光电子器件制造企业面临兼并危机

第一篇：光电子器件制造企业面临兼并危机

近年来，中国光电子器件制造行业实现了较快发展。在光通信、光显示等应用领域需求不断扩大的刺激下，产品产量有所突破，2010年中国光电子器件产量突破1100亿只。行业整体技术水平得到进一步提升，与国际上发达国家的差距正在逐渐缩小;并逐渐涌现出一批如武汉光讯、华工科技、京东方等具有较强竞争力的领先企业。

前瞻产业研究院发布的《中国光电子器件制造行业产销需求与投资预测分析报告》显示，在举得可喜成绩的同时，也应当看到中国光电子器件制造行业仍与先进国家存在一定差距，国内部分厂商仍未摆脱依靠低成本竞争、或成为没有核心技术和自主品牌的OEM工厂的局面，国内稍有规模或技术优势的企业，都面临着被跨国公司兼并的危机。

尤其是跨入21世纪以来，跨国公司在华投资建厂或兼并收购等活动更加频繁，如Neophotonis公司兼并收购深圳飞通公司、MRV Communications公司兼并收购飞博创公司等。同时，跨国公司的不断进入，加剧了行业的竞争激烈程度。

“十二五”期间，我国电信业整体投资将达到2万亿元，其中宽带将成为发展重点，这将为光通信行业未来五年的发展提供强大保障，进而带动光电子器件制造行业的较快发展。

另外，随着人民生活水平的不断提高和国家对电力行业的大力投入，固态照明、平板显示、光伏发电等主要应用领域也将迎来难得发展机遇。以光伏发电为例，根据《“十二五”可再生能源发展规划》，“十二五”光伏发电装机总量目标较原计划翻了一番，达到10吉瓦。

因此，在下游市场需求持续扩大的刺激下，“十二五”期间中国光电子器件制造行业将保持较快发展。

前瞻产业研究院光电子器件制造行业研究小组认为，未来，随着通信技术升级，全球分工与制造中心不断向中国转移，以及国家政策的大力扶持，行业整体技术创新能力将得到进一步增强，产业结构将不断调整，有助于中国光电子器件制造行业的健康、持续发展。

本文作者：章诵兰（前瞻网资深产业研究员、分析师）

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第二篇：光电子材料与器件

光电子材料与器件

绪论 例举信息技术与光电子技术所涵盖的几大方面：

信息技术主要包括信息的产生、传输、获取、存储、显示、处理等六大方面；与之相对应的光电子技术主要包括光的产生与转化、光传输、光探测、光存储、光显示、光信息处理。2 简述光电子技术的定义及其特征： 光电子技术：是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。

光电子技术的特征：光源激光化、传输波导（光纤）化、手段电子化、现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化。简述信息技术的发展趋势及各阶段的主要特点： 第一阶段——电子信息技术

其特征是：信息的载体是电子；半导体，计算机等

第二阶段——光电子信息技术

其特征是：光子技术和电子技术相结合；激光器，光纤等 第三阶段——光子信息技术

其特征是：以光子作为信息的载体；全光通信，光计算机等 4 简述光子传递信息的特点：

（1）极快的响应时间，可用于超高速、宽带通信（2）传输信息容量大

（3）信息传输过程中失真小（4）高抗干扰、高可靠性

（5）光储存具有储存量大、速度快、密度高、误码率低的优点 总之，超高速、抗干扰、大容量、高可靠性是光子技术的特点。

太阳能电池

1、举例说明太阳能利用的优缺点

优点：普遍（不受地域及技术条件限制，无需开采和运输）

洁净（不产生废渣、废水、废气，无噪声，不影响生态）



巨大（1.68×1024cal/年，相当于20万亿吨标准煤燃烧的热量）

缺点：能流密度低（1kw/m2，需要相当大的采光集热面才能满足使用要求）



不稳定（受时间，天气影响明显）

大规模使用的成本和技术难度均很高（5～15倍）

2、例举太阳能电池发展史中的里程碑事件

1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应（简称光伏现象）

1954年美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功，在太阳电池发展史上起到里程碑的作用

3、光电效应包括哪几类？举出每类的代表性器件

光电效应(photoelectric effect)：物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。根据电子吸收光子能量后的不同行为，光电效应可分为外光电效应和内光电效应。外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。——金属

§其主要应用有光电管和光电倍增管。内光电效应：光照射到半导体材料上激发出电子-空穴对而使半导体产生了电效应。内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。——半导体

光电导效应是指光照射下半导体材料的电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化。其应用为光敏电阻。——本征或掺杂半导体

光生伏特效应是指光照射下物体内产生一定方向的电动势的现象。其应用主要有光伏电池（太阳能电池）、光(电)敏二极管、光(电)敏三极管等。——PN结半导体

4、简述太阳能电池的光能-电能转化原理

当光照射p-n结上时，如果入射电子的能量大于半导体材料的禁带宽度(Eg)，就会在半导体内产生大量的自由载流子-空穴和电子。它们在p-n结内建电场的作用下，空穴往p-区移动，使p-区获得附加正电荷；而电子往n-型区移动，n-区获得负电荷，产生一个光生电动势，这就是光伏效应(光生伏打效应)。当用导线连接p-型区和n-型区时，就会形成电流.5、说明太阳能电池结构中金属梳状电极以及SiO2保护薄膜的作用

金属梳状电极：一方面金属收集载流子，要比半导体有效；另一方面梳状不会完全的阻挡阳光，增加了光的入射面积；

SiO2保护膜：硅表面非常光亮，制作者给它涂上了一层反射系数非常小的SiO2保护膜（减反层），将反射损失减小到5％甚至更小；

6、简述发光二极管、太阳能电池以及光电二极管工作原理的异同 太阳能电池和光电二极管都是基于光伏效应的光电器件。其主要区别在于：①光伏电池在零偏置下工作，而光电二极管在反向偏置下工作②光伏电池的掺杂浓度较高1016-19从而具有较强的光伏效应，而光电二极管掺杂浓度较低1012-13③光伏电池的电阻率较低0.1-0.01 Ω/cm，而光电二极管则为1000Ω/cm④光伏电池的光敏面积要比光电二极管大得多，因此光电二极管的光电流小得多，一般在uA级。

发光二极管：Light Emitting Diode，在电场作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入，空穴和电子在发光层中相遇、复合形成激子，激子经过驰豫、扩散、迁移等过程复合而产生光子。

7、推导理想光电池最大输出功率公式

8、画出理想太阳电池的等效电路，写出通过负载电阻的电流公式，开路电压及短路电流公式。

9、太阳能电池按材料分分哪几类？例举各类型中有代表性的太阳能电池。

10、简述太阳能电池的应用能够解决人类社会发展在能源和环境方面的三个主要问题，并逐一举例说明。

开发宇宙空间所需要的连续不断的能源：太阳电池非常适合空间应用，因为它不消耗燃料，不消耗自身、不排放废物，目前通信卫星、空间探测器、空间站等都广泛采用太阳电池。地面一次能源（天然能源）的获得，解决矿物燃料短缺与环境污染问题：目前最重要的地面应用为并网发电,包括城市与建筑结合得并网光伏发电系统(BIPV)和大型荒漠光伏发电站.目前60%的太阳电池用于并网发电系统,主要用于城市.日益发展的消费电子产业所需要的电力供应：太阳电池也作为小功率电源使用,如太阳路灯、庭院灯、草坪灯、太阳能喷泉、太阳能城市景观、太阳能信号标识、太阳能广告灯箱、太阳能充电器、太阳能钟、太阳能计算器、汽车换气扇、太阳能汽车、太阳能游艇等。

光通信

1、从通信波长、传输速率、中继距离等方面说明各代光纤通信系统的主要特点。光纤通信：以光波作为载波；以光纤作为传输媒介 1.频率高、频带宽、容量大 2.损耗小，中继距离长 3.保密性能好 4.抗干扰能力强

5.原料丰富、成本低、重量轻、寿命长

6.耐高温、耐高压、抗腐蚀、性能稳定、可靠性高

2、光纤通信的主要优点有哪些？

3、光纤通信系统的主要组成部分？

光纤通信系统一般由电端机(收发)、光发射机、光接收机、光中继器以及光缆等组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。

4、分别计算光信号在衰减系数为0.2dB/km、20dB/km与1000dB/km的光纤通信系统传输1km，5km以及20km距离后输出光功率与输入光功率的比值。

5、分别计算光信号在衰减系数为0.2dB/km、20dB/km与1000dB/km的光纤通信系统中传输时，光功率衰减一半所需要的传输距离。

6、简述光纤通信发展所经历的三次技术飞跃。

20世纪60年代。1962年第一台半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。特别是1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。

20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。

7、光纤通信常用的低损耗窗口有哪些？它们的最低损耗系数分别是多少？ 光纤通信常用的三个低损耗窗口：

0.85 m ：2dB/km、1.31 m：0.5dB/km、1.55 m：0.2dB/km

1、计算n1=1.52，n2=1.51的阶跃光纤在空气（n0=1）中的数值孔径，对于这种光纤来讲，最大入射角是多大？

0i12

2、设光纤的纤芯半径为25um，折射率n1=1.46，n2=1.45，光纤的工作波长为0.85um，求归一化频率及传播模式数。如果工作波长为1.3um，传播模式数为多少？

3、当工作波长λ=1.31μm，某光纤的损耗为0.5dB/km，如果最初射入光纤的光功率是0.5mW，试问经过40km以后，输出光功率？

4、一光信号在光纤中传输，入射光功率为200W，经过1km传输功率变为100W，又传输一段距离后功率变为25W，问后一段距离为多少？

5、影响光纤通信传输损耗的因素主要有哪些？目前有几个通信窗口？为什么光纤通信要向NAnsinnn1.55um的长波方向发展。

包括本征吸收、杂质吸收、原子缺陷三种。

影响较大的是在1.39、1.24、0.95、0.72m，峰之间的低损耗区0.85，1.30，1.55 m构成了光纤通信的三个窗口。

光探测

1.简述光电效应与光热效应的区别。

光电（光子）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。对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快（ns～us）。

光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，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，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。一般对光波频率没有选择性，响应速度比较慢（ms）。2.光电探测器中的常见噪声有哪些？简述它们产生的原因。

热噪声：或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成的噪声。

散粒噪声：也称散弹噪声，穿越势垒的载流子的随机涨落（统计起伏）所造成的噪声。光电探测器的研究表明：散粒噪声是主要的噪声来源。

半导体受光照，载流子不断产生—复合。在平衡状态时，在载流子产生和复合的平均数是一定的,但在某一瞬间载流子的产生数和复合数是有起伏的，这种起伏导致载流子浓度的起伏，由这种起伏引起的噪声产生—复合噪声。

1/f噪声：或称闪烁噪声或低频噪声。由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲称为1/f噪声。3.根据量子效率的定义推导量子效应与电流响应度之间的关系。4.光电倍增管由哪几部分组成？简述每部分的作用。

光入射窗：光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。

光电阴极：光电阴极由光电发射材料制作。光电发射材料大体可分为：金属材料、半导体材料。

电子光学系统：(1)使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散电子散射掉，提高信噪比；

(2)使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中有尽可能相等的渡越时间，以保证光电倍增管的快速响应。二次发射倍增系统：倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。阳极：阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。

5.某光电倍增管具有5级倍增系统，倍增系数（二次发射系数）δ=100。如果用λ=488nm，光功率p=10-8w的紫光照射倍增管的光电阴极，假设光电阴极的量子效率为10%，试计算收集阳极处短路电流强度。（h=6.63×10-34J·s，e=1.602×10-19C，c=3.0×108m/s）

NN解：

89

519

348

1、简述PN结的形成过程以及PN型光电二极管的工作原理。

当光照射到光电二极管的光敏面上时，能量大于或等于带隙能量Eg的光子将激励价带上的电子吸收光子的能量而跃迁到导带上（受激吸收），产生电子-空穴对（称为光生载流子）。电子-空穴对在反向偏置的外电场作用下立即分开并在结区中向两端流动，从而在外电路中形成电流（光电流）。

2、比较PIN型以及APD型光电二极管与PN型光电二极管的异同。

PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I（Intrinsic，本征的）层。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形成一个很宽的耗尽层，这样可以提高其响应速度和转换效率。

利用PN结在高反向电压下（100-200V，接近反向击穿电压），光生载流子在耗尽层内的碰撞电离效应产生的雪崩效应，实现光电流倍增（电流增益达106）。具有灵敏度高，响应速度快的特点。

3、列出热电器件的种类以及其代表器件。热敏电阻—辐射热计效应 热释电器件—热释电效应 热电偶—温差电效应

4、画出热释电探测器的原理图，并简述其工作原理。

温度恒定时，面束缚电荷被晶体内部或外部的自由电荷所中和，而观察不到它的自发极化现象。因此静态时不能测量自发极化。

当温度变化时，晶体表面的极化电荷则随之变化（驰豫时间约10－12s），而自由电荷中和面束缚电荷所需时间长（一般在1~103秒量级）因此跟不上它的变化，在来不及中和之前，热电体侧表面就呈现出相应于温度变化的面电荷变化，失去电的平衡，这时即显现出晶体的自发极化现象。

5、简述各类热辐射探测器的特点。

热电器件的共同特点是，光谱响应范围宽，从紫外到毫米量级的电磁辐射几乎都有相同的响应。而且响应率都很高，但响应速度都较低。

1）由半导体材料制成的温差电堆：响应率很高，但机械强度较差，使用时必须十分当心。它的功耗很小，测量辐射时，应对所测的辐射强度范围有所估计，不要因电流过大烧毁热端的黑化金箔。保存时，输出端不能短路，要防止电磁感应。2）热敏电阻（测辐射热计）：响应率也很高，对灵敏面采取致冷措施后，响应率会进一步提高。但它的机械强度也较差，容易破碎，所以使用时要当心。它要求踉它相接的放大器要有很高的输入阻抗。流过它的偏置电流不能大，免得电流产生的焦耳热影响灵敏面的温度。3）热释电器件：一种比较理想的热探测器，机械强度、响应率、响应速度都很高。但根据它的工作原理，它只能测量变化的辐射，入射辐射的脉冲宽度必须小于自发极化矢量的平均作用时间。辐射恒定时无输出。利用它来测量辐射体温度时，它的直接输出，是背景与热辐PPIeehhc10488100.11001.602106.63103.0103.93A射体的温差，而不是热辐射体的实际温度。另外，因各种热释电材料都存在一个居里温度，所以它只能在低于居里温度的范围内使用。

光显示

1，什么是三基色原理？

自然界中任意一种颜色均可以表示为三个确定的相互独立的基色[红(700 nm)、绿(546.1 nm)、蓝(435.8nm)]的线性组合。将三基色按一定比例相加混合，就可以模拟出各种颜色。2，光度量有哪些？单位分别是什么？

(1)光通量: 单位时间内所发出的光量；单位：流明(lm)。

(2)发光强度: 在给定方向的单位立体角（）辐射的光通量，单位：坎德拉(cd)。(3)光照度:单位受光面积（S）上所接收的光通量，单位：勒克斯(lx).(4)亮度:垂直于传播方向单位面积（）上的发光强度，单位cd/m2 3，黑白CRT主要由哪几部分构成？简述其工作原理。CRT显示器的核心部件是CRT显像管（即阴极射线管），其主要由五部分组成：电子枪(Electron Gun)、偏转线圈(Defiection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳，其中电子枪是显像管的核心。

工作时，电子枪中阴极K被灯丝加热发射大量的电子，电子束首先由加在第一控制栅极的视频电信号调制，然后经加速和聚焦后，高速轰击荧光屏上的荧光体，荧光体发出可见光。电子束的电流是受显示信号控制的，信号电压高，电子枪发射的电子束流也越大，荧光体发光亮度也越高——不同灰度级的实现。

最后通过偏转磁轭控制电子束，在荧光屏上从上到下，从左到右依次扫描，从而将图像或文字完整地显示在荧光屏上。

4，简述彩色CRT中荫罩的作用。

荫罩的作用——为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体，在荧光面内设有选色电极－荫罩。当电子束到达屏幕后部时，还要通过一个非常薄的，大约只有0.1MM厚的荫罩板，只使有用的电子束通过，无用电子束击打在荫罩板上做无用功发热。对于原来孔状的荫罩板，其上每一个孔都与屏幕上的一组三个荧光粉颗粒相对应(一个点有红绿蓝三个荧光粉颗粒组成)。

5，简述CRT显示器件的优缺点。优点：

1、亮度高（可调）

2、对比度高

3、视角大

4、色彩还原度好

5、色度均匀

6、分辨率高（可调）

7、响应时间短 缺点：

1、耗电量大

2、尺寸大，重量大

3、无法制造较大面积的显示屏

技术上的困难：较大真空玻璃外壳容易破裂

显示面积较大时，扫描频率降低，无法显示运动影像

4、受电磁场影响，容易发生线性失真

5、存在辐射，影响使用者身体健康

1，按照液晶分子排列状态分类，液晶可分为哪几类？简述它们的分子排列特征。按液晶分子排列状态，热致液晶相可分为三大类：

近晶相液晶:棒状或条状分子按层状排列，二维有序，层内分子长轴相互平行，其方向可垂直于层面或与层面倾斜。分子质心位置在层内无序，分子可在层内转动或者滑动。

向列相液晶:由长径比很大的棒状分子组成，保持与轴向平行的排列状态。分子的重心杂乱无序，并容易顺着长轴方向自由移动，像液体一样富于流动性。

胆甾相液晶:具有层状结构，分子长轴在层内是相互平行的，而在垂直于层的平面上，每层分子都会旋转一个角度。整体呈螺旋结构，螺距的长度与可见光波长相当。胆甾型液晶具有负的双折射性质.胆甾相和向列相液晶可互相转换。2，何为液晶的电光效应？ 电光效应：

液晶材料在施加电场（电流）时，其光学性质会发生变化，这种效应称为液晶的电光效应。

3，说明TN-LCD的工作原理。

当入射光通过偏振片后成为线偏振光，在无外电场作用时，由于扭曲向列液晶的旋光特性，线偏光经过扭曲向列液晶时偏振方向跟随扭曲向列液晶旋转90°，在出射处，检偏片与起偏片相互垂直，旋转了90°的偏振光可以通过，因此呈透光态。

在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列，即与表面呈垂直排列，此时入射的线偏振光不能得到旋转，因而在出射处不能通过检偏片，呈不透光态。

4，何为液晶显示器的“交叉效应”？该效应存在于哪几种液晶显示器中？

若半选择点上的有效电压大于阈值电压时，在屏幕上将出现不应有的显示，使对比度下降，这就是交叉效应。TN、STN-LCD存在所谓的“交叉效应”。由于每个像素相当于一个电容，当一个像素被先通时，相邻像素将处于半选通状态，产生串扰。因此对于多路、视频运动图像的显示很难满足要求。5，简述LCD的优缺点。

优点：低压、低功耗；平板结构；显示信息量大；易于彩色化；长寿命；无辐射、无污染。缺点：显示视角小；响应速度慢；亮度相对较低；对比度低；画面均匀度相对较差、存在点缺陷。

6，PDP如何实现彩色显示？。

PDP显示原理：PDP是利用气体放电发光进行显示的平面显示板。这种屏幕采用等离子管作为发光元件，大量等离子管排列构成屏幕。每个等离子管对应的每个小室内部充满惰性气体（AC： Ne； DC： Ne, Ar, Hg；彩色：Ne:Xe, Ag:Hg）。等离子管电极间加上高压后，封装在两个玻璃之间的气体放电，产生等离子体，等离子体产生紫外光照射三基色荧光粉发出可见光。

第三篇：光电子器件习题

题型：填空20，选择20，判断对错10，计算题20，简答题30

1.衡量光电子器件探测能力的参数有哪些？其中光谱响应度和响应度，最小可探测功率

和探测率之间具有怎样的关系？光电器件的性能参数主要有哪些？并做简要说明

2.光电效应的种类，解释什么是内光电效应，外光电效应，光电导效应，光伏效应。何

为外光电效应，何为内光电效应，分别解释其原理及利用各自原理的主要器件。

3.光敏电阻的性能特点

4.影响光敏电阻光谱特性的主要有那两个因素？

5.光敏电阻的光电特性，计算一个照度上会产生多大的电流，或电压。

6.试解释光生伏特效应。主要的光伏器件有哪些？试以一种器件为例说明其工作原理。

7.2DU型光电二极管环极的作用及连接方式。

8.推导光电二极管的最小可探测功率。

9.当光的增益功率足够大时就会产生受激吸收和发射光电子的现像。

10.外光电效应的两个定律是什么，解释每个个规定。给出一个阈值功率。代表什么含义。

11.光电被增管的增益和那些因素有关？（倍增极材料，偏置电压）调整偏置电压时是否

可以改变增益？

12.影响光电倍增管的长波阈值和短波阈值分别是什么？

13.光电倍增管的性能特点及特性参数的计算。

14.光电成像器件的种类。

15.热电探测器件有哪些，试简要说明各自特点。

16.17.18.19.像管的种类与功能。微光像增强器的基本原理与结构。摄像管功能。单个电荷耦合器件的基本原理和信息传递过程。

20.CCD的主要特性参数。

21.如何减少传递中的电荷损失，提高转移效率？

22.CCD的上下限频率特性由什么决定？

23.简单画出帧场转移结构面阵CCD的结构，并说明其工作原理。

24.CCD图像传感器的附加电路有哪些？

25.CMOS图像传感器单个像元的工作原理。

26.CCD图像传感器与CMOS图像传感器实现光电信息转换的相同点和不同点。

27.CMOS图像传感器芯片的基本构成。

28.比较CCD图像传感器与CMOS图像传感器不同。

29.致冷型红外成像器件主要利用黑体的什么定律来实现红外检测？

30.SPRITE探测器的工作原理，（光电导效应）实现全部扫出必须满足的两个条件。

31.微测辐射热计的工作原理。

32.光子探测器和热探测器的区别。

33.热探测器的基本原理——热效应

34.热释电探测器的基本原理——热释电效应

35.紫外光的划分。

36.紫外探测的特点。

37.X射线的范围。

38.人造X射线的工作原理。

第四篇：常用光电子器件介绍

主要光电子器件介绍

【内容摘要】

光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，本文从几种常见的光电子器件的介绍来展示光纤通信技术的发展。

【关键词】

光纤通信光电子器件

【正文】

光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，随着人类技术的发展，其应用越来越广泛，优点也越来越突出。

将优点突出的光纤通信真正应用到人类生活中去，和很多技术一样，都需要一个发展的过程。从宏观上来看，光纤通信主要包括光纤光缆、光电子器件及光通信系统设备等三个部分，本文主要介绍几种常见的光电子器件。

1、光有源器件

1)光检测器

常见的光检测器包括：PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。目前的光检测器基本能满足了光纤传输的要求，在实际的光接收机中，光纤传来的信号及其微弱，有时只有1mW左右。为了得到较大的信号电流，人们希望灵敏度尽可能的高。

光电检测器工作时，电信号完全不延迟是不可能的，但是必须限制在一个范围之内，否则光电检测器将不能工作。随着光纤通信系统的传输速率不断提高，超高速的传输对光电检测器的响应速度的要求越来越高，对其制造技术提出了更高的要求。

由于光电检测器是在极其微弱的信号条件下工作的，而且它又处于光接收机的最前端，如果在光电变换过程中引入的噪声过大，则会使信噪比降低，影响重现原来的信号。因此，光电检测器的噪声要求很小。

另外，要求检测器的主要性能尽可能不受或者少受外界温度变化和环境变化的影响。

2)光放大器

光放大器的出现使得我们可以省去传统的长途光纤传输系统中不可缺少的光－电－光的转换过程，使得电路变得比较简单，可靠性也变高。

早在1960年激光器发明不久，人们就开始了对光放大器的研究，但是真正开始实用化的研究是在1980年以后。随着半导体激光器特性的改善，首先出现了法布里－泊罗型半导体激光放大器，接着开始了对行波式半导体激光放大器的研究。另一方面，随着光纤技术的发展，出现了光纤拉曼放大器。80年代后期，掺稀土元素的光纤放大器脱颖而出，并很快达到实用水平，应用于越洋的长途光通信系统中。

目前能用于光纤通信的光放大器主要是半导体激光放大器和掺稀土金属光纤放大器，特别是掺饵光纤放大器（EDFA）倍受青睐。1985年英国南安普顿大学首次研制成掺饵光纤，1989年以后掺饵光纤放大器的研究工作不断取得重大

突破。由于光纤放大器的问世，在1990年到1992年不到两年的时间里，光纤系统的容量竟增加了一个数量级。而在1982年到1990年的8年时间里，光纤系统的容量才只增加了一个数量级。光放大器的作用和光纤传输容量的突飞猛进，为光纤通信展现了无限广阔的发展前景。

当前光纤通信系统工作在两个低损耗窗口：1.55m波段和1.31m波段。选择不同的掺杂元素，可使放大器工作在不同窗口。

非线性的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。光纤拉曼放大器是利用光纤的非线性光学效应——受激拉曼散射效应产生的增益机理而对光信号进行放大的。其优点是传输线路与放大线路同为光纤，因此，放大器与线路的耦合损耗小，噪声较低，增益稳定性较好。但由于这种光放大器需要很大的泵浦功率（数百毫瓦）和很长的光纤（数公里）。另外，光纤拉曼放大器的特性对光纤的偏振状态十分敏感。因此，光纤拉曼放大器目前还不能用于光纤通信。

2、光无源器件

光无源器件是光纤通信系统的重要组成部分，在光纤通信向大容量、高速率发展的今天，光无源器件显得尤为重要。今年来，新材料、新工艺和新产品在不断涌现，光无源器件正面临一个迅速发展的时期。

1)光纤活动连接器

光纤（缆）活动连接器是实现光纤之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其他无源器件、光纤与有源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。在进一步提高光纤活动连接器性能的基础上，使其向小型化、集成化方向发展。

光纤活动连接器的集成化，不但增加了连接器的功能，而且更重要的是体高其它器件的密集度和可靠性，给使用者带来极大方便。

2)固定连接器

固定连接器又称固定接头或接线子，它能够把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性连接。固定接头的制作方法按其工作原理有熔接法、V形槽法、毛细管法、套管法等。

光纤熔接机正朝着两个方向发展：一是向全自动、多功能方向发展；二是向小型化、简易化方向发展。目前普遍使用的全自动光纤熔接机设备笨重，价格昂贵。今后这一机型会朝着提高精度、降低成本、尤其是增加连接芯数的方向发展。

同时，随着光纤应用领域的扩大及用户不同的需要，对光纤熔接技术的要求也逐渐趋于多样化。因此，研制小型和超小型熔接机就成为第二个发展方向。同时致力于多芯光纤熔接机和保偏光纤熔接机的研究生产。

3)光衰减器

光衰减器是光通信中发展最早的无源器件之一，目前已形成了固定式、步进可调式、连续可调式及智能型光衰减器四种系列。

目前，光衰减器的市场越来越大。由于固定光衰减器具有价格低廉、性能稳定、使用简便等优点，所以市场需求比可变光衰减器大一些。而可变光衰减器由于其灵活性，市场需求仍稳步增长。

国外的光衰减器性能已达到高性能要求，目前国外的一些光学器件公司正在不断开发各种新型光衰减器，以求获得性能更高、体积更小、价格更适宜的实用化产品。

从市场需求的角度来看，光衰减器将向着小型化、系列化、低价格的方向发展。此外，由于普通型光衰减器已相当成熟，所以今后的研究将侧重于其高性能方面。

4)无源光耦合器

光耦合器的研制、开发及应用已经历了近四十年，目前基本形成了以熔融拉锥型器件为主、波导器件逐渐发展的局面。随着光纤通信、光纤传感技术、光纤CATV、局域网、光纤用户网以及用户接入网等的迅速发展，对光耦合器的需求会进一步增大。

当前，能进行大批量生产单模光纤耦合器的方法是熔融拉锥法。但是在这种方法中，由于光纤之间的耦合系数与波长有关，所以光传输波长发生变化时，耦合系数也会发生变化，即耦合比发生变化，一般它随波长的变化率为0.2%nm。所以宽带化是耦合器的一个重要方向。

与此同时，为了适应各种光纤网络用户数量剧增的需要，一方面需要大功率的光源，另一方面在不断增加耦合器路数的同时，进一步降低附加损耗、减少器件体积，并提高使用的可靠性。

综上所述，未来的光耦合器将是宽带的、集成化的、低损耗和易接入的器件，还应根据要实现多路数、小型化等。

5)光隔离器

隔离器是一种光单向传输的非互易器件，它对正向传输光具有较低的插入损耗，而对反向传输光有很大的衰减作用。

目前，光隔离器已经产生了一系列的器件，如阵列光隔离器、小型化光隔离器，还有一些隔离器与WDM、Tap、GFF等滤波器混合的器件，这些器件都已研制成功，并批量生产。到目前为止，自由空间型、偏振相关型隔离器应用较多，主要用于有源器件的封装。

从实用的角度来看，光隔离器发展的主要方向是高性能偏振无关在线型光隔离器、高性能偏振灵敏微型光隔离器以及多功能光隔离器。

6)光开关

随着密集波分复用系统和全光通信网的使用，各结点上的信号交换直接在光域中完成，这就需要光开关。由于这些结点上进行交换的光纤和波长数量很多，所以这种光开关应当是大端口数的矩阵开关。因此，光开关的矩阵化和小型化是光开关发展的一个重要趋势。

今年来出现了能继承大规模矩阵阵列而又有良好性能的两种新型光开关，即微机械光开关（MEMS）和热光开关。

【参考文献】

[1] 穆道生主编.现代光纤通信系统.北京：科学出版社，2005.9

[2] 刘增基，周洋溢，胡辽林，周绮丽编著.光纤通信.西安：西安电子科技大学出版社，2001.8

第五篇：光电子器件概念总结

1.光的基本属性：光的波粒二象性。

2.激光的特性：方向性好、单色性好、亮度高、相干性好。

3.玻尔假说：定态假设和跃迁假设。定态假设：原子存在某些定态，在这些定态中不发出也不吸收电磁辐射能。原子定态的能量只能采取某些分立的值，而不能采取其它值。跃迁假设：只有当原子从较高能量的定态跃迁到较低能量的定态时，才能发射一个能量为h的光子。

4.光与物质的共振相互作用的三种过程：自发辐射、受激吸收和受激辐射。

5.自发辐射跃迁几率的意义：在单位时间内，E2能级上N2个粒子数中自发跃迁的粒子数与N2的比值；也可以理解为每一个处于E2能级的粒子在单位时间内发生自发跃迁的几率。

6.自发辐射跃迁寿命：粒子在E2 能级上停留的平均时间称为粒子在该能级上的平均寿命，简称寿命。τ=1/A21 7.亚稳态：寿命特别长的激发态称为亚稳态。

8.受激辐射的光子性质：放出光子的频率、振动方向、相位都与外来光子一致。9.受激吸收和受激辐射这两个过程的关系及其宏观表现：在外来光束照射下，两能级间受激吸收和受激辐射这两个过程总是同时存在，相互竞争。当吸收过程比受激辐射过程强时，宏观看来光强逐渐减弱；反之，当吸收过程比受激辐射过程弱时，宏观看来光强逐渐加强。

10.受激辐射与自发辐射的区别：最重要的区别在于光辐射的相干性，由自发辐射所发射的光子的频率、相位、振动方向都有一定的任意性，而受激辐射所发出的光子在频率、相位、振动方向上与激发的光子高度一致，即有高度的简并性。

11.光谱线加宽现象:实际上光强分布总在一个有限宽度的频率范围内,每一条谱线都有一定的宽度, v = v0只是谱线的中心频率.这种现象称为光谱线加宽。

12.谱线加宽的原因:由于能级有一定的宽度。

13.谱线加宽的物理机制分为哪两大类？它们的区别？

可以根据谱线加宽的物理机制，将谱线加宽分为均匀加宽和非均匀加宽。

均匀加宽：引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的。发光粒子的光谱因物理因素加宽后中心频率不变,由它们迭加成的光源光谱形状与发光粒子相同。主要包括自然加宽、碰撞加宽和热振动加宽等。谱线形状是洛伦兹形的。非均匀加宽：引起谱线加宽的物理因素对介质中的每个发光原子不一定相同，每个发光原子所发的光只对谱线内某些确定的频率。发光粒子的光谱因物理因素使得中心频率发生变化,由它们迭加成的光源光谱形状与发光粒子不同。主要包括多普勒加宽和残余应力加宽。谱线形状是高斯形的。14.谱线加宽对原子与准单色光辐射场相互作用的影响:由于发光粒子的谱线加宽，与它相互作用的单色光频率不一定精确等于粒子中心频率时才发生受激跃迁。而在v’=v0附近范围内，都能产生受激跃迁。当v‘=v0时跃迁几率最大，v’ 偏离v0跃迁几率急剧下降。

15．参与普通光源的发光的光与物质共振相互作用过程:受激吸收和自发辐射。

16.激光产生的必要条件和充分条件:必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式；充分条件：起振和稳定振荡。

17.激光器的基本结构及其各部分的作用:激光工作物质、泵浦源、光学谐振腔。泵浦源：实现粒子数反转分布状态。光学谐振腔：减少振荡模式数。

18.增益饱和现象:当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量；而当入射光强增加到一定时，增益系数将减小，这种现象称为增益饱和现象

19.二能级系统为什么不能充当激光工作物质？光抽运可以将粒子从低能级抽运到高能级。在二能级系统中，由于发生受激吸收和受激辐射的几率是相同的（B12=B21），最终只有达到两个能级的粒子数相等而使系统趋向稳定。20.三能级和四能级系统如何实现粒子数反转？为什么四能级系统比三能级系统的效率高？

E1为基态，E2、E3 为激发态，中间能级E2为亚稳态。在泵浦作用下，基态E1的粒子被抽运到激发态E3上，E1上的粒子数N1随之减少。但由于E3能级的寿命很短，粒子通过碰撞很快地以无辐射跃迁的方式转移到亚稳态E2上。由于E2态寿命长，其上就累积了大量的粒子，即N2大于N1，于是实现了亚稳态E2与基态E1间的粒子数反转分布。

四能级系统是使系统在两个激发态E2、E1之间实现粒子数反转。因为这时低能级E1 不是基态而是激发态，其上的粒子数本来就极少，所以只要亚稳态E2上的粒子数稍有积累，就容易达到N2 大于N1，实现粒子数反转分布，在能级E2、E1 之间产生激光。于是，E3 上的粒子数向E2 跃迁，E1上的粒子数向E0 过渡，整个过程容易形成连续反转因而四能级系统比三能级系统的效率高。21.激光的纵模和横模:光场沿轴向传播的振动模式称为纵模；激光腔内与轴向垂直的横截面内的稳定光场分布称为激光的横模。22.激光横模形成的主要因素:激光横模形成的主要因素是谐振腔两端反射镜的衍射作用。23.激活离子:为产生激光发射作用而掺入的离子。

24.固体激光器的基本构成:工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统。25.红宝石激光器的激活离子和能级系统:Cr3+ 三能级系统。26.Nd3+:YAG的能级系统:四能级系统。

27.He-Ne激光器的基本结构？其中激光管主要包括哪三部分？激光管和激光电源。放电管、电极和光学谐振腔。

28.在He-Ne激光器中，为保证632.8nm谱线起振并提高其输出功率, 设法抑制3.39μm谱线的振荡所采取的方法？棱镜色散法；腔内放置甲烷吸收盒；外加非均匀磁场法

29.双简并半导体的能带特点：半导体中存在两个费米能级。两个费米能级使得导带中有自由电子；价带中有空穴。

30.pn结如何形成双简并能带结构：当给P－N 结加以正向电压V时，原来的自建场将被削弱，势垒降低，破坏了原来的平衡，引起多数载流子流入对方，使得两边的少数载流子比平衡时增加了，这些增加的少数载流子称为“非平衡载流子”。这种现象叫做“载流子注入”。此时结区的统一费米能级不复存在，形成结区的两个费米能级EF+和EF-，称为准费米能级。它们分别描述空穴和电子的分布。在结区的一个很薄的作用区，形成了双简并能带结构。31.同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性 ：单向导电性

32.从提高双异质结型半导体激光器的性能要求出发,对异质结两侧的材料的技术要求：(1)要求两种材料的晶格常数尽可能相等,若在结合的界面处有缺陷,载流子将在界面处复合掉,不能起到有效的注入、放大和发光的作用;(2)为了获得较高的发光效率,要求材料是直接跃迁型的;(3)为了获得高势垒,要求两种材料的禁带宽度有较大的差值。

33.双异质结型半导体激光器结构：双异质结（DH)LD由三层不同类型的半导体材料构成，不同材料发不同的波长。结构中间一层窄带隙P型半导体为有源层，两侧分别为宽带隙的P型和N型半导体是限制层，三层半导体置于基片上，前后两个晶体解理面为反射镜构成谐振腔。光从有源层沿垂直于PN结的方向射出。34.光波导的分类：（1）平板波导、（2）矩形波导、（3）圆柱形波导

35.以非对称型平板介质波导为例，平板介质中可能存在的模式？以及相应的入射角与全反射角的关系？ 包层模、衬底模和导模θ1<θc13<θc12，θc13<θ1<θc12，θc13<θc12<θ1 36.从平板介质波导中的导波的特征方程，入射角与模序数的关系：由特征方程还可以看出，在其他条件不变的情况下，若θ1减小，则m增大，因而表明高次模是由入射角θ1较小的平面波构成的。

37.截止波长是的定义：当θ1=θc12 时处于截止的临界状态，导波转化为辐射模，此时的波长就是该模式的截止波长。

38.在非对称型平板介质波导所有模式中，截止波长最长的模式？以及单模传输的条件？TE0模的截止波长最长。λc(TM0)<λ0<λc(TE0)39.在对称型的平板介质波导中的两种特殊的现象：当TEm模出现时TMm模也伴随出现的兼并现象和没有截止现象。40.光纤的基本结构：由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成。

41.光纤涂覆层的作用：涂覆层的作用则是隔离杂散光、提高光纤强度和保护光纤等。

42.光纤是否为单模传输与什么有关：与光纤自身的结构参数和光纤中传输的光波长有关。

43.渐变型光纤与阶跃型光纤的区别：渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于其纤芯的折射率不是常数，而是随半径的增加而递减直到等于包层的折射率

44.光调制：光调制就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上 45.这些参数包括：光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。

46.什么是内调制，什么是外调制：振幅内调制是将要传输的信号直接加载于光源，改变光源的输出特性来实现调制。外调制是在光源外的光路上放置调制器，将要传输的信号加载于调制器上，当光通过调制器时，透过光的物理性质将发生改变，实现信号的调制。

47.调制的波形特点：调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致；调幅度ma反映了调幅的强弱程度

48.电光效应：某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变

49.KDP晶体在外加电场时，折射率椭球体的变化：KDP晶体沿 z（主）轴加电场时，由单轴晶变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了45o角，此转角与外加电场的大小无关，其折射率变化与电场成正比。

50.什么是纵向电光效应，什么是横向电光效应？电场方向与通光方向一致, 称为纵向电光效应;电场与通光方向相垂直, 称为横向电光效应。

51.半波电压：当光波的两个垂直分量Ex’ , Ey’ 的光程差为半个波长(相应的相位差为π)时所需要加的电压，称为“半波电压”。52.电光强度调制器件的器件组成及工作原理：①起偏器、电光晶体、检偏器、1/4波片。②当一束线偏振光沿着 z 轴方向入射晶体, 且 E 矢量沿 x 方向，进入晶体(z=0)后即分解为沿 x’ 和 y’方向的两个垂直偏振分量。由于二者的折射率不同, 则沿x’ 方向振动的光传播速度快, 而沿 y’ 方向振动的光传播速度慢, 当它们经过长度 L 后所走的光程分别为 nx’L 和ny’L, 这样, 两偏振分量产生相位延迟，这个相位差作用就会改变出射光束的偏振态。如果在晶体的输出端放置一个与入射光偏振方向相垂直的偏振器，当晶体上所加的电压变化时。从检偏器输出的光只是椭圆偏振光的Y向分量，因而可以把偏振态的变化变换成光强度的变化

53.电光开关原理：电光开关的基本结构与电光调制器类似。在晶体前后放置两块通光方向相互垂直的偏振片，根据晶体性质，在两端加上相应的半波电压，使得进入晶体的偏振光在经过晶体后的偏振方向改变了 /2，正好与检偏器的通光方向一致，因而光波能完全通过，相当于开关接通的情况；如果不加电压，使得从晶体中出射光的偏振方向与检偏器的通光方向垂直，光波完全被阻挡，相当于开关断开的情况。

54.声光效应：声波在介质中传播时，它使介质产生相应的弹性形变，从而激起介质中各质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光栅”，该光栅间距(光栅常数)等于声波波长s。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。

55.光相互作用的两种类型及其区别：拉曼—纳斯衍射：超声波频率较低。布拉格衍射：声波频率较高。56.声光体调制器的组成：声光介质、电—声换能器、吸声(或反射)装置及驱动电源等。

57.声光调制的工作过程：根据声光调制器的工作过程，首先是由电—声换能器把电振荡转换成超声振动，再通过换能器和声光介质间的粘合层把振动传到介质中形成超声波，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。

58．磁光调制的工作过程：磁光调制是电信号先转换成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强度等参量的目的。

59.光电探测器：对各种光辐射进行接收和探测的器件。

60.光电探测的物理效应的三大类：光电效应、光热效应、波扰动效应。

61.光电效应：光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生电动势，这些因光照引起物体电学特性改变的现象，统称为光电效应。

62.光热效应：器件吸收入射辐射功率产生温升，温升引起材料某种有赖于温度的参量的变化，检测该变化，可以探知辐射的存在和强弱。

63.内光电效应以及包括的两类效应：光子激发的载流子(电子或空穴)将保留在材料内部，主要包括光电导效应和光伏效应。64.光电导效应：光电导效应是光照变化引起半导体材料电导变化的现象

65.光伏效应：光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

66.光生伏特效应过程：当光照射pn结时，只要光子能量大于禁带宽度，无论p区、n区或结区都会产生少数载流子。那些在结附近n区中产生的少数载流子离pn结的距离小于它的扩散长度，总有一定概率扩散到结界面处，它们一旦到达pn结界面处，就会在结电场作用下被拉向p区。同样，如果在结附近p区中产生的少数载流子扩散到结界面处，也会被结电场迅速拉向n区。结内产生的电子-空穴对在结电场作用下分别被移向n区和p区。如果电路处于开路状态，光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，使pn结获得光生电动势。

67.光子器件和热电器件的区别：光子器件响应波长有选择性，热电器件波长无选择性，光子器件响应快，热电器件响应慢。69.为什么光电探测器存在噪声？光探测器会有哪些噪声？在光电转换过程中，半导体中的电子从价带跃迁到导带，或者电子逸出材料表面等过程，都是一系列独立事件，是一种随机的过程。每一瞬间出现多少载流子是不确定的，所以随机的起伏将不可避免地与信号同时出现。尤其在信号较弱时，光电探测器的噪声会显著地影响信号探测的准确性。光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、产生—复合噪声、光子噪声、热噪声和低频噪声。