光电子学的基础知识汇总表（光电子学的基础知识汇总）

在这篇文章中，我们将讨论光电子学的基本知识，包括一个关于光子的简短讲座。此外，各种光电器件，包括灯、发光二极管、光电二极管、光敏电阻、激光二极管等。将进行讨论。

什么是光电？

光电子学是电子学的一个特定学科，它主要研究发光或光探测设备。

发光器件利用电压和电流产生电磁辐射(即光)。这种照明装置通常用于照明或作为指示灯。

相比之下，光电晶体管等光检测设备旨在将接收到的电磁能量转换为电流或电压。该光检测装置可用于光传感和通信。例子包括黑暗激活开关和遥控器。一般来说，光检测器件的工作原理是利用光子释放半导体材料中的束缚电子。

光子评论

光子是电磁辐射的基本单位。光子是有传播频率的，我们根据这个频率对EMR进行分类：——微波EMR、红外EMR、光学EMR等。人眼对光学EMR非常敏感，光学EMR又进一步分为颜色。不是色光子的固有属性；相反，光子是有频率的，人类把这些不同的频率解释为不同的颜色。

光子背后的物理学

光子频率与其波长()之间的关系由以下公式给出：

=/f(单位：米)

在哪里

=光子的速度或速率(单位：米/秒)

F=频率(单位：赫兹)

在自由空间中，是光速(c=3.010 ^ 8米/秒)。但是在其他介质中，比如玻璃，变得比光速还慢。

波长较长(即频率较低)的光子比波长较短(即频率较高)的光子具有较少的能量。

有关光子能量、频率和波长的更多信息，请参见图5。

图5。电磁频谱。图片由感性负载提供[CC-BY-SA-3.0]

灯具

灯，如白炽灯泡，是一种将电流转化为可见光能量的装置。白炽灯的灯丝由钨丝制成。当电流流过灯丝时，电流与灯丝的原子发生碰撞，使灯丝产生热量，从而发出光子。这种特殊的过程会产生各种波长的光子，导致发出的光是白色的。

卤素灯类似于白炽灯。事实上，卤素灯泡被认为是白炽灯泡的高级形式。卤素灯以其明亮的光线和非常热的灯泡而闻名。卤素灯使用气体压力灯泡中的灯丝。加压气体由惰性气体和少量卤素元素如溴或碘组成。此外，卤素灯泡的玻璃比普通白炽灯泡更坚固。

荧光灯完全不同。它们由一个充满水银蒸汽的玻璃管组成，其内壁涂有荧光材料。当从荧光灯泡的阴极电极发射的电子与汞原子碰撞时，将发射UV(紫外线)辐射。这种紫外辐射被灯的荧光涂层吸收，然后释放出可见光。

发光二极管

发光二极管(led)是双引线半导体器件，类似于普通二极管，只是它们发出的光可以是可见光、红外光或紫外光。当LED的阳极引线的电压变得比其阴极引线的电压更正确时(通常电压范围是0.6到2.2V)，电流流过LED器件，导致发光。

历史上，红色是第一个LED颜色；它于1962年开发，然后于1968年批量生产。接下来是黄色，绿色和红外发光二极管。直到1989年，蓝色LED才开始商业化。现在市面上几乎可以买到所有的LED颜色，包括白色。

激光二极管

激光二极管是一种半导体激光器件，在形式和工作原理上与发光二极管非常相似。有关激光二极管的更多详情，请点击此处。

光敏电阻

光敏电阻无非就是光控可变电阻，也叫光敏电阻(LDR)。通常，当光敏电阻置于黑暗中时，其电阻非常高(单位为兆欧)。相比之下，当光敏电阻被照亮时，其电阻会急剧下降——。根据照射在它上面的光的强度，电阻可能低至几百欧姆。光敏电阻用于光敏开关器件。

光电二极管

光电二极管是一种双引线半导体器件，直接将光能(即光子)转化为电流。光电二极管由非常薄的N型半导体和厚的P型半导体制成。N侧富含电子，被视为阴极，而P侧富含空穴，被视为阳极。当具有足够能量的光子(即光)撞击二极管时，会产生电子-空穴对。空穴移动到阳极，而电子移动到阴极，产生光生电流(即光电流)。

太阳能电池

太阳能电池只是表面积异常大的光电二极管。这些更大的面积使太阳能电池对入射光更敏感，在电压和电流方面比光电二极管更强大。太阳能电池通常用于太阳能电池板，但也经常用作可见光探测器中的光敏元件。包括示例曝光表和光敏继电器。

光电晶体管

你可能已经猜到了，光电晶体管就是光电晶体管。常见的有两种：第一种类似于BJT(双极结型晶体管)，第二种类似于FET(场效应晶体管)。BJT光电晶体管的基极由光敏区代替；当该表面保持黑暗时，设备保持关闭。FET光电晶体管，有时称为光电晶体管，利用光产生控制漏源电流的栅极电压。与BJT光电晶体管相比，场效应管光电晶体管对光的变化更敏感。

光绝缘体

光隔离器(也称为光耦合器)是一种通过光接口连接两个电路的电气设备。例如，一个典型的光隔离器由一个LED和一个光电晶体管组成，两者都封装在一个不透光的外壳中。光隔离器的LED部分连接到驱动电路，光电晶体管是输出器件。因此，当LED通电时，它将发射由光电晶体管检测的光子。光隔离器的典型应用是在两个独立电路之间提供电气隔离。

光学纤维

与光纤光电器件结合使用，通过调制光来传输信息。下面的图6是光缆的简要描述。

图6。光缆简述。

总结

光电子学是利用光的电子设备的研究和应用。此类设备包括发光设备(LED和灯泡)、通道光设备(光缆)、检测光设备(光电二极管和光敏电阻)或由光控制的设备(光隔离器和光电晶体管)。