光电子技术复习提纲(含标准答案)Word文档格式.doc

1、 9. 光纤通信的两个重要窗口是哪些？ 答：1.55um和1.3um。第2章1. 光信号的频率在哪个频段？需要用什么器件检测？光信号的频率在1014 Hz以上，常用的电子器件无法对这一频率段产生良好的响应，必须使用光电子器件。2. 常用的光电检测器：PIN、APD3. 光电检测器的工作过程？光电检测器件的工作过程：（1）光吸收（2）电子-空穴对产生（3）载流子扩散和漂移（4）检测4. 光信号（光束）入射到半导体材料后，如何产生电子空穴对？ 答：光信号（光束）入射到半导体材料后，首先发生的过程就是半导体材料对光子的吸收，吸收光子 以后才能产生价带电子的跃迁，从而产生电子空穴对。5. 半导体材料中

2、的吸收过程可以分为哪两大类？本征吸收和非本征吸收6. 本征吸收又包括哪些？（1）直接吸收； （2）间接吸收7. 非本征吸收包括哪些？（1）激子吸收； （2）带内吸收；（3）杂质吸收 8 本征吸收的必要条件？9. 直接吸收中参与的粒子是什么？遵守哪两种守恒？只有电子和光子的参与，没有第3种粒子的参与。且入射光子的能力必须大于该材料的带隙。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，为保持吸收过程的动量守恒，必须有哪种量参与？在间接吸收过程中，为保持吸收过程的动量守恒，必须有声子的参与。11. 吸收功率的计算。 12. 有效吸收对有源层厚度的要求。13. 声子的产生过程？14.

3、杂质吸收的特点。半导体材料中掺入杂质后，会在禁带内形成杂质能级，杂质能级往往是浅能级，因此杂质吸收所对应的吸收谱往往在红外甚至是远红外区。杂质吸收的吸收系数一般很小，且须工作在极低温度下。15. 长波长检测器的设计方案有哪些？各自特点？（1）本征检测器:p 需要窄带隙材料p 难以制作出高质量的器件（2非本征检测器：n 工作条件苛刻（低温）n 器件难以小型化（吸收层厚） 16. 响应度描述的是什么？单位是？描述的是入射单位功率的光功率，能够从检测器中输出多大的电流,单位为：A/W。17. 器件效率的定义。单位时间内对外输出的载流子个数与入射的光子个数的比值，描述了检测器将光信号转变为电信号的效率

4、大小。 18. 体材料器件和应变量子阱器件对晶格匹配度的不同要求。19. 实用的光电检测器以什么结构为基础？检测器形成的光电流主要有哪两类？各自特点如何？20. 根据PN结的电场分布特点，整个PN结可以分为哪三个部分？21. PN结的两种工作模式是什么？ 22. 在不同条件下，太阳光谱的辐射强度有何不同？ 在不同条件下，太阳光谱的辐射强度不同： （1）在不考虑大气吸收情况下，到达地面的太阳光功率密：1350W/m2（2） 考虑大气影响，晴朗天气，到达地面的光功率密度：952W/m2 光功率密度最强的光波长为0.48 ，处于可见光光谱内。23. 转换效率是什么？ 转换效率是指光电池对外输出的最大

5、功率与输入的光功率的比值，它所表征的是光电池将光能量转换为电能量的效率高低。 （其中 和 分别是匹配电阻情况下（负载电阻与内阻相等），对外输出的电流和电压，在此条件下对外输出功率达到最大值） 24. 非晶硅的制作原理及特点？制作原理是：在较低温度下（约600）析出硅膜，在此过程中，充入大量的氢原子，破坏了硅晶体中原子排列的周期性，从而改变了硅材料的性质，其特性表现在： （1）有效带隙增大，约1.6 eV左右（Si晶体为1.12eV）；（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 左右； （3）可以使用几乎所有的衬底材料，具有良好的使用灵活性。25. 光电导检测器产生增益的原

6、因是什么？产生增益的原因：每一个电子-空穴对并非只被电极收集一次，而是在复合之前器件的两个电极之间循环多次，每被电极收集一次，都会对电信号的形成有贡献，直到复合。26. 什么是增益带宽积？增益带宽积是器件性能的重要参数，是器件增益与带宽之积，表征了器件的增益和带宽性能。 31. PIN管结构特点？ （1）PIN管工作在反向偏置电压下，且偏置电压不能太高，以避免产生击穿效应； （2）两侧重掺杂p+区和n+区很薄，中间i区要厚得多，i区是光的主要吸收区。光电流主要是由i区产生的非平衡载流子定向运动所形成的； （3）与i相邻的两侧区域都是重掺杂，加上外加反向偏置的作用，使i区成为完全耗尽区，其产生的

7、电流为瞬态电流，响应速度很快，决定了PIN管具有较高的响应速度。32. PIN管在器件设计阶段需要考虑的因素有哪些？33. 接收器件的灵敏度的定义？接收器件的灵敏度是指在满足一定的误码率条件下，器件能够检测到的最小信号功率。34. PIN与APD的性能特点？PIN特点：无增益，但噪声小，SNR较高APD特点：噪声较大，但有较高增益，信号功率亦高，SNR较高两种器件都具有较高的信噪比，性能优良，广泛用于光纤通信系统35. APD中下列结构的作用？（1）抗反膜；（2）保护环；（3）热沉。36. PIN和APD各自的光吸收区是哪个？37. 碰撞电离率的定义？定义为在单位距离上载流子碰撞电离出的电子-

8、空穴对的数目。38. APD的响应速度主要受到哪三种时间参数的影响？（1）电子穿越光吸收区的渡越时间； （2）雪崩过程所需要的时间； （3）雪崩过程中产生的空穴穿越吸收区所需要的时间。第3章1. LED是通过自发辐射过程发光的器件，与通过受激辐射发光的半导体激光器相比，其优缺点是什么？ LED是通过自发辐射过程发光的器件，与通过受激辐射发光的半导体激光器相比，其不同之处在于：p 结构简单；p 价格低廉；p 可靠性高。 但其不足之处在于：n 响应速度低；n 输出功率小；n 输出频谱宽。2. LED器件内部的主要光电过程？3. 电子-空穴对的复合过程有哪两种？l 辐射复合：产生光子；l 非辐射复合

9、：不产生光子，能量以其他形式散失。4. 间接带隙材料内部的复合过程大多属于什么过程？间接带隙材料内部的复合过程大多属于非辐射复合，例如俄歇过程。5. 辐射效率的定义。其定义为：在载流子复合过程中，辐射复合在总的复合过程中所占的比例。6. 在正向偏置条件下，注入PN结的电流由哪三部分构成？在正向偏置条件下，注入 PN结 的电流由三部分构成：（1）注入到P区的电子扩散电流Jn；（2）注入到N区的空穴扩散电流Jp；（3）中间耗尽层中由陷阱复合导致的电流JGR7. 什么是外量子效率？外量子效率表征的是器件的总的发光效率，也称为表观效率，即器件从外界来看的总发光效率。8. 出光效率的定义及其影响因素是什

10、么？（1）定义： 指从发光面出射的光子数占发光区产生的总的光子数的比例。发光区产生的光子并非都能出射，这是因为在半导体材料中存在多种导致光子损耗的因素：（2）发光区产生的光子需要穿过一定厚度的材料才能到达出射面，在此过程中材料会吸收光子，产生电子-空穴对；到达出射面的光子，由于界面的菲涅尔反射，有一部分光子无法出射，形成菲涅尔反射损耗；在出射界面处，若入射角大于临界角，会发生全反射，因而只有有限角度范围内的光子能够出射。9. 提高出光效率的措施有哪些？ 答: （1）尽量减小吸收损耗； （2）降低菲涅尔损耗； （3）降低表面全反射损耗；10. 双异质结结构为何能提高注入效率？ 双异质结结构可使注

11、入的电子和空穴被两侧势垒有效束缚在中间有源区，使有源区汇聚了较高浓度的载流子，提高了注入效率。11. 为什么在同质结LED中，应该使电子注入电流尽量大，空穴注入电流尽量小，而在异质结LED中，并不需要这样做？12. 与普通的面发射LED相比较，为什么边辐射LED与光纤之间的耦合效率更高？13. 简述LED的P-I特性。（1）注入电流较小时，输出光功率与注入电流是线性关系，输出光功率随注入电流的增大而线性增加；（2）注入电流越大，器件发热越明显，俄歇复合逐渐加剧；（3）当注入电流增大到一定程度，俄歇复合更加明显，消耗了大量的载流子，输出光功率不再随注入电流增加而增大，即器件的输出达到“饱和”状态

12、。14. LED在低注入和高注入条件下谱宽的估算。 ：15. LED发光的温度特性是什么？ 温度对LED的工作特性有重要影响，这种影响从两个方面体现出来：（1）在较高温度下，更多的载流子以漏电流的形式到达电极区，而不是相互复合产生光子；（2）温度越高，俄歇复合越强，降低了器件的发光效率。16. 简述要提高LED的输出光功率，器件设计器件设计时需要的因素。（1）注入载流子密度； （2） 器件横截面积； （3）有源区厚度。17. 影响LED寿命的因素有哪些？（即LED的失效有哪三类？） 影响LED寿命的因素主要包括：（1）早期失效；（2）反常失效；（3）渐变失效。第4章1. 激光器是利用受激辐射产生光子，其激励方式（能量注入方式）有哪些？（1）电流注入（利用PN结结构的载流子注入）；（2）电子束注入；（3）激光注入；（4）碰撞电离。2. 自发辐射特点。（1）自发辐射是随机