光电子课件和光学功能材料第一讲

光电子技术主讲:主讲:顾芳： 1总学时：64（每周2 课堂规范有序的教学纪律是教学成功的关键 一， 2、上课期间不得随意走动、出入教室假学时超过课程总学时1/3或者私自5次及以上者，不参 等,光电子技术原理及应用,国防;（２）.安毓英等,光电子技术,电子工 （3）、《激光原理与应与本课程相关的物理光学，应用光学，工程光大学物理，固体 4、考核作业将适当留一些作业（相关课 ）考试方法闭卷考课程考试成绩构20%期中+10%平时成绩（作业+出勤）+70%本课程的主要光辐射 光 原理与技术光电子技术的一些应。 光 传 调 探光传调探成显生活中的小事 利用午餐时间，离开去买些零碎东西。在收款处用付款，他采购了一袋苹果、一瓶葡萄 清洁监测常见的光电成像光学

显光电按照国际产品产值统计及产业

光电料 光学璃光、光晶、导光电料外材光电件 发光件光/接元、 池等LE扫描仪、文字识别机、数码相机、激 、 印机、光传真机 CD、VCD、DVD及光盘机、刻录机有源器 光放大器、光源-光纤耦合器、光源-探测器

元器

无源

合器、光源TO封装光开关、光耦合器、光衰减器、 器、光器、波分复用器

系统激光

光纤传输设备、光纤区域网络设备、光纤通信检测 备、光纤CATV系统 光电成像系统——拓展人的视人人的视觉空间时间光谱灵敏 分辨空间时间光谱夜视 夜视第一什么是光电子光电子光电子 光→电（光电检测电→光（激光，光电显示电子化、电子学中的理论模式和处理方法光学化。 处理和重现等/速度，以它作为信息载体无疑会大大提高信息流的传输 电子向光子日猛增，微电子在实现速，超大容量，超低功耗方面遇到了极大的。 电子和光子：为什么从电子发展到光子是进步，而且也是技术发展的趋向 对电子局局限性电子具电子具有质量，负电荷电子是很好的信息载对光子荷，几乎很难受电磁场的影响。光的频率范围：到，比电子频率高大概四个数量级（一万倍）。作为信息载体的时候，它的 光电子技术的独特优得更高的分辨率和清晰度；用它信息，信息密度很大，光盘频谱范围宽光波与人类视觉有直接关系§2光电子技术 1960为一门新的学科被光电子产业将成为21 光子是怎么三种现象在物理上看起来是很简单，但是它们都非常重要自发辐EE

E2-

受激EE

受激 E E

hν=(E—E LED发光二极

工作

电子器件的响应时电子学频率

的记总之，光电子技术的主要是以光电器件为主体，研究光电和产业的发展，对光子学技术的需求与日俱增，必然促进光子 §§3光纤通信 光计 检测 环境测量激光医激光加工军事应 遥感测光传 精密计 激光能量在时间和空间上高度集中，能在小区域产生几百万度的高温 激光打 激光切 光电产业的发展趋（包 ）占55%欧州占及太平洋地区占23% 位；而在激光材料加工设备方面则是德国全球光电产业发展趋势 的国家。世纪80年代以来，光电子产业规模以平均每年10%～20%的速 等方面长期处于 地位。 在光电子领域的这种领先优势，虽然在近几年受到了 、欧盟以及其它一些新兴的工业化如韩中国 的 有其领先地位一直没有 摇，特别是在消费光电子领域，如激光音响、影碟机、激光 、传真机、数码相机、平面显示器、驱光组系。全球光电产业发展趋势 入输出设备8462亿日元（30%）2446亿日元（9%），光 显示元0

发光元

光 光敏元

复合光元

光传输网

能电池全球光电产业发展趋势 1995年

光电子工业发

和对比 的光电子技术发展情况后，认 在光通信产业要注意市开发，在光电显示领域要加强制造业，在 方面要加强究开发，并制定了5年、1年的发展规划。如今，信示方已超过 。

在1998年 在亚利桑那州南部的Tucson，以亚利桑那大为中心建立了“光谷”。“光谷”内企业约150余家，主要从事精密电子零件、电子设计软件研发、、激光、电子资料传输与，以及大型光学镜片及零件的生产与服务，以进一步加大光电子产业发展力度。全球光电产业发展趋势（德国大众汽车厂的齿轮激光加工生产线18全球光电产业发展 光输出/入产品向多功能、高速化 地采用新技术和新材料，开发新一代高密度、高速光储技术和光通信向超大容量、高速率和全光网方向发展，特别是超大容量智能光网将成为主要的发展趋激光技术向 、超短波长、微加工和高可靠性等方向发展，激技术与其它学科的融合以及应用领域范围将聚合物光电器件产业和光子传感器产业等，将成为未来光电子产业发我国光电产国家863将光电子器件及其集成技术列为一 ，同时国家自然科学基信 长春光机物 技大 重庆大学、信 电子44所等我国光电产光电子技术研究成果的转化产 我国信息光电子产业的烽 飞通光电子技 开 第二射度学与光度学基础知§2- 光的基本概§2- 立体角及其§2- 描述辐射场的物§2- 人眼与光度§2- 光度量与辐射度量的对§§2-1一、光的发展1、牛顿和惠更斯与光的理2、麦克斯韦建立了光的电3、爱因斯坦光的“波粒二1、牛顿和惠更斯与流,光，光微粒流遇到物质时，如果不被吸收，就会被弹回来惠更斯在1678年提出光的“波动说”，他认为光从一处传,这两学说在相互争论中发展，一直持续了300多年，牛顿的微粒说能地解释光的直线、反射等现象。但后来人们又在实验中发现，微粒说不能解释光的、衍射等现象麦克斯韦建立了光的电1863年英国物理学家麦克斯韦，以库仑、安培、法拉电场，二者交替产生由近及远的，即电磁波，并建立爱因斯坦光的“波粒二象1905年，爱因斯坦发展了普朗克的量子假说，在一种全。爱因斯坦认为光子既是粒子、同时又是波。光在与物质相互作用时粒子性明显，光在则波动性突出。光的这。子或光子所组成，而光子的能量和动量的数值，与一定频率或波长相对e=

hn= =c二、光的波粒二光线偏振光速单色平平面单色平光波一种磁即的场化磁互发形成化磁在间的 。波长为4000埃～7600电磁波--电磁场是E和B的振动由近及 的过 ZYB电矢量叫做光矢量，光波是横波线偏振光是光振动只沿某一固定方向的光符号符号v振动方zA、波长：振动状态在经历一个周期的时间内向 的距离B、

c2.998108m/s3108m/uu1TC、频率和周期：光矢量每秒钟振D、三者的关真空 c=各种介质 时，保持其原有频率不变，而速度和波长各不相v=c (l=l0 波面：相位相同的空 单色平面波：具有单一频率的平

I(vI(v0I(v0) 实际上任何光波都不可能是全单色的，总有一定的频率当△v<<v0时，就叫准单色波简谐波——简谐波是经过科学抽象的理想单色平面波，是最简单，也是最重要的一种波。任何复杂的波都可以分解为一系列不如图，做简谐振动的电矢量和磁矢量的频率为，角频率=2则EB的振动方程分别为:EE0costE0BB0costB0EE0costE0cos2vtBB0costB0cos2vt两式统一写电磁UU0costU0cos电磁如图，光波以速度c向z方向，在z轴上任意选取一点P，当波源的振动到该点时，P点的振动状态比原点O的振动状态t=z/c，因此，P点的振动方程为UUU0cos(t)U0cos(tzc由于点P的位置是任意选取的，所以，该方程代表了波场中任意一点的振动状态，因此，称之为简谐波方程，又叫做行简谐波方程(行波方程UU0cos(t)U0cos(tzc如果固定时间t，则上式代表场矢都变化，则上式代表一个行波方程，可以给出不同时刻空间各。简谐波方程(行波zUU0cos(t)U0cos(tz行波方程也可以改写为U cos(t

)

cos(2t2zzc zc从上面的式子可以看到，光波具有时间周期性（T）和空间周期性时间频率为1/T，空间频率为1/时间角频率为ω=2πν=2π/T，间角频率（波矢的大小）

k= 简谐波波矢（空间角频率 2 n波矢k是一个矢量，方向沿着光 的方向通常，原子发光时间约为8s，形成的波列长度约等于。对于波长为5的绿光来讲，整个波列有×0个周期的波形。，有一定的频带宽度，接近于单色cos(2cos(2t2zcU cos(t )

0由数学中的欧0可以将（1）式改

eia

cosaisin

T0T0UUReUeitkz0UUeitkz0在实际运算中，为简便起见，只要记住取复数的实Re省去，直接写UUU0expitkz此两式即为线偏振单色平面波的复数表示光强 与光矢量大小的平方成正

IU2由于光的频率很高（1014z量级），用通常的光探测仪器测量到的只是光强I的平均值，即 UIµ dt= (wt-kz)dt= -

- 可以看出，平均光强与相应的光矢量振幅的平方成正P=P=mc=hv=h=cl爱因斯坦认为：光是由光子组 （一）光子的基本性ε=hv是光的频 ε=h m c c2以电磁波形式或粒子（光子）形式 的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及 过程称为光辐。一般认为其波长在 ~1mm，或频率范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：。一般在可见到紫外波段波长用n、在红外波段波长用m表示。。可见光绿色、青色、蓝色和紫紫外辐射范围是100~390nm。细分为近紫外、远紫外和极只能在真空中，所以又称为真空紫外辐射。通常将紫外辐射分为短波波段（对最大）、中波红外辐射光既然是一 着的能量，如何度量和定量研§§2-2。 单位：Sr（球面度）包围的那部分空间叫立体角RR更严密的立体角定义（面A为曲面） AdAR

n 球面的立体角：根据定

A

dARR3 R全球所对应的立体

4RR

同理，半球所对应的立体角为2π单位立体角，或一球面度微小面积的立体角：对于一个给定顶点O和一个随意方向的微小面积dS，它们对应的立体角为ddScosR其中θ为dS与投影面积dA的夹角，