Optoelektroniikka on elektroniikan haara, joka käsittelee sähköenergian muuttamista valoksi ja valon muuntamista sähköenergiaksi puolijohteiksi kutsuttujen materiaalien avulla. Puolijohteet ovat kiinteitä kiteisiä materiaaleja, joiden sähkönjohtavuus on pienempi kuin metallien, mutta suurempi kuin eristeiden. Niiden fysikaalisia ominaisuuksia voidaan muuttaa altistamalla erityyppiselle valolle tai sähkölle. Näkyvän valon lisäksi säteilymuodot, kuten ultravioletti- ja infrapunavalo, jotka eivät näy ihmissilmälle, voivat vaikuttaa näiden materiaalien ominaisuuksiin.
Yksi varhaisimmista fysiikan löytöistä, jotka johtivat modernin optoelektroniikan kehittämiseen, tunnetaan valosähköisenä tehtävänä. Valosähköinen vaikutus on materiaalin elektronien emissio, kun se altistuu tietyntyyppiselle valolle. Kun materiaali imee riittävästi energiaa valon muodossa, elektronit voivat törmätä materiaalin pinnalta, jolloin syntyy sähkövirta ja jäljelle jää elektronireiät. Tähän liittyvä ilmiö on aurinkosähköinen vaikutus, jossa absorboitu valo saa materiaalin elektronit muuttamaan energiatilojaan, jolloin syntyy jännite, joka voi tuottaa sähkövirtaa.
Aurinkoenergian tuottaminen auringosta valoa absorboivilla aurinkokennoilla on yleinen sovellus, joka hyödyntää näitä vaikutuksia. Tällä tavalla tuotettua sähköä voidaan käyttää suoraan tai varastoida paristoihin myöhempää käyttöä varten. Käytännöllisiä aurinkokennojen sovelluksia ovat sähköntuotanto sekä maan päällä, kuten verkon ulkopuolella olevissa kodeissa syrjäisissä paikoissa, että avaruudessa, kuten satelliiteissa.
Elektroluminesenssi on toinen tärkeä vaikutus, jota käytetään optoelektroniikassa. Kun tiettyihin materiaaleihin syötetään sähköä, se ajaa suuritehoisissa tiloissa olevat elektronit yhdistämään elektronireiät ja joutumaan vakaampiin alhaisemman energian tiloihin vapauttaen siten energiaa valon muodossa. Valodiodit (LED) ovat yleinen esimerkki elektroluminesenssin käytöstä. Eri värejä sisältäviä LED-valoja käytetään virran merkkivaloina, digitaalinäytöissä, kuten laskimissa ja kodinkoneissa, merkkien ja liikennevalojen valaisemisessa, autojen ajovaloina ja signaaleina. Ajoneuvojen kojelaudan kojelaudat käyttävät myös yleisesti elektroluminesenssia valaistukseen.
Valonjohtavuus on ilmiö valaistuneen materiaalin lisääntyneestä johtavuudesta. Tämä vaikutus vaihtelee suuremmalla valovoimalla, jolloin tiettyihin materiaaleihin syntyy enemmän elektroneja ja elektronireikiä, mikä lisää näiden materiaalien sähkönjohtavuutta. Kopiokoneet tehtiin mahdolliseksi soveltamalla tätä erityistä optoelektroniikan ilmiötä. Kun valokopiokoneen valoa johtava pinta altistuu kuvaan, johtavuusero muodostuu valaistujen alueiden, jotka eivät sisällä kuvaa, ja valaisemattomien osien välillä, jotka sisältävät. Tämän seurauksena koneessa oleva jauhe jakautuu kuvan muodossa, minkä jälkeen se sulatetaan paperinpalaan kopioinnin loppuun saattamiseksi.
Nämä ja muut optoelektroniset tehosteet on integroitu laajaan joukkoon laitteita ja sovelluksia lukuisissa yhdistelmissä, ja niitä kehitetään vielä enemmän. Monet teollisuudenalat ovat mullistaneet optoelektroniikan käytön. Optoelektroniikkalaitteilla on ratkaiseva rooli sovelluksissa ja tuotteissa tietokoneista viestintään, lääketieteelliseen tekniikkaan, sotilaslaitteisiin, valokuvaukseen ja muihin kuvantamistekniikoihin sekä muihin.