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Course期末总复习朱京西安交通大E- 西安交通大学电信学院朱京平教 013/12/

西安交通大学电信学院朱京平教 第一章绪 第二章光学基础知识与光场 第3章激光原理与技 第4章光波导 期 201/1/8八章光无源信学院 1.1光电1.2光电子学与光电子技术发展1.3信息光电子系统与1.4光电子学44西安交通大学朱京

西安交通大学电信学可见光近红外中红外远红外

西安交通大学电信学院朱京平教 1960年前：光探测器发1873年，英国W.R.史密斯发现了硒的光电导特性(内光电效应开辟了光探测的先1960s1916年，Einstein<关于辐射的量子理论1960年 梅曼研制成功了世界的一台激光器——红宝石激光1970s1970年，康宁公司研制出损耗为20dB/KM的石英光1970年，贝 研制出室温下连续工作的CD 应1980sEDFA问世，LR实用化 ,英国相继建 干线光纤通信1980s末，我国建设成8横8 光纤通信干线光纤传感出现；CRT；CD机

西安交通大学电信学院朱京平教 1990s：互联网建波分复用成为主流光通信激光器问世DFB、EDFA光传感实用化；背投-2000s：光纤到路互联网大普空间光通2010s：最后1公光纤入户，塑料自由空间光通物联Net-TV，Blue21世纪：3T目标：传输速率、处理速度 速

西安交通大学电信学院朱京平教 1.3信息光电子技术与按信息传递的各个环节光信息加光或光控

光传

光信 处接光源器 光调制器 光传输器 光探测器 光显示器西安交通大

西安交通大学电信学院朱京平教 第二章：光学基础知识与光 规2.1光学基2.2麦克斯2.32.4波动2.5光波的表示 特2.6西安交通大学朱京

西安交通大学电信学院朱京平教 ——光的基本微粒说：光的直 ——反射、折——问题：衍波动说：独立性、叠加性、相干性— 、衍射、偏——问题：孤电磁理论：光电转换关联— 、衍射、偏——问题：黑体辐射、光电波粒二象性：光量子hv——反射、折射 、衍射、偏振、光电效独立原理朱 西安交通大学电信学朱西安交通大学朱京：条件：频率相等、振动方向相同、位相差恒定衍EE1E2Acos(tA2A2A22AAcos( tan

A2 A1cos2A2相 ：位相差为2pi的整数倍，光程差为波长整数相 ：位相差为pi的奇数倍，光程差为半波长的奇数衍射惠更斯-菲涅尔原理：波前上每一点作为新的次波波元在空间相干菲涅尔衍射（近场），夫琅和费衍射（远场偏三类（自然光、全偏振光、部分偏振光2/8然光、线偏振光通信、部分偏振光 西安交通大学朱京波长范麦克波长范可见光、短波红外、中波cvnk关 E t

DEP0 0 HJ D B

B0H0M JEJ西安交通大学朱京

西安交通大学电信学院朱京平教 边界连续条D2nD1n

自由电荷面密

B1nE1t 电介质

极化强

Px0r1介质折射率nr1简单电介质：线性，非色散，均匀，各向同2E2E波动方程：Helmholtz

西安交通大学朱京

HH西安交通大学电信学院朱京平教 各种类 光 平面

E(rAeikr等相面(波前)

I(r)

E(r 球面

E(reikrI AIr)E(r r

柱面

E(r)r

等相面为圆柱 A

x2y2

I(r)

E(r r抛物面波E(r)

eikze 2z西安交通大学朱京

西安交通大学电信学院朱京平教 3.1相干光3.2光与物质相互作用理论——激光产生 基3.3激光产3.4激光器3.5激光的3.6激光器

西安交通大学电信学院朱京平教 ——非相干光来源：原子或分子体系的自发方向：四面八方无规则——相干光来源：原子或分子体系的受激

满足信息光电子技术对光源的

西安交通

电信院朱京教 3.2.1光与物经典模型——谐振子模原子内部电子运动形成固有频率0辐射场对电子反作用md2xm2xmdx

E(t)x(t)x()e00

m(22)

西安交通大学电信学院朱京平教 3.2.1光与物质相互作光波在各向同性介质中P()

E()Nex()

Ne2

Ne2

2

00

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0(22)220

()

m

(22)2200

γΔωχ(ν)

8π2mε0

ν00 ν)2Δν/0χ(ν)

4π2mεν

京西安4交京西安4交通大学电信学

1 νν0

权所3.2.1D1E1EE

E10E

r 式中1n2

ν10

0可见，散射过程造成折射率n2 ；谐振使变为0k

1

kk

k

2n2

)z

经典电振子模型精确解释了：吸收谱线线型函数、吸收和色散关系等问但对光传输的推论只能是越传越弱，无法解释光放大——3/12/8子化概念

西安交通大学电信学院朱京平教 3.2.21.三种跃迁过自发辐

dN2dN21

受激辐

dN2dN21

受激吸

dN1dN12

三种跃迁同时存在，相互

B12g1——爱因斯坦

8πhν3n 西安交通大学电信学

受激吸3.2.2光谱线线型函

Course

NAνdν

dt

2ν 2ν

NWνdν

NBνρ

与粒子体系

ρν及辐射场 有g

西安交通大学电信学院朱京平教 3.2.2光辐射量子理论4.受激均匀展宽：包括：自然展宽，碰撞展宽和热振动展非均匀展宽：包括：多普勒展宽与残余应力高斯型线型函数

西安交通大学电信学院朱京平教 光与物质相互作用经典理论量子修 λ2ss

χν N

g量子解释g

18πn2G(ν) g1N)B12hg(ν)

g1N)Kg(νgλ gλ2

2

西安交通大学电信学院朱京平教 激光产生的条必要条

N2g2 充分条

1lnRR

glnRR

1lnR 1(N21N

2 1

K

A2

G(ν)(N2 N12稳定振荡条件

西安交通大学电信学院朱京平教 激光器基本结构及基本结激光器 G0(ν 输出功G(νIGth

P I(0)ST IsST 1 输出模式纵模

西安交通大学电信学院朱京平教 横模：高斯分激光的特激光器的

西安交通大学电信学院朱京平教 3.6.5常见激光器性能2013/12/8E-西安交通大学朱京平

西安交通大学电信学院朱京平教 第4章光波导技术基4.1引言（地位，作用，发展历程4.2平面波导中的 与导引波、消逝波、波4.34.44.6光纤中4.7阶跃光西安交通大学朱京平

西安交通大学电信学院朱京平教 平面波导：结构最为简单、直观与精练，便于建立清晰条件光波导：无源、无荷、线性、均匀、各向同性、不导电、无损介质面入射光：均匀平过程：全反结果：沿界面方 的非均匀平面波光密介质中，波场沿界面法向按驻波分布——光疏介质中，波场沿界面法向按指数衰减分布——消逝

西安交通大学电信学院朱京平教 2222222sinsinn22211

nnrEy'/Ey

arctan

西安交通大学电信学院朱京平教 4.2.2光密媒质中的波场——光密介质中合成E1yr,tEyr,tEr,t2Acoshxeitz 特性合成场等相位面(z为常数)垂直于 方 二者互相垂 E

1

合成场区沿x方向为驻波，场分量E1y与H1z的相位差为

合成场区沿z方向为行波 相速

nsin西安交通大学朱京平

西安交通大学电信学院朱京平教 4.2.2光疏媒质中的波场——消逝光疏介质中合成E2yr,t特性合成场等相位面(z为常数)垂直于 方1E1

二者互相垂

西安交通大学朱京平

西安交通大学电信学院朱京平教 三层平板波导中

1c

2k0n1dcos212213m1

m

V 13

V n2n2n212

西安交通大学电信学4.4.2平面导波本征方 H2 k2n22E y由于E(xy)Ey

xx

Ey2n2 Ey Ey2

2 yyy2 y

dx(x西安交通大学朱京平

西安交通大学电信学院朱京平教 4.4.2平面导

于是其满足导波条件(k0n2k0n1)及边界条件(x＝0及x＝－d处Ey Ex

Aeqx

(x(dx epxdAcoshdqhsinhdk2k2 22k2n2 22k2n2

(xd且 tanhd

hpq p

h2 pq西安交通大学朱京平

h2西安交通大学电信学院朱京平教 4.5数值孔径N.A.nsin

n2n2 归一化频率表示在光纤 V2aN.A.k

n2n 0当V2.4时，只有基模 ；而当V2.4时，为多模传输态西安交通大学朱京平

西安交通大学电信学院朱京平教 子午光11偏射光线(1)1

：不满足全反射条件，不传导 对应于图中以过A点的界面法线x为轴线、以c1

12c n2n2 光功率2013/8全部限制在纤芯中，部分向纤芯外泄

西安交通大学朱京平

西安交通大学电信学1

Ez

12

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