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在本文中，我們將討論光電子學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括光子學(xué)的簡(jiǎn)短講解。光電子學(xué)是研究和應(yīng)用使用光的電子設(shè)備。這些裝置包括發(fā)光的裝置（LED和燈泡），通道光（光纖電纜），檢測(cè)光（光電二極管和光敏電阻），或由光控制（光隔離器和光電晶體管）。
什么是光電子學(xué)？
術(shù)語(yǔ)光電子學(xué)是一門專注于發(fā)光或光檢測(cè)器件的電子學(xué)科。
發(fā)光裝置使用電壓和電流來(lái)產(chǎn)生電磁輻射（即光）。這種發(fā)光裝置通常用于照明或作為指示燈。
相反，光檢測(cè)器件，例如光電晶體管，被設(shè)計(jì)成將接收的電磁能轉(zhuǎn)換成電流或電壓。光檢測(cè)裝置可用于光傳感和通信。這些示例包括黑暗激活開(kāi)關(guān)和遙控器。一般而言，光檢測(cè)裝置通過(guò)使用光子來(lái)釋放半導(dǎo)體材料內(nèi)的束縛電子。
圖1至圖4示出了各種光電器件。
圖1.白熾燈。
圖2. LED。圖片由Sinisa Maric提供。
圖3.光敏電阻。圖片由密歇根州立大學(xué)提供（PDF）。
圖4.太陽(yáng)能電池。圖片由SparkFun提供。
光子研究綜述
光子是電磁輻射（EMR）的基本單位。光子具有傳播頻率，并且我們基于該頻率 - 微波EMR，紅外EMR，光學(xué)EMR等對(duì)EMR進(jìn)行分類。人眼對(duì)光學(xué)EMR敏感，其進(jìn)一步分類為顏色。顏色不是光子的固有屬性;相反，光子具有頻率，人類將這些不同的頻率解釋為不同的顏色。
光子背后的一些物理學(xué)
光子頻率與其波長(zhǎng)（λ）之間的關(guān)系由下式給出：
λ=/f（單位為m）
ν=光子的速度或速度（單位為m/s）
f =頻率（單位為Hz）
在自由空間中，ν是光速（c = 3.0×108 m/s）。但在其他媒介中，例如玻璃，ν變得比光速慢。
具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)（即較低頻率）的光子比具有較短波長(zhǎng)（即較高頻率）的光子具有較少的能量。
有關(guān)光子能量，頻率和波長(zhǎng)的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)圖5。
圖5.電磁（EM）頻譜。圖片由Inductiveload [CC-BY-SA-3.0]提供。
燈
諸如白熾燈泡之類的燈是將電流轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光能的裝置。白熾燈具有由鎢絲制成的燈絲。當(dāng)電流流過(guò)該燈絲時(shí)，電流與燈絲的原子碰撞，導(dǎo)致燈絲產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致光子發(fā)射。這種特殊的過(guò)程產(chǎn)生具有各種波長(zhǎng)的光子，導(dǎo)致發(fā)出的光呈現(xiàn)白色。
鹵素?zé)纛愃朴诎谉霟?。事?shí)上，鹵素?zé)襞荼徽J(rèn)為是白熾燈泡的先進(jìn)形式。鹵素?zé)敉ǔＲ云涿髁恋墓夂头浅岬挠|摸燈泡而聞名。鹵素?zé)羰褂梦挥诩訅簾襞輧?nèi)的燈絲。加壓氣體由惰性氣體和少量鹵素元素如溴或碘組成。而且，鹵素?zé)襞莸牟ＡП绕胀ò谉霟襞葜械牟Ａ?qiáng)。
熒光燈是完全不同的。它們由水銀蒸汽填充的玻璃管組成，其內(nèi)壁涂有發(fā)熒光的材料。當(dāng)從熒光燈泡的陰極電極發(fā)射的電子與汞原子碰撞時(shí)，發(fā)射UV（紫外線）輻射。這種紫外線輻射被燈的熒光涂層吸收，從而釋放出可見(jiàn)光。
發(fā)光二極管（LEDs）
發(fā)光二極管（LED）是雙引線半導(dǎo)體器件，與普通二極管類似，不同之處在于它們發(fā)出可見(jiàn)光，紅外線或紫外線。 當(dāng)LED的陽(yáng)極引線的電壓比其陰極引線更正（通常通過(guò)0.6到2.2V的電壓）時(shí)，電流流過(guò)LED器件，從而產(chǎn)生發(fā)光。
從歷史角度來(lái)看，紅色是第一種LED顏色；它是在1962年開(kāi)發(fā)的，然后在1968年大規(guī)模生產(chǎn)。接下來(lái)是黃色，綠色和紅外LED。直到1989年，藍(lán)色LED才開(kāi)始商業(yè)化。如今，幾乎任何LED顏色，包括白色，都是市售的。
激光二極管
激光二極管是半導(dǎo)體激光器件，其在形式和操作上與發(fā)光二極管（LED）非常相似。
光敏
光敏電阻只不過(guò)是光控可變電阻，也稱為光敏電阻（LDR）。通常，當(dāng)光敏電阻放置在黑暗中時(shí)，其電阻非常高（以兆歐為單位）。相反，當(dāng)光敏電阻被照射時(shí)，其電阻急劇下降 - 取決于照射在其上的光的強(qiáng)度，電阻可能低至數(shù)百歐姆。光敏電阻用于光敏開(kāi)關(guān)器件。
光電二極管
光電二極管是雙引線半導(dǎo)體器件，其將光能（即光子）直接轉(zhuǎn)換成電流。使用非常薄的n型半導(dǎo)體和較厚的p型半導(dǎo)體構(gòu)造光電二極管。n側(cè)具有豐富的電子并且被認(rèn)為是陰極，而p側(cè)具有豐富的空穴并且被認(rèn)為是陽(yáng)極。當(dāng)具有足夠能量的光子（即光）照射到二極管時(shí)，它產(chǎn)生電子 - 空穴對(duì)?？昭ㄏ蜿?yáng)極移動(dòng)，而電子向陰極移動(dòng)，從而產(chǎn)生光感應(yīng)電流（即光電流）。
太陽(yáng)能電池
太陽(yáng)能電池只是光電二極管，具有特別大的表面積。這些較大的區(qū)域允許太陽(yáng)能電池對(duì)入射光更敏感，并且在電壓和電流方面比光電二極管更強(qiáng)大。太陽(yáng)能電池通常用于太陽(yáng)能電池板，但它們也經(jīng)常用作可見(jiàn)光探測(cè)器中的光敏元件。例子包括測(cè)光表和光敏繼電器。
光電晶體管
您可能已經(jīng)猜到，光電晶體管是光敏晶體管。有兩種常見(jiàn)類型：第一種類似于BJT（雙極結(jié)型晶體管），第二種類似于FET（場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。BJT型光電晶體管的基極被光敏區(qū)域取代；當(dāng)此表面保持黑暗時(shí)，設(shè)備保持關(guān)閉狀態(tài)。FET型光電晶體管（有時(shí)稱為光電FET）使用光來(lái)產(chǎn)生控制漏源電流的柵極電壓。與BJT型光電晶體管相比，F(xiàn)ET型光電晶體管對(duì)光的變化更敏感。
光隔離器
光隔離器（也稱為光耦合器）是通過(guò)光學(xué)接口互連兩個(gè)電路的電子設(shè)備。例如，典型的光隔離器由LED和光電晶體管組成，兩者都封裝在不透光的外殼中。光隔離器的LED部分連接到驅(qū)動(dòng)電路，光電晶體管是輸出設(shè)備。因此，當(dāng)LED通電時(shí)，它發(fā)射由光電晶體管檢測(cè)到的光子。光隔離器的典型應(yīng)用是在兩個(gè)獨(dú)立電路之間提供電隔離。
光纖
光纖與光電器件結(jié)合使用，以便通過(guò)調(diào)制光傳輸信息。下面的圖6是光纖電纜的簡(jiǎn)單描述。
圖6.光纖電纜的簡(jiǎn)單描述。
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