光學與光電子學
關注創建者：匿名 創建時間：2025-11-18
光學與光電子學的實例教程
【引言】
以氮化鎵，碳化硅和氧化鋅等為代表的第三代半導體材料已經在消費電子，5G通訊，電動汽車，光電通信等諸多新興領域得到廣泛應用。這些寬禁帶材料同時也具有非中心對稱的晶體結構，因而表現出顯著的壓電特性。然而這些材料中壓電極化電荷和半導體特性的耦合過程長期以來被忽略。
針對壓電半導體中極化電荷和半導體特性耦合過程的研究和應用，佐治亞理工學院及中國科學院北京納米能源與系統研究所的王中林院士分別于2007年和2010年首次提出壓電電子學和壓電光電子學的基本概念和原理，并建立了壓電電子學和壓電光電子學這兩大新興學科。在壓電電子學效應中，壓電半導體材料受機械作用產生的極化電荷對金屬-半導體肖特基結或p-n結界面處的載流子傳輸過程進行有效調制，實現了將外部機械信號轉變為壓電電子學器件（例如晶體管，邏輯電路等）中的門控信號。在壓電光電子電子學效應中，壓電半導體材料受機械作用產生的極化電荷對光生載流子的產生，復合，分離以及輸運的過程進行有效調制，實現了將外部機械信號轉變為壓電光電子學器件（例如光電探測器，發光二極管等）中的門控信號。
壓電電子學和壓電光電子學不僅提供了豐富的基礎研究機會，并在人機交互、微納機電器件、傳感和自驅動系統，人工智能等領域也具有廣闊的應用前景，由此激發了科研人員在這個領域的研究興趣。近年來對于壓電電子學和壓電光電子學的基礎及應用研究取得了快速地發展。多種功能材料中的壓電電子學和壓電光電子學的基本效應得到了系統深入地研究，相關的理論體系得以建立，諸多壓電電子學和壓電光電子學器件也被設計研發。為增進研究者們對壓電電子學與壓電光電子學的理解以推進其實際應用，王中林院士組織領域內研究者在2018年12月的美國材料學會會刊（MRS Bulletin）上撰寫了主題為“壓電電子學和壓電光電子學”的專刊。
展開 （SOPO2011) Ei&ISTP Indexed
======================================================================================================
The International Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO 2011)
IEEE光學與光電子國際會議
Ei & ISTP Indexed
CALL FOR PAPERS
http://www.sopoconf.org/2011
Wuhan, China May 16-18, 2011
======================================================================================================
The International Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO 2011) will be held from 16th to 18th, May in Wuhan, China.
展開 光電子學（optoelectronic或optronics）絕不僅僅是光子學的一個子領域，而是光學和電子學交叉領域的關鍵學科，推動著通信、成像、傳感和能源等領域的創新發展。盡管光電子學位于兩個物理領域的交叉地帶，但同時又具有其獨特的器件體系，主要涉及光的發射或探測。
就此而言，光電器件（optoelectronic devices）要么使用光信號并將其轉換為電輸出，要么采用電輸入并將其轉換為光信號。光電器件也可以歸類為能量轉
這類器件對于許多高科技行業都至關重要，包括汽車、軍事和國防、航空航天、能源、醫療、消費類電子和電信行業。
當今的一些主要光電組件包括：
光電二極管
激光二極管
發光二極管（LED）和micro-LED
光敏電阻
太陽能電池（光伏器件）
光纖電纜
光電晶體管
光電探測器
在這些行業中，光電器件廣泛應用于各種領域，包括：
攝像頭
醫療成像/醫療傳感器（內窺鏡等）
醫療診斷（心率監測器等）
激光雷達和其他汽車傳感器
顯示器
遠程制導系統
激光
日常電子產品，從智能手機和智能手表到LED照明、咖啡機和現代家用電器
光敏開關設備
激光打印機
“光電子學”與“電子學和光學”
傳統的半導體電子學和光學系統，使用電子來傳輸電磁信息信號。光電子學與傳統電子學有所不同，因為它還包含來自光的信息，涵蓋紫外線、可見光和紅外波長。
不同于對光進行被動調制的純光學系統（如反射鏡、透鏡和濾光片），光電器件會主動地轉換光信號和電信號，從而為攝像頭、光纖、激光和光電探測器等技術提供支持。這些器件能夠更直接地與穿過光學元件的光波的電磁場相互作用，例如與偏振相互作用。
展開 【引言】
近年來，壓電光電子學效應廣泛被用于各類半導體光電器件的性能調制，包括：太陽能電池、發光二極管、光電二極管和光探測器等。然而，關于壓電光電子學效應在不同器件結構和材料體系的半導體光電器件中的調制作用機制研究還鮮見報道。更重要的是，壓電光電子學效應不僅會產生使器件性能增強的作用，還可能會產生使器件性能削弱的作用，極大地限制了壓電光電子學效應能夠達到的器件性能增強的最大幅度。
【成果簡介】
近日，在西安交通大學電子與信息工程學院微電子學院賀永寧教授和彭文博博士講師的指導下，潘子健和李芳沛等研究成員以異型和同型異質結光電二極管為研究對象，通過對比壓電光電子學效應在兩種異質結光電二極管器件中的性能調制作用，系統地研究了不同器件結構對壓電光電子學效應的影響。研究結果表明，壓電光電子學效應能使p-n異型異質結光電二極管器件的性能增強約150%，而僅能使n-n同型異質結光電二極管器件的性能增強約55%。通過系統地分析壓電電荷對兩種器件能帶結構的調制作用，發現：壓電光電子學效應在p-n異型異質結光電二極管器件中引入了兩種增強器件性能的正效應，而其在n-n同型異質結光電二極管器件中不僅引入了一種增強器件性能的正效應，還引入了兩種削弱器件性能的負效應，因此壓電光電子學效應對前者的性能增強作用更顯著。此外，有限元仿真結果表明壓電光電子學效應對p-p同型異質結光電二極管器件性能的調制作用與其對n-n同型異質結光電二極管器件性能的調制作用類似。
展開 集成光學的概念是1969年美國貝爾實驗室的Miller博士提出的。集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
展開 
光學與光電子學的相關專題、標簽、搜索
光學與光電子學的最新內容
Ansys | 什么是光電子學？1個月前
光電子學（optoelectronic或optronics）絕不僅僅是光子學的一個子領域，而是光學和電子學交叉領域的關鍵學科，推動著通信、成像、傳感和能源等領域的創新發展。盡管光電子學位于兩個物理領域的交叉地帶，但同時又具有其獨特的器件體系，主要涉及光的發射或探測。
就此而言，光電器件（optoelectronic devices）要么使用光信號并將其轉換為電輸出，要么采用電輸入并將其轉換為光信號
深圳市摩爾芯創科技有限公司（MoorEDA Technology Limited）專注于為硅基光電子、電力電子、高科技半導體等行業提供先進的電子設計自動化（EDA）和計算機輔助工程（CAE）協同解決方案；提供從光學、光電子學、電磁場、結構、流體、多物理場耦合等全面的工業軟件應用解決方案和咨詢服務。
深圳市摩爾芯創科技有限公司（MoorEDA Technology Limited）專注于為硅基光電子、電力電子、高科技半導體等行業提供先進的電子設計自動化（EDA）和計算機輔助工程（CAE）協同解決方案；提供從光學、光電子學、電磁場、結構、流體、多物理場耦合等全面的工業軟件應用解決方案和咨詢服務。
深圳市摩爾芯創科技有限公司提供從光學、光電子學、電磁場、結構、流體、多物理場耦合等全面的工業軟件應用解決方案，歡迎聯系申請軟件試用。
參考
1.Xu Wang, et al., Opt. Lett., 39, 5519 (2014) https://doi.org/10.1364/OL.39.005519
2.R.
深圳市摩爾芯創科技有限公司（MoorEDA Technology Limited）專注于為硅基光電子、電力電子、高科技半導體等行業提供先進的電子設計自動化（EDA）和計算機輔助工程（CAE）協同解決方案；提供從光學、光電子學、電磁場、結構、流體、多物理場耦合等全面的工業軟件應用解決方案和咨詢服務。
? 征稿領域
IWEP征集原創性英文投稿，主題包括但不限于：
工程力學
流體力學
聲學
熱力學
電氣工程
電路
材料物理
地球物理學
光學與光電子學
電磁學
計算物理
信號處理
計算機網絡
量子物理
首先作者介紹了壓電光子學的基本原理包括力致發光；其次介紹了有代表性材料的具體應用，譬如基于壓電光子學效應的磁場耦合多色發光等；最后文章對近年有代表性研究和工作進行了總結和介紹，為新型壓電光電子學器件，磁光學傳感，非破壞性環境監測，新型光源和顯示技術等領域的應用和發展提供重要參考和思路。(Hao, J., & Xu, C. (2018).
集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。
集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。
【引言】
近年來，壓電光電子學效應廣泛被用于各類半導體光電器件的性能調制，包括：太陽能電池、發光二極管、光電二極管和光探測器等。然而，關于壓電光電子學效應在不同器件結構和材料體系的半導體光電器件中的調制作用機制研究還鮮見報道。更重要的是，壓電光電子學效應不僅會產生使器件性能增強的作用，還可能會產生使器件性能削弱的作用，極大地限制了壓電光電子學效應能夠達到的器件性能增強的最大幅度。
【成果簡介】
