光电子器件的物理学基础.pdf

光电子器件是一种综合了光学和电子学的高科技产品。在现代

工业和生活中，光电子器件的应用广泛，包括LED发光二极管、

光电传感器、激光器等等。光电子器件的物理学基础是研究这些

器件如何通过光子和电子之间的相互作用实现光电转换的机理和

原理。

光电转换是指将光能转换为电能或将电能转换为光能的过程。

光电子器件可以将光子能量转化为电子能量，也可以将电子能量

转化为光子能量。因此，光电子器件在能源转换和信息传输方面

具有广泛的应用。光电子器件的物理学基础主要包括下列几个方

面：

一、光电子效应的物理学基础

光电子效应是指光子与物质相互作用时，物质中的电子被激发

出来的现象。它是光电子器件的基础。光电子效应的主要物理学

原理是光子的能量被吸收后，会激发物质中的电子运动，造成电

子从固体中逸出的现象。这种现象被称为逸出”。

动性双重性质，因此光子具有一个确定的能量和一个确定的频率。

当光子的能量大于物质中某个电子的结合能时，就会激发这个电

子的运动，使其逸出。这种现象被称为外光电效应”。

除了外光电效应外，还有“内照电效应”和“光致电子发射效应”

等。内照电效应是指当物质中有光子产生时，会使材料中的电子

被激发并产生电流。光致电子发射效应是指当光线照射在材料中

时，会激发电子从材料中逸出并形成电流。

二、半导体物理学基础

半导体是一种具有介于导体和绝缘体之间电导率的晶体材料。

半导体物理学是研究半导体材料的物理和电学性质的学科。半导

体的物理学基础是外加电场引起的载流子漂移、热运动和复合等

基本现象。

半导体材料的载流子包括电子和空穴。在晶体内，电子和空穴

以它们的带电体积密度存在。在半导体PN结的结构中，由于两侧

材料的导电性质不同，PN结上经常发生复杂的电荷重排，形成像

结上受到约束，从而使二

极管具有截止和导通两种正反向导电状态。

三、光电传感器的物理学基础

光电传感器是利用光电效应进行信息检测和测量的设备。它能

够将物理量转化为光信号或电信号，并用光电转换的方式将光信

号和电信号相互转换。光电传感器的物理学基础是光电效应。

光电传感器的的基本原理是被测量的物理量引起了敏感元件内

载流子数量或者空穴数量的改变，从而改变了敏感元件内的电压

或电流。当光子被敏感元件吸收时，它们的能量就被转化成了电

子的动能，从而在元件内产生了载流子。这样，由敏感元件上的

电压或电流就可以获得被测物理量的信号。

四、激光器的物理学基础

激光器是一种能够产生激光的装置，它是光学和电子学的重要

代表。激光器的物理学基础是激光原理和激光器的工作原理。

过激发原子或分子的电子，使之跃迁到外壳层中的高能量状态，

当这些高能级的粒子回复到低能级时，将通过受激辐射发射出激

光。激光与其他光有许多不同之处，它们具有单一频率、同步相

位、高相干性、波长单一、方向性好、光束能量集中等特点。

总之，光电子器件的物理学基础是光子和电子之间相互作用的

基础。在现代科技中，光电子器件的应用广泛。人们越来越关注

光电子器件的开发和应用，这使得光电子技术朝着更加智能化、

高端化方向发展。