光電子學論文范文

前言：我們精心挑選了數篇優質光電子學論文文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

1995年5月22一26日,在美國馬里蘭州巴爾的摩召開的第15屆“激光與光電子學(CLEO)”和第5屆“量子電子學與激光科學(QELS)”會議,是世界規模最大的激光一光電子一量子電子學領域的重要的國際會議。本會議一個特別新的內容是激光在生物學與醫學上的應用。同時,還舉辦了一個龐大的技術展覽會,展覽了許多與生物醫學有關的新產品。會上千余篇,內容主要側重固態與半導體激光器、非線性光學、超短脈沖激光光源、激光在醫學生物學中的應用等。這些論文反映了近年來激光科學技術的進展,現分述如下。

1半導體激光

十分引人注目的是半導體激光器件研究方面的成果。其中有關新材料及其處理過程,器件工作物理機制,器件的設計思想,器件工作向短波段的延拓等,都有很大的發展。光子帶隙、半導體量子電子學的理論和實驗研究逐步使量子阱異質結激光器邁向實用階段,并導致光學和光電子學用的量子阱器件以及超短脈沖半導體激光器和高速光探測器件的迅速發展。這對推動高速通訊的發展是十分重要的。垂直腔面發射激光器(VCSEL)的功率轉換效率已經高于50%,闌值電流200拼A,工作體積7只7(拜m)2;半導體納米結構材料已經可以制作出微腔激光器。一個10nm的腔體可產生1000nm波長的窄頻帶輻射。可見區,特別是藍綠波段半導體激光器研制令人鼓舞,一旦進入實用階段,勢必劇烈改變小功率可見區激光器銷售市場的狀況,并將大大擴展激光在科技和生活領域的使用范圍。長波可見段630nm,650nm和670nm的紅色激光二極管(LD)制作成本較前兩年已大大下降。目前可以預感到:在激光顯示、激光準直、激光印刷、激光醫學生物學應用等方面,半導體紅光激光二極管將會迅速占領氦氖激光器的原有市場,取而代之。與此有關的藍色發光二極管(LED)已開始以遠較紅、黃、綠色發光二極管高昂的價格投放市場(隨著技術改進,將很快降低成本),形成了大型彩色顯示屏幕蓬勃發展態勢。在半導體激光領域,近年備受關注且影響著該領域進一步發展的課題是半導體納米結構和微腔以及在這類器件中的相干現象的研究。

2固體激光

迅速發展的另一領域是固體激光器。近兩年,明顯看到:纖維激光和波導固體激光,可調諧固態激光,特別是用半導體激光二極管陣列泵浦的“全固態化”固體激光器的實用化,將可以達到許多目的:相對廉價、穩定性好、壽命長、波長可調諧范圍寬、脈沖寬度窄,還可以具有優良的空間分布光束質量等。因此,具有廣泛的應用價值。它已開始取代優質、高功率的氣體激光器,用于微束打印和數據存儲。尤其值得一提的是:“全固態化”的欽寶石激光器,在連續操作時.波長可調諧范圍甚寬(從600~1100nm),功率很易達到瓦級水平。在鎖模脈沖運轉時,可以產生自鎖模,脈寬達數十飛鈔,平均功率已達瓦級。如此一來,再配合非線性頻率變換辦法,可以把激光波段擴展到很大的范圍。再加這類激光器的裝里有牢靠、調節簡便的優點,可以做成車載、機載系統。顯然,在不遠的將來,有可能由它淘汰染料激光。

3非線性光學

非線性光學領域的論文最為吸引人的是一些新的無機或有機光學材料的誕生和應用。目前從紫外到中紅外的實用的光學參童振蕩器已商品化。此外,與高速信息公路有關的孤子激光產生和傳翰問題,其成果已陸續投人實際使用。

4超短超快激光

會議中研討的一個特殊領域是超短脈沖激光的產生與測量及其在電子學、醫學、成象和超快過程控制方面的應用。欽寶石的鎖模飛秒激光裝置以及光纖激光器的鎖模是與當前研究超短光脈沖發生技術的熱點。其中有關的機理與技術已趨成熟,將會很快開辟通信、化學、生物學的應用。

5激光生物醫學應用

這次會議的一個新穎論題是:激光在生物醫學領域的應用?？磥?由于激光技術裝置的穩定、成熟、易于操作、價格下降以及其特有的難予取代的優點,將很快滲入生物學研究。以及極其審慎的臨床醫學應用領域。其中成效特別顯著的一個方面是激光誘發熒光技術應用于細胞動力學的數字顯微成象和生物學過程監測。高速時間分辨熒光光譜技術已開始成功地用于臨床醫學診治。

第2篇

英文名稱：Optics & Optoelectronic Technology

主管單位：湖北省科學技術協會

主辦單位：華中光電技術研究所;湖北省光學學會

出版周期：雙月刊

出版地址：湖北省武漢市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1672-3392

國內刊號：42-1696/O3

郵發代號：38-335

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：2003

期刊收錄：

核心期刊：

期刊榮譽：

聯系方式

第3篇

光電檢測技術是光學與電子學相結合而產生的一門新興檢測技術［1］。它主要利用電子技術對光學信號進行檢測，并進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示［2］。光電檢測技術從原理上講可以檢測一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過光學系統把待檢測的非電量信息變換成為便于接受的光學信息，然后用光電探測器件將光學信息量變換成電量，并進一步經過電路放大、處理，以達到電信號輸出的目的［3］。然后采用電子學、信息論、計算機及物理學等方法分析噪聲產生的原因和規律，以便于進行相應的電路改進，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號的特點與相關性，從而了解非電量的狀態。微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號，同時提高檢測系統輸出信號的信噪比。

1光電檢測電路的基本構成

光電探測器所接收到的信號一般都非常微弱，而且光探測器輸出的信號往往被深埋在噪聲之中，因此，要對這樣的微弱信號進行處理，一般都要先進行預處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號放大到后續處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過前置放大電路、濾波電路和主放大電路來輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測信號。其光電檢測模塊的組成框圖如圖1所示。

2光電二極管的工作模式與等效模型

2．1光電二極管的工作模式

光電二極管一般有兩種模式工作：零偏置工作和反偏置工作，圖2所示是光電二極管的兩種模式的偏置電路。圖中，在光伏模式時，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導模式時，光電二極管可實現較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。事實上，在反偏置條件下，即使無光照，仍有一個很小的電流(叫做暗電流或無照電流1。而在零偏置時則沒有暗電流，這時二極管的噪聲基本上是分路電阻的熱噪聲；在反偏置時，由于導電產生的散粒噪聲成為附加的噪聲源。因此，在設計光電二極管電路的過程中，通常是針對光伏或光導兩種模式之一進行最優化設計，而不是對兩種模式都進行最優化設計［4］。

一般來說，在光電精密測量中，被測信號都比較微弱，因此，暗電流的影響一般都非常明顯。本設計由于所討論的待檢測信號也是十分微弱的信號，所以，盡量避免噪聲干擾是首要任務，所以，設計時采用光伏模式。

2．2光電二極管的等效電路模型

工作于光伏方式下的光電二極管的工作模型如圖3所示，它包含一個被輻射光激發的電流源、一個理想的二極管、結電容和寄生串聯及并聯電阻。圖中，IL為二極管的漏電流；ISC為二極管的電流；RPD為寄生電阻；CPD為光電二極管的寄生電容；ePD為噪聲源；Rs為串聯電阻。

由于工作于該光伏方式下的光電二極管上沒有壓降，故為零偏置。在這種方式中，影響電路性能的關鍵寄生元件為CPD和RPD，它們將影響光檢測電路的頻率穩定性和噪聲性能。CPD是由光電二極管的P型和N型材料間的耗盡層寬度產生的。耗盡層越窄，結電容的值越大。相反，較寬的耗盡層(如PIN光電二極管)會表現出較寬的頻譜響應。硅二極管結電容的數值范圍大約在20或25pF到幾千pF以上。而光電二極管的寄生電阻RPD(也稱作"分流"電阻或"暗"電阻)，則與光電二極管的偏置有關。

與光伏電壓方式相反，光導方式中的光電二極管則有一個反向偏置電壓加至光傳感元件的兩端。當此電壓加至光檢測器件時，耗盡層的寬度會增加，從而大幅度地減小寄生電容CPD的值。寄生電容值的減小有利于高速工作，然而，線性度和失調誤差尚未最優化。這個問題的折衷設計將增加二極管的漏電流IL和線性誤差。

3電路設計

3．1主放大器設計

眾多需要檢瀏的微弱光信號通常都是通過各種傳感器來進行非電量的轉換，從而使檢測對象轉變為電量(電流或電壓)。由于所測對象本身為微弱量，同時受各種不同傳感器靈敏度的限制，因而所得到的電量自然是小信號，一般不能直接用于采樣處理。本設計中的光電二極管前置放大電路主要起到電流轉電壓的作用，但后續電路一般為A／D轉換電路，所需電壓幅值一般為2V。然而，即使是這樣，而輸出的電壓信號一般還需要繼續放大幾百倍，因此還需應用主放大電路。其典型放大電路如圖4所示。

該主放大器的放大倍數為A=l＋R2/R3，其中R2為反饋電阻。為了后續電路的正常工作，設計時需要設定合理的R2和R1值，以便得到所需幅值的輸出電壓。即有

3．2濾波器設計

為使電路設計簡潔并具有良好的信噪比,設計時還需要用帶通濾波器對信號進行處理。為保證測量的精確性，本設計在前置放大電路之后加人二階帶通濾波電路，以除去有用信號頻帶以外的噪聲，包括環境噪聲及由前置放大器引人的噪聲。這里采用的有源帶通濾波器可選通某一頻段內的信號，而抑制該頻段以外的信號。該濾波器的幅頻特性如圖5所示。圖5中，f1、f2分別為上下限截止頻率，f0為中心頻率，其頻帶寬度為：

B=f2-f1=f0/Q

式中，Q為品質因數，Q值越大，則隨著頻率的變化，增益衰減越快。這是因為中心頻率一定時，Q值越大，所通過的頻帶越窄，濾波器的選擇性好。

有源濾波器是一種含有半導體三極管、集成運算放大器等有源器件的濾波電路。這種濾波器相對于無源濾波器的特點是體積小、重量輕、價格低、結構牢固、可以集成。由于運算放大器具有輸人阻抗高、輸出阻抗低、高的開環增益和良好的穩定性，且構成簡單而且性能優良。本設計選用了去處放大器來進行設計。

本設計選用了去處放大器來進行設計。

圖6所示的二階帶通濾波器是一種二階壓控電壓源(VCVS)帶通濾波器，其濾波電路采用有源濾波器完成，并由二階壓控電壓源(VCVS)低通濾波器和二階壓控電壓源高通濾波器串接組成帶通濾波器。

對于第一部分，即低通濾波器，系統要求的低通截止頻率為fc，其傳遞函數為：

第二部分為高通濾波器，系統要求的高通截止頻率為fc，其傳遞函數如下：

4完整的檢測電路設計

本光電檢測系統設計的完整電路如圖7所示。為方便表示，電路中的R2、R3即為前面等效電路模型中的RT、RF。前級部分由光電轉換二極管與前級放大器組成，這也是光電檢測電路的核心部分，其器件選用高性能低噪聲運算放大器來實現電路匹配并將光電流轉換成電壓信號，以實現數倍的放大。然而，雖然前級放大倍數可以設計得很大，但由于反饋電阻會引入熱噪聲而限制電路的信噪比，因此前級信號不能無限放大。