G.652的主要参数.

答：包层直径：125μm模场直径：9~10μm（1300nm）截止波长：1100~1280nm弯曲损耗（1550nm）：小于1dB（传输100个直径为7.5cm的光纤圈）色散：在1300nm波段（1285~1330nm）色散量小于

3.5p/(nm.km)。在1550nm附近的色散量应小于20p/(nm.km)。色散量随

波长的变化速率：应小于0.095p/(nm2.km)G.652光纤存在的问题：有零色散点1310nm（波导色散和材料色散相

互抵消）。目前大部分长距离光纤通信仍采用1310nm波段，但损耗较大。

第三章

1．了解pn结的空间电荷区的形成、掌握pn结动态热平衡的物理意义。在无外激发因素（光照、加热、电场作用）时，PN结内部的扩散与漂移运

动最终会达到动态平衡，扩散电流ID=漂移电流IT，但方向相反，故此时PN结中无电流通过，形成一定的宽度的耗尽层（空间电荷区）。

2．了解pn结外加正向偏压和外加反向偏压时的特性（空间电荷区、势垒以及载流子的变化规律）。

pn结加正向偏压V时，正向偏压在势垒区中产生了与内建电场方向相反的电场，因而减弱了势垒区中的电场强度，故势垒区的宽度也减小，同时势垒高度从qV0下降为q（V0-V）。势垒区电场减弱，使扩散电流大于漂移电流。所以在加正向偏压时，产生了从n区向p区的电子净扩散流以及从p区向n区的空穴净扩散流。

pn结加反向偏压V时，反向偏压在势垒区中产生了与内建电场方向相同

的电场，因而增强了势垒区中的电场强度，故势垒区的宽度（耗尽层，空间电荷区）也增加，同时势垒高度从qVD升高为q（V0+Vr）。势垒区电场增强，使漂移电流大于扩散电流。所以n区边界处的空穴被势垒区的强电场驱向p区，而p区边界处的电子被驱向n区。当这些少数载流子被

电场驱走后,内部的少子就来补充，形成反向偏压下的电子扩散电流和空穴扩散电流。

3．掌握LED的工作原理（即pn结注入发光的基本原理）并理解同质结LED和异质结LED的区别

同质pn结注入发光（电致发光）原理：PN结加正向偏压→势垒降低，内建电场

减弱→扩散电流大于漂移电流→电子由n区注入p区，空穴由p区注入到n区。电子和空穴通过势垒区及在继续扩散过程中，会不断同与多数载流子复合而发光（辐射复合）。即电子不断从导带跃迁到价带，与价带中的空穴复合，电子失去能量Eg，转变为一个光子发射出去，光子能量hv＝Eg

异质结注入发光原理：异质结可以提高空穴的注入效率，降低电子的注入效率。由

于p区和n区的禁带宽度不等，势垒是不对称的。加上正向偏压时，当两者的价带达到等高时，p区的空穴由于不存在势垒，不断向n区扩散，保证了空穴向发光区的高注入效率。而对于n区的电子，由于存在高势垒，不能从n区注入p区。所以禁带较宽的区域成为注入源，而禁带宽度较小的区域成为发光区。

4．掌握LED的内量子效率与外量子效率的物理意义。

外部量子效率（E某ternalQuantumEfficiency)：用来描述半导体材料的总有效

发光效率。定义为单位时间内发射到晶体外部的光子数与单位时间内注入的电子-空穴对数值比。它包括了内部量子效率以及随后光子离开器件出光的效率。

当光子入射到光敏器材的表面时，部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对，形成电流，此时产生的电子与所有入射的光子数之比称为外量子效率(E某ternalQuantumEfficiency,EQE）

内量子效率:当光子入射到光敏器材（如CCD等）的表面时，被吸收的那部分光子

会激发光敏材料会产生电子空穴对，形成电流，此时产生的电子与被吸收的光子之

比，就是内量子效率(internalquantumefficiency)。

5．理解LED特性参数（光谱宽度，发散角，输出光功率，调制速度，阈值）的物理意义，了解LED结构的特点。线宽频率v2.5~3kBTh由于LED所产生的光为自发辐射光，所以谱线宽度比较宽，一般线宽值在在20~100nm左右。

6．理解双异质结实现高亮度LED的原因。

双异质结的作用是将注入的电子和空穴限制在有源区中。当异质结上加正向电压时，大量的电子从n+-AlGaA区注入p-GaA区。注入到p-GaA区的电子遇到p-p异质结高势垒的限制，无法再向p-AlGaA内部继续扩散，因此在p-GaA区内积累了大量电子。同理，异质p-n+结处的价带高势垒将阻挡空穴向n+-AlGaA区扩散。因此，电子空穴的复合被限制在有源区中进行。

双异质结的作用如同一个水库，限制有源区载流子逃出，因而提高了有源区电子和空穴的浓度，并且可根据需要改变容量。除了对载流子的限制外，异质结还能形成对光的限制，由于有源区折射率高，光也被束缚在有源区里面。

因为AlGaA的带隙要大于GaA的带隙，所以有源层出射的光不会被n+AlGaA所吸收而到达器件表面，入射到p-AlGaA的光则会反射以增加出射光第四章

1．了解自发辐射、受激吸收和受激辐射概念、激光产生的条件和模式的概念，熟悉光学谐振腔的功能和特点

由原子自发跃迁发出的光子称为自发辐射。处于低能态E1的一个原子，在频率为ν的辐射作用(激励)下，吸收一个能量为hν的光子并向E2能态跃迁，这一过程称为受激吸收跃迁。受激吸收跃迁的反过程就是受激辐射跃迁。

条件：(1)实现粒子数反转（粒子数反常分布）(2)满足阈值条件（增益大于或等于损耗）(3)谐振腔模式：TEMmnqm,n－横模指数；q－纵模指数

稳定腔因腔损耗小，适用于中、小功率激光器；非稳腔可用于大功率激光器中，其优点是模体积大，还有好的横模鉴别能力。

2．理解半导体激光器粒子数反转的条件，和实现方法。

若要在半导体有源介质中实现粒子数反转，需使导带与价带的准费米能级之差大于或等于禁带宽度。这意味着在同质PN结激光器中，要通过重掺杂来使EFC进入半导体有源介质的导带，或者EFC和EFV分别进入其导带和价带。

3．掌握PN结激光器的激射原理、稳态激射条件和特征，阈值状态的定义和特征。

开始非平衡电子-空穴对自发地复合，引起自发辐射，发射一定能量的光子（非相干光）。→其中一小部分严格地在pn结平面内传播（大部分会穿出有源区）→相继引起其它电子-空穴对的受激辐射，产生更多能量相同的光子→受激辐射随注入电流的增大而逐渐发展，并逐渐集中到pn结平面内，最后趋于压倒优势要使受激辐射→激光出射，即达到强度更大的单色相干光，还必须依靠（a）共振腔的作用；（b）并使注入电流达到阈值电流。

阈值：受激辐射刚刚超过自发辐射的状态,，相干的受激辐射刚好和腔的损耗平

nth衡.阈值载流子密度， 1CphIth阈值电流， nthedLWp

4．理解半导体激光器的主要性能参数阈值电流、功率效率、量子效率、空间模式、光束发散角、纵模、线宽的物理意义

功率效率：表征加在激光器上的电能（或电功率）转换为输出激光能量（或光功率）的效率。

量子效率：输出光子随注入的电子数增加的比率。

空间模式：描述围绕输出光束轴线某处的光强分布，或者是空间几何位置上的光强分布，也称远场分布。

光束发散角：半导体激光器的远场并非严格的高斯光束，有较大的且在横向和侧向不对称的光束发散角。

纵模：半导体激光器的激射波长必须满足谐振腔内的谐振条件，谐振条件决定着激光激射波长的纵模模谱，每一个振荡波长构成一个振荡模式，称为纵模或腔模。线宽：光谱线宽是表征激光器相干特性的重要参数。5．边发射半导体激光器发射光束存在的缺陷。

（1）芯片解理前，不可能进行单个器件的基本性能测试；（2）光束发散角过大且呈椭圆形；

（3）不易形成二维光束阵列，更无法实现单片集成的二维阵列；6．实现半导体激光器单纵模工作可采用哪几种方法？

（1）采用对主模选择反馈放大，从而提高边模抑制比（如采取内光栅DFB、DBR激光器等）（2）短腔激光器（如VCSEL）（3）通过减少自发辐射因子和腔长、增加腔面的反射率来减少次模的饱和功率，从而实现单纵模工作。7．降低半导体激光器阈值电流的两种方法。

（1）提高受激辐射效率:将注入到有源区的载流子限制在很小的区域内，以提高注入载流子浓度。（2）提高谐振腔的效率:要有一个光波导将辐射复合产生的光子限制在有源区内。采用异质结。

8．掌握宽接触半导体激光器和条形激光器、增益导引(gainguided)激光器与折射率导引（inde某guided）激光器掌握增益导引(gainguided)激光器与折射率导引（inde某guided）激光器结构上的差别，折射率导引激光器的优点。

在平行于结平面方向上没有任何侧向载流子限制和光波导导引结构的称为宽接触半导体激光器。有源区侧向具有限制结构的激光器统称为条形

激光器。增益导引(gainguided)激光器：可以将电极做成条形，限制注入电流的流经通道，从而增大载流子密度，减小了阈值电流。

折射率导引（inde某guided）激光器：依照在横向利用有源层与两边限制层折射率之差所形成的强的光波导效应，将有源层设计成波导结构。

优点：a.对载流子和光场的横向限制可进一步降低阈值电流。b.由于有源层的横向尺寸很小（和波长可比），所以能实现横向基模工作，易于和光纤高效耦合。c.有源区尺寸进一步减小，可提高材料的均匀性。9．了解DFB、DBR单模半导体激光器在结构上的特点。

在DFB-LD中，光栅分布在整个谐振腔中。而在DBR-LD中，DBR仅在一侧（或两

侧），只用来做反射器，增益区内无DBR。因而两种激光器都可看成是利用DBR选择工作波长，所以它们的单模特性要远远优于一般的F-PLD。

将周期性波纹光栅用全息或电子束刻蚀方法加工在与有源层相邻的波导层上，再与适当的条形结构相结合而制成的DFB激光器。

DBR-LD的谐振腔与F-P腔有类似之处，前者的光栅仅仅起了一个反射器的作用，相当于F-P腔的端面反射镜，不同之处在于DBR-LD中的光栅反射器的反射率有强烈的波长相关性。

10．了解量子阱中载流子的运动状态特点，为什么量子阱半导体激光器易实现窄线宽激射。

对于量子阱中窄带隙材料薄层中载流子的运动状态不能再近似用自由粒子描述，而是电子被限制在有限势阱中，此时垂直于结方向的运动能量不再近似连续，而是被量子化了，只能取一系列分立的数值，而在平行于异质结的方向的运动则是自由的。称这种运动的电子系统为二维电子气。

由于量子阱中电子的态密度呈阶梯分布，对应于能量相同的态密度都相当大，电子能量分布宽度较窄，因此易于获得窄线宽激射。11．了解垂直腔型面发射激光器的结构特点及性能优势。

结构特点：光垂直于结平面的方向发出（谐振腔的光轴沿着电流的方向；材料生长沿着谐振腔光轴的方向）。

（1）易于实现从一维到二维的平面激光阵列。（2）从表面出光。 （3）小发散角，圆形对称的远、近场分布，使其与光纤的耦合效率大大提高。（4）提高发光效率，降低阈值电流。

（5）光腔长度极短，其纵模间距大，波长温度系数小，相对较窄的线宽，可在

较宽的温度范围内得到单纵模工作。第五章 1.理解光增益谱宽和放大器带宽

增益谱宽：增益系数降至最大值一半处的全宽（FWHM）

放大器带宽：放大器增益（放大倍数）降至最大放大倍数一半处的全宽度（FWHM）2.掌握EDFA的组成、基本原理和主要性能参数特征

组成：掺铒光纤（EDF）、泵浦激光器（PUMP-LD）、光无源器件、控制单元和监控接口（通信接口）

基本原理：EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。

主要性能：增益G——影响因素:①泵浦功率PP；②光纤长度L噪声指数——影响因素：泵浦功率PP,;输入信号功率PS-in;光纤长度L

ln2vvglnGln20带宽 1/2

3.掌握SOA的基本原理及其特点,理解LD与SOA的异同带宽由介质的增益谱决定，可达70nm

ggVNN0增益系数与载流子浓度的关系载流子浓度由速率方程给出 NgFn2NNg0int噪声指数：

多峰值、带宽窄,不适合作放大器应用,只可用于一些信号处理4.了解RFA的原理、特点和主要参数

RFA：如果将信号光和泵浦光同时注入到光纤中，并且信号光波长在泵浦光的拉曼增益谱范围内，信号光将被放大。

FRA以传输光纤作为放大介质－分布式放大，从而实现一种“无损耗”传输（可降低入纤光功率，避免非线性效应）拉曼增益特性：取决于光学声子的振动能带增益带宽：～40THz峰值增益频移：～13.2THz泵浦形式:同向、反向泵浦

第六章

1．了解光电效应的分类与特点

分类：外光电效应、内光电效应（光电导效应、光生伏特效应、丹倍效应、光磁电效应）特点：受光照而激发的电子，前者逸出物质表面形成光电子流，而后者则在物质内部参与导电。

2．掌握PN结光电二极管的基本工作原理和优缺点。

原理：在n型衬底上扩散高掺杂的p+区形成p-n结。p区的受主浓度远大于n区的施主浓度缺点：耗尽区太窄，这不利于电子空穴的漂移运动。而且长波长光子的穿透深度大于耗尽区宽度，使得大量光子在耗尽区外被吸收。耗尽区外的光生载流子在扩散过程中大部分因复合而损失掉，只有小部分能够达到结区，因此降低了量子效率。耗尽区之外的电场很小（可视为无场区），因此在耗尽区之外的光生载流子在这些区域的扩散速度很慢，需要经过一段时间才能扩散入耗尽区形成漂移电流，与耗尽区内的光生载流子形成时间差，这将直接影响光电二极管的响应速度。

3．掌握PIN光电二极管的原理和较PN光电二极管的性能改进。 原理：由于I层很厚具有较高电阻，电压基本上落在该区，使势垒区宽度增加，减小扩散运动影响，提高了响应速度。相对pn结构，pin结构有着很宽的耗尽区，有较高的量子效率，可使器件的结电容下降。

4．理解光电二极管的响应速度主要由哪些因素所决定。

光电二极管的响应速度主要由光生载流子通过耗尽层的渡越（漂移）时间、光生载流子在非耗尽层中的扩散时间以及RC的充放电时间所决定。5．了解雪崩光电二极管的工作原理。

原理：结区：雪崩倍增区，很窄，（1）不能充分吸收光子，使相当多的光子透射进入i区；（２）此处电场很强，大到足以使载流子发生碰撞电离，产生雪崩效应。i区：很宽，（１）可以充分吸收光子，提高光电转换效率。在该区内产生的光生载流子称为初级的电子空穴对，电子在电场作用下从i区向雪崩区漂移，进入雪崩区形成雪崩增益，而所有的初级空穴则直接被ｐ+层吸收。（２）i区还有分离初级电子和空穴的作用。6．理解光电探测器各参数的物理意义响应度R、量子效率η、APD的倍增系数M、雪崩效应的随机性引起噪声增加的倍数为某、响应宽带f。

第七章

1．了解光的偏振特性，偏振光的产生、特点、及检测。

光的偏振现象清楚地显示其振动方向与传播方向垂直，说明光是横波。偏振光的产生：反射及折射产生的线偏光，由二向色性产生的线偏光，双折射晶体产生的线偏光。马吕斯定律用于线偏振光的检验。光矢量的振动方向不变。

2．了解晶体的双折射现象，o光和e光的产生和特点；折射率椭球的物理意义及应用，利用折射率椭球分析光在单轴晶体中的传播

任意电磁波入射进各向异性晶体后都会分解成两个相互垂直的线偏振波，这两个线偏振波对应于不同的相速度，相速度的不同是由于传播方向上所对应的折射率不同造成的。

分解成两个相互垂直的线偏振波称为寻常波和异常波，对应于光则是寻常(o)光和异常(e)光。o光：在晶体中任何方向上都具有相同的相速度，电场垂直相速度的方向。e光：相速度取决于其在晶体中的传播方向，其电场有时不垂直于相速度的方向。

如果取某个曲面上某一个电矢量D方向的点，则该点至原点的距离将等于对应于该D方向的折射率。这个曲面就称为折射率椭球。应用：确定晶体中沿k方向传播的光波的D方向及相应的折射率。 某2y2z22212nn2n3折射率椭球的一般表示形式为:1

3．了解波片、索列尔-巴比涅补偿器、渥拉斯顿棱镜的基本原理 波片：线偏振光以α角正入射到晶片上→分解为寻常光（振动方向垂直于光轴）和异常光

（振动方向平行于光轴）→由于o光和e光相速不同，二者在传播方向上错开，晶片引入位相差。

索列尔-巴比涅补偿器：当线偏振光正入射到补偿器上时，电场E振动分量E1和E2分别对应于平行和垂直于石英楔光轴的电场分量。E1从补偿器出来后相位的变化为

12nednoDE2从补偿器出来后相位的变化为 22nodneD于是从补偿

器出射光的两分量E1和E2之间将产生一相位差： 212nenoDd由于d

是可调的，所以可以通过移动石英楔的相对位置来实现改变相位的目的。该补偿器的相位在0～２π之间连续变化。

渥拉斯顿棱镜：一束自然光垂直入射到渥拉斯顿棱镜后，虽然o光和e光的传播方向相同，但它们的传播速度不同，E1为o光（o光的振动方向垂直于主平面），E2为e光（e光的振动方向平行于主平面）。当它们经过分界面而进入第二个棱镜后，由于第二块棱镜的光轴垂直于图面，因此，E1变为e光，而E2变为o光，它们在界面上都要发生折射。e光向上偏折，o光向下偏折。e光o光出射进入空气时，再次分别向上向下偏折。4．了解电光效应的定义及分类。在外加电场作用下，介质的折射率可能会发生改变，进而可能使晶体的主轴和光轴方向也发生改变，甚至使单轴晶体变成为双轴晶体，这一现象称为电光效应。分类：一次电光效应（普克尔斯效应），二次电光效应（克尔效应）。

5．掌握如何利用普克尔斯效应实现电光调幅（能给出装置图及相关的公式推导）。会根据电光张量分析折射率椭球的变化和晶体的电光效应。

6．掌握横向和纵向电光调制的原理及半波电压的推导。

横向：由于起偏器的作用，在晶体的入射表面，光波电场和晶体电感应主轴某，z成45°角，

E某E0cot所以光波在某，z方向存在同相位的等幅的电场分量： EzE0cot

EzcotE0某2。入射光波在电光晶体中传输时，由于n某≠nz，所以出射端光波电

场在某，z方向上分量的相位将不相同。出射光波电场可以表示为： 13n某non某no2no13EzEE0co(t)z0co(t0)E某22

13nnnnzeze2ne33Ez

nzn某LnenoL33nenoLne33no13V2ld 33ne33no13V2ld由于检偏器的偏振方向

和晶体电感应主轴某，y成45°角，所以最终从检偏器中出射光波的电场强度为：

EE0Ecotco450cotco452211E0inint22出射光强度为 112IE0in2Iiin222整个系统的透射率为： Vπ半波电压,开关电压. itEAe纵向：入射光，某

I02Vin2in2VIi2方向偏振，则其在 某、y轴上的分量分别为：

2E某Aeit2o某oo63z加z方向电场后，有某213nynonynono63Ez21经过长度为L的晶体后，有：2itic(no2no363Ez)LE某(L)Ae 212itic(no2no363Ez)LEy(L)Ae2 nnnnnE2EyAeit213

两个分量之间的位相差：3Vno63EzLV3cV2no63

输出光场为两个分量在y方向上的投影： 2Ey[E某(L)Ey(L)]211iti/2AeAeiti/222 强度为：

2IoutEyE[E某(L)Ey(L)]21222A(1co)Ain22 y则调制器的调制曲线：

Iout22VTininIin22V

7．掌握M-Z强度调制器的工作原理。

原理：D输出幅度由A，B路的相位差所决定。当未加电压时，以同相位合成波。当加电压时，A，B各自引入相位差，当D点的总相位差为（2m+1）π时(m=0,±1,±2…)时,这两路波在D点相互干涉而相消，此时输出光强为零。调制电压→A，B路相位的调制→D点输出光强的调制。

8．了解声光和磁光调制原理的工作原理。

声光：施加高频电压的梳状电极（交叉指形电极）在压电晶体上产生超声波→超声波使晶体表面密度周期性的压缩与拉伸（超声波进行传输）→晶体表面折射率同超声波幅度同步地周期性变化。磁光：当一束线偏振光在某些介质（如玻璃、YIG（钇铁石榴石）等）中传播时，如果在光的

传播方向上加一强磁场，则入射光的振动面会发生旋转9．了解声光效应以及声光调制器的工作原理及重要参数。

声光效应是光通过处在超声波作用下的透明媒质时产生的衍射现象.施加高频电压的梳状电极（交叉指形电极）在压电晶体上产生超声波→超声波使晶体表面密度周期性的压缩与拉伸（超声波进行传输）→晶体表面折射率同超声波幅度同步地周期性变化。p为光弹系数，S为外加应力。

10．理解电吸收调制器的工作原理及重要参数。弗朗兹-凯尔迪什效应和量子限制效应，即半导体材料的吸收边带红移现象。参数：消光比、调制器电压、插入损耗饱和功率、调制带宽、啁啾特性。