Die Optoelektronik ist ein Zweig der Elektronik, der sich mit der Umwandlung von elektrischer Energie in Licht und der Umwandlung von Licht in elektrische Energie durch Materialien namens Halbleiter befasst. Halbleiter sind feste kristalline Materialien mit elektrischen Leitfähigkeiten, die niedriger sind als die von Metallen, aber größer als die von Isolatoren. Ihre physikalischen Eigenschaften können verändert werden, indem sie verschiedenen Lichtarten oder Elektrizität ausgesetzt werden. Neben sichtbarem Licht können auch für das menschliche Auge nicht sichtbare Strahlungsformen wie ultraviolettes und infrarotes Licht die Eigenschaften dieser Materialien beeinflussen.
Eine der frühesten physikalischen Entdeckungen, die zur Entwicklung der modernen Optoelektronik führte, ist der photoelektrische Effekt. Der photoelektrische Effekt ist die Emission von Elektronen durch ein Material, wenn es bestimmten Lichtarten ausgesetzt wird. Wenn das Material ausreichend Energie in Form von Licht absorbiert, können Elektronen von der Oberfläche des Materials abgestoßen werden, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird und Elektronenlöcher zurückbleiben. Ein verwandtes Phänomen ist der photovoltaische Effekt, bei dem absorbiertes Licht bewirkt, dass die Elektronen eines Materials den Energiezustand ändern, wodurch eine Spannung erzeugt wird, die elektrischen Strom erzeugen kann.
Solarstromerzeugung durch Solarzellen, die Licht von der Sonne absorbieren, ist eine gängige Anwendung, die sich diese Effekte zunutze macht. Der so erzeugte Strom kann direkt genutzt oder in Batterien für den späteren Gebrauch gespeichert werden. Praktische Anwendungen von Solarzellen umfassen die Stromerzeugung sowohl auf der Erde, beispielsweise für netzferne Häuser an abgelegenen Orten, als auch im Weltraum, beispielsweise für Satelliten.
Elektrolumineszenz ist ein weiterer wichtiger Effekt, der in der Optoelektronik genutzt wird. Wenn bestimmte Materialien mit Elektrizität beaufschlagt werden, treibt sie Elektronen in hochenergetischen Zuständen an, sich mit Elektronenlöchern zu verbinden und in stabilere Zustände niedrigerer Energie zu fallen, wodurch Energie in Form von Licht freigesetzt wird. Leuchtdioden (LEDs) sind ein gängiges Beispiel für die Anwendung von Elektrolumineszenz. LEDs in verschiedenen Farben werden als Einschaltanzeige, in digitalen Anzeigen für Taschenrechner und Haushaltsgeräte, zur Beleuchtung von Schildern und Ampeln, als Scheinwerfer und Signale an Autos und mehr verwendet. Armaturenbrett-Instrumententafeln in Fahrzeugen verwenden auch häufig Elektrolumineszenz für die Beleuchtung.
Photoleitfähigkeit ist das Phänomen der erhöhten Leitfähigkeit eines Materials unter Beleuchtung. Dieser Effekt variiert mit größerer Lichtintensität, wodurch in bestimmten Materialien mehr Elektronen und Elektronenlöcher erzeugt werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit dieser Materialien erhöht wird. Fotokopiergeräte wurden durch die Anwendung dieses besonderen Phänomens der Optoelektronik ermöglicht. Wenn eine fotoleitfähige Oberfläche in einem Fotokopiergerät mit einem Bild belichtet wird, wird ein Unterschied in der Leitfähigkeit zwischen den beleuchteten Bereichen, die das Bild nicht enthalten, und den nicht beleuchteten Abschnitten erzeugt, die dies tun. Als Ergebnis wird das Pulver in der Maschine in Form des Bildes verteilt, wonach es auf ein Blatt Papier geschmolzen wird, um den Kopiervorgang abzuschließen.
Diese und andere optoelektronische Effekte sind in zahlreichen Kombinationen in eine Vielzahl von Geräten und Anwendungen integriert, und noch mehr in der Entwicklung. Viele Branchen wurden durch die Anwendung der Optoelektronik revolutioniert. Optoelektronische Geräte spielen eine entscheidende Rolle in Anwendungen und Produkten von Computern über Kommunikation, Medizintechnik bis hin zu Militärausrüstung, Fotografie und anderen bildgebenden Verfahren und darüber hinaus.