Материалы для студ 3 курса каф РЭС / Материалы 2012_2013 уч. г / Вопросы к кол. 3 ОЭиКПиУ 2013г

Вопросы к коллоквиуму №3

по дисциплине «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства» (2013 г.)

1. Основные требования к фотоприёмникам. Методы детектирования оптических сигналов. Классификация и технические характеристики фотодетекторов.

2. Фотоэлектронные умножители: конструкция, принцип работы, коэффициент усиления по току. Фотокатоды ФЭУ: основные требования к фотокатодам, структура, материалы, энергетические диаграммы, квантовый выход. Быстродействие и недостатки ФЭУ.

3. Фоторезисторы: принцип работы, собственные и примесные фоторезисторы, основные типы конструкций; схема включения ФР в электрическую цепь; специфические параметры ФР и их связь параметрами светового потока и параметрами п/п материала, оптимальная толщина ФР; частотные свойства ФР.

4. Шумовые свойства фоторезисторов. Основные материалы для изготовления ФР в различных областях спектрального диапазона. Перспективные направления улучшения свойств ФР.

5. Фотовольтаический эффект в структуре с p-n-переходом. ВАХ фотодиода, напряжение холостого хода и ток короткого замыкания. Нагрузочные характеристики фотодиода в фотогальваническом (вентильном) и фотодиодном режимах. Спектральная зависимость фоточувствительности p-n-перехода.

6. Энергетические диаграммы и свойства фотодиодов на гетеропереходах и контакте металл-полупроводник.

7. p-i-n-фотодиоды: структура, принцип работы, полная плотность фототока, квантовая эффективность и способы её повышения, ограничения на толщину i-слоя, предельная рабочая частота. Конструкция и свойства p-i-n-фотодиодов на основе кремния и гетеропереходов. Простейшая схема подключения p-i-n-фотодиода к усилителю и требования к её элементам с точки зрения быстродействия и высокой чувствительности к слабым сигналам.

8. Лавинные фотодиоды: структура, принцип работы, свойства. коэффициент лавинного умножения и его оптимальное значение. Причины дополнительных шумов в ЛФД и способы их снижения. Конструкция кремниевого ЛФД. Особенности конструкции ЛФД на основе полупроводников A^IIIB^V. Преимущества и недостатки ЛФД и основная область их применения.

9. Фототранзисторы: структура и принцип работы биполярного ФТ с «оборванной» базой, сравнительная характеристика свойств ФТ и ФД. структура и принцип работы полевого ФТ, сравнительная характеристика свойств полевого ФТ и ФД.

10. Приёмники изображения на ПЗС: назначение, структура и принцип работы. Энергетическая диаграмма МОП-структуры при световом воздействии. Линейные и матричные фотоприёмники на ПЗС. Основные параметры современных матричных фотоприёмников и область их применения.

11. Оптопары и оптроны. виды и структура оптопар (диодные, резисторные, транзисторные и тиристорные, дифференциальные оптопары, волстоны). Параметры диодной оптопары. Оптотранзистор. Преобразователи изображения на основе оптопар. Области применения оптронов.

12. Оптические датчики на основе оптронов: типы оптических датчиков, конструкция и принцип работы. Области применения оптронов с открытым оптическим каналом в качестве оптического датчика.

13. Пассивные оптические компоненты ВОЛС: оптические соединители, разветвители, коммутаторы, мультиплексоры и демультиплексоры – назначение, конструкция, принцип работы, основные парметры.

14. Основные преимущества ВОЛС. Классификация типов ВОЛС по дальности и скорости передачи информации. Используемые активные и пассивные оптические устройства для разных типов ВОЛС. Применение волоконных усилителей с добавками редкоземельных элементов и основные преимущества таких усилителей. Перспективные оптические волокна со сверхнизкими потерями. Перспективы развития ВОЛС на основе использования солитонов.

15. Определение и физические основы интегральной оптики (ИО). Основные технологические процессы получения ИО-элементов. Типы, основные геометрические размеры и параметры планарных ИО-световодов. Применение оптического туннелирования в пассивных ИО-элементах. Конструкции и принцип работы пассивных ИО-элементов связи. Энергетические особенности активных ИО-элементов. Устройства ввода излучения в планарный ИО-волновод.

16. Определение голографии. Принцип получения и считывания голограмм. Амплитудные и фазовые голограммы. Использование лазеров для получения голограмм. Плоские и объёмные голограммы. Спектральная селективность объёмных голограмм. Применение голографии в системах накопления и обработки информации.

17. Условие проявления нелинейной поляризации среды. Схема опыта по наблюдению удвоения частоты световой волны. Выражение для амплитуды поля второй гармоники в среде. Длина когерентности для второй гармоники в нелинейной среде. Условие фазового синхронизма и его квантовая трактовка. Достижение выполнения условия фазового синхронизма в анизотропных средах. Требования к активной среде для эффективного удвоения частоты оптической волны.

18. Условия параметрического преобразования и параметрической генерации света. Принцип действия и методы перестройки частоты параметрического генератора света.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пихтин, А.Н. Оптическая и квантовая электроника: Учеб. для вузов/ А.Н. Пихтин. – М.: Высш. шк., 2001. – 573 с.: ил.

2. Малышев В.А. Основы квантовой электроники и лазерной техники: Учеб. пособие для вузов/ В.А. Малышев. - М.: Высш. шк., 2001.