光電信息技術(shù)復(fù)習(xí)指南

1、光電發(fā)射效應(yīng):物體受到光照后向外發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)或稱光電發(fā)射效應(yīng)。原理：第一規(guī)律：入射光線的頻譜成分不變，光電陰極的飽和光電發(fā)射電流Ik與被陰極所 吸收的光通量K成正比。第二規(guī)律：發(fā)射出光電子的最大動(dòng)能隨入射光頻率達(dá)的增高而 線性地增大，而與入射光的光強(qiáng)無關(guān)第三規(guī)律：光照射某一給東金屬或物質(zhì)時(shí)，無論光強(qiáng) 度如何，如果入射光的頻率小于這一金屬的紅限V0，就不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射光電發(fā)射的瞬 時(shí)性：光電導(dǎo)效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)指固體受光照而改變其電導(dǎo)率。原理：電導(dǎo)率正比于載流子濃度及其遷移率的乘積。因此凡是能激發(fā)出載流子的入射光都能 產(chǎn)生光電導(dǎo)。入射光可使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，因而同時(shí)增加電子和

2、空穴的濃度，也可使 電子躍遷發(fā)生在雜質(zhì)能級(jí)與某一能帶之間，因而增加電子和空穴的濃度，前者是本征光電導(dǎo)， 后者是雜質(zhì)光電導(dǎo)，都屬于光電導(dǎo)。光生伏特效應(yīng)：指的是由光照引起電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。原理：在這些界面(PN結(jié)、金屬和半導(dǎo)體接觸界面、不同半導(dǎo)體材料制成的異質(zhì)結(jié)界面、 金屬-絕緣體-半導(dǎo)體組成系統(tǒng)的界面)處存在著一個(gè)空間電荷區(qū)，其中有很強(qiáng)的電場(chǎng)，稱 為自建電場(chǎng)。光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，在自建電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)，就形成光生伏特效應(yīng) 熱釋電效應(yīng)：指的是某些晶體的電極化強(qiáng)度隨溫度變化而釋放表面吸附的部分電荷。此效應(yīng) 只能發(fā)生在不具有中心對(duì)稱的晶體中。原理：在晶體表面上總電矩的正負(fù)端容易吸附異性電荷，當(dāng)溫度變化時(shí)，

3、由于計(jì)劃強(qiáng)度的改 變而釋放出表面吸附的部分電荷電磁感應(yīng)調(diào)制的原理：將一永磁鐵固定在基座上，中間加入激磁線圈，該線圈中鐵芯的一端 經(jīng)簧片后固定在基座上，在鐵芯的另一端上固定擋片，即光調(diào)制片。在激勵(lì)線圈中加入交變 電流，則鐵芯兩端產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在永磁鐵作用下?lián)跗a(chǎn)生左右擺動(dòng)，對(duì)光束進(jìn)行調(diào)整，其 調(diào)制頻率是激磁電流交變頻率的兩倍。磁光調(diào)制：磁光效應(yīng)指的是介質(zhì)或晶體在磁場(chǎng)作用下，其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的各種現(xiàn)象。目 前在磁光效應(yīng)方面，主要是利用“法拉第”旋光效應(yīng)和科登一穆頓效應(yīng)來獲得光偏振調(diào)制。 激光產(chǎn)生原理與條件，并能夠推導(dǎo)出激光輸出與諧振頻率：原理：為使激光器穩(wěn)定工作， 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生增益是必要條件。

4、另一個(gè)必要條件是必須提供光的反饋，將光放大器轉(zhuǎn)換為 光振蕩器。工作條件：振幅條件和相位條件。扭曲向列型液晶顯示器工作原理。在透明電極基板間充入10M m左右厚的屁 0的向列液 晶，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，使液晶分子的長(zhǎng)軸在基板間發(fā)生90連續(xù)的扭曲，制成扭曲向列(TN) 排列的液晶盒。該液晶盒扭曲的螺距與可見光波長(zhǎng)相比要大得多，因此，垂直于電極基板入 射的直線偏光的偏光方向，在通過液晶盒的過程中，將隨液晶分子的扭曲發(fā)生90旋光。 因此，這種TN排列液晶盒具有使平行偏振片間的光遮斷，而使垂直偏振片間的光透過的功 能。其次，當(dāng)對(duì)這種排列液晶盒施加電壓時(shí)，從某一閾值電壓vth起，液晶分子的長(zhǎng)軸開始 向電場(chǎng)方向

5、傾斜。而且，當(dāng)施加電壓大約為2 Vth時(shí)，大部分分子發(fā)生長(zhǎng)軸與電場(chǎng)方向平行 的再排列，90的旋光性消失。在這種情況下，與沒有施加電壓的情況正好相反，使平行偏 振片間的光透過，而使垂直偏振片間的光遮斷。下圖表示在垂直偏振片間設(shè)置TN排列液晶盒的場(chǎng)合，基于電氣光學(xué)效應(yīng)，TN型顯示 方式的原理。在這種情況下，不施加電壓時(shí)使光透過，而施加電壓時(shí)使光遮斷。在平行偏振 片間，這種光的透過或遮斷關(guān)系是可逆的。目前廣泛普及的LCD的一種就是基于這種TN 方式，在白的背景下可以顯示黑，在黑的背景下可以顯示白。(a)未施加電壓時(shí)(b)施加電壓時(shí)TN型顯示方式的原理等離子顯示器工作原理：在PDP中，有數(shù)百萬(wàn)個(gè)微小熒

6、光燈，稱為放電胞，其工作原理與 結(jié)構(gòu)如圖所示。在真空放電胞中封入放電氣體，一般采用氖(Ne)和氙(Xe)，或氦(He)和氙組 成的混合惰性氣體。放電胞內(nèi)壁涂覆的熒光體并不是發(fā)白光，而是發(fā)紅(red, R)，綠(green, G)， 藍(lán)(blue, B)三原色光。對(duì)放電胞施加電壓，放電胞中發(fā)生氣體放電，產(chǎn)生等離子體，等離子 體產(chǎn)生的紫外線照射胞內(nèi)壁上涂覆的熒光體，產(chǎn)生可見光。三原色組合，在視覺上產(chǎn)生豐富 多彩的顏色光電倍增管組成結(jié)構(gòu)及工作原理：結(jié)構(gòu)：光電倍增管由光窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、電子倍增系統(tǒng)和陽(yáng)極等五個(gè)主要 部分組成 工作原理：光子透過入射窗口入射到光電陰極上.光電陰極的電子受光子激

7、發(fā)， 離開表面發(fā)射到真空中光電子通過電場(chǎng)加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極D1上， 倍增極將發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電子經(jīng)N級(jí)倍增極倍增后，光電子 就放大N次。經(jīng)過倍增后的二次電子由陽(yáng)極A收集起來，形成陽(yáng)極光電流，在負(fù)載Rl上產(chǎn) 生信號(hào)電壓。CCD組成與顯示原理組成：MOS光敏元、移位寄存器、電荷轉(zhuǎn)移柵顯示原理：CCD可以把光信息轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，而且每個(gè)脈沖只反映一個(gè)一個(gè)光敏元的受 光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光照的強(qiáng)弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位 置，這樣就起到了圖像傳感的作用。ROM光盤存儲(chǔ)原理及批量生產(chǎn)工藝原理：在光盤上寫入信息的裝置稱作光盤記錄系統(tǒng)，

8、能從光盤上讀出數(shù)據(jù)的裝置是光盤重放 系統(tǒng)。大多數(shù)光盤裝置具有記錄和重放的雙重功能。生產(chǎn)工藝:是壓制的，不是刻錄的。就是做一張金屬母盤，用光盤壓制機(jī)壓制。速度非常快， 成本也很便宜。但是金屬母盤的成本很高，所以只適用于批量生產(chǎn)。四種基本的干涉儀工作原理：相位信號(hào)解調(diào)的雙光束光纖干涉儀有邁克爾遜(Michlson)干 涉儀、馬赫-陳德爾(Mach-Zehnder)干涉儀及斐索(Fizeau)干涉儀和Sagnac干涉信。在邁克爾遜干涉儀中，光源發(fā)射光經(jīng)3dB光纖耦合器被分成功率相等的兩部分，分別進(jìn)入 信號(hào)臂光纖與參考臂光纖，然后分別被端面的反射鏡反射回各自的光纖中，在信號(hào)臂光纖中 傳輸?shù)南辔槐徽{(diào)制，

9、在參考臂光纖中傳輸?shù)墓獠ㄏ辔慌c外界無關(guān)。被反射回來的光波在3dB 耦合器另一端匯合，產(chǎn)生干涉條紋，信號(hào)由與此端相連的探測(cè)器接收。馬赫-陳德爾干涉儀使用了兩個(gè)3dB耦合器，光源發(fā)出的相干光由第一個(gè)3dB耦合器進(jìn)入 信號(hào)臂光纖與參考臂光纖，在經(jīng)第二個(gè)3dB耦合器后在探測(cè)器端匯合，產(chǎn)生干涉條紋。在斐索干涉儀中，光源發(fā)出的相干光束經(jīng)3dB耦合器進(jìn)入傳輸光纖，在光纖出射端一部分 被光纖端面反射回光纖中，一部分從光纖輸出后又被一個(gè)外部的反射鏡反射回光纖中，這兩 部分反饋光在耦合器的另一端匯合產(chǎn)生干涉條紋。4.Sagnac干涉信光纖種類與產(chǎn)生原因，并掌握光纖損耗存在的原因種類：根據(jù)測(cè)量對(duì)象來分類有溫度傳感器

10、，壓力，位移傳感器等根據(jù)光纖是否對(duì)被測(cè)量量敏感，可分為元件型和傳輸型傳感器根據(jù)被測(cè)量調(diào)制光波參數(shù)來分類，有光強(qiáng)調(diào)制型、相位調(diào)制型、波長(zhǎng)調(diào)制型、頻率調(diào) 制型及偏振調(diào)制型。主要原因：傳感器被夾在一個(gè)變形器中，變形器具有一定的變形函數(shù)，當(dāng)外力使變形 器的上下兩部分靠近，則光纖經(jīng)會(huì)按照變形器的變形函數(shù)發(fā)生彎曲變形，光纖中傳輸 光產(chǎn)生損耗。直接探測(cè)與相干探測(cè)原理及相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)直接探測(cè)信號(hào)光直接入射到光電探測(cè)器的光敏面上，探測(cè)器只響應(yīng)入射光輻射的強(qiáng)度， 無論是相干光還是非相干光，其系統(tǒng)只能解調(diào)出由光強(qiáng)度調(diào)制所形成的信息，不涉及光輻射 的相干性質(zhì)，因而又稱為非相干探測(cè)。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單，光源必須為相干光源或非相干光源，只能探測(cè)光頻率(光強(qiáng))相干探測(cè).信號(hào)光和參考光同時(shí)入射到探測(cè)器的光敏面上，形成光的干涉圖樣，光電 探測(cè)器響應(yīng)兩光束的干涉光場(chǎng)，其輸出信號(hào)不僅與入射光波的強(qiáng)度(或振幅)有關(guān)，還與頻 率和相位等其他波動(dòng)參數(shù)有關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：探測(cè)能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換增益高、信噪比高、濾波性好、穩(wěn)定性和可靠性高 缺點(diǎn)：裝置復(fù)雜，光源必須為相干光源。能夠分析由光敏電阻、光電三極管及熱敏電阻等探測(cè)原件構(gòu)成的電路工作原理。1.光敏電阻：光照射半導(dǎo)體材料后，價(jià)電子吸