物理学院2011级研究生光电子学与光子学原理及应用考题.doc

物理学院2011级光学专业研究生 《光电子学与光子学原理及应用》考题 1．1.1 受抑全内反射有什么特点？ (5分) 1.2 解释下图中的现象。(5分) 1.3 本征半导体、n型半导体和p型半导体的Fermi能级以什么特点？? (5分) 1.4 下图是一个LD的输出谱，解释三个谱变化的物理含义。 (5分) 1.5 下面的雪崩光电二极管中有什么特点？吸收和倍增发生在什么区域? (5分) 2．2.1 假设一个光源辐射的频率谱有一个中心频率ν0和谱宽(ν。以波长来衡量， 这个频率谱有一个中心波长λ0和谱宽(λ。显然，λ0 = c/ν0。因为(λ λ0、(ν ν0，利用λ = c/ν，证明：谱宽(λ和相干长度lc满足： ， 对于He-Ne激光器，λ0 = 632.8nm，(ν ≈1.5GHz，计算(λ。(15分) 2.2 一个介质平板波导中间薄层是一个厚度为0.2μm的GaAs，它夹在两个AlGaAs层之间。GaAs和AlGaAs的折射率分别为3.66和3.40。假设折射率随波长变化不是很大。截止波长是多少？(大于截止波长时波导中只能传播单模)。如果波长为870nm的辐射(对应于带隙辐射)在GaAs层传播，消逝波向AlGaAs层的贯穿深度是多少？这个辐射的模场直径是多少？(1分) 2.3 内量子效率ηint给出在正向偏置下电子空穴复合中辐射复合并引起光子发射的比例。非辐射跃迁中，电子和空穴通过复合中心复合并发射声子。由定义， τr是少数载流子在辐射复合前的平均寿命，τnr是少数载流子通过复合中心复合前的平均寿命。 总电流I是由总复合速率决定的，而每秒发射的光子数(Φph)是由辐射复合速率决定的。所以，内量子效率ηint又可以写为： 其中，Pop(int)是内部产生的光功率(还没有出腔外)。 对一个在850nm发射的特定的AlGaAs LED，τr =50ns，τnr =100ns。在100mA的电流下，内部产生的光功率是多少？(15分) 2.4 一个InGaAsP-InP激光二极管的光学腔长为200μm，峰值辐射在1550nm处，InGaAsP的折射率为4。假设光学增益带宽不依赖于泵浦电流并取为2nm。问： （1）对应于峰值辐射的模数是多少？ （2）腔模之间的间隔是多少？ （3）在这个腔中有多少模式？ （4）这个光学腔两端（InGaAsP的晶面）的反射系数和反射率是多少？(15分) 2.5 一个商用的InGaAs pin光电二极管的响应度曲线如下图。它的暗电流为5nA。 (1) 在1.55μm波长下，导致二倍暗电流的光电流的光功率是多少？在1.55μm处，光电探测器的量子效率是多少？ (2) 在1.3μm波长下，如果入射光功率相同，光电流是多少？在1.3μm处，光电探测器的量子效率是多少？ (1分)