《光电子技术基础》(第二版)Chap1

光电子技术Photoelectronics

Technique2024/6/21选用教材：《光电子技术根底》朱京平编著，2009，科学出版社主要参考书目:《现代通信光电子学(第五版)》亚里夫著，陈鹤鸣译，2004.9，电子工业出版社；《光电子技术》安毓英等主编，电子工业出版《光电子技术》梅遂生主编，2008.7，国防工业出版社；《光电技术》王庆有主编，2009.3，电子工业出版社；《激光原理技术及应用》阎桔祥等编，2006.8，北京理工大学出版社。参考教材2024/6/22课程考核要求平时成绩20%期末考试80%=总评100%

本课程考试为闭卷笔试。2024/6/23国务院学位委员会、教育部：学科专业简介物理电子学主要研究:光子学、光电子学、导波光学、光纤通信与光信息处理技术、微波电子学和相对论电子学、薄膜与外表技术、真空科学与技术,以及信息显示技术等电路与系统微电子学及固体电子学电磁场理论与微波技术主要研究:电磁波(包括光波)的产生、传输、与媒质的相互作用以及检测理论和方法,电磁辐射散射的理论与技术,无线电理论和技术,微波电路和光路系统的理论、分析、仿真、设计及应用,以及环境电磁学和计算电磁学等电子科学与技术分为四个二级学科：2024/6/24课程目的与任务

光电子技术是“光子技术”与“电子技术”相结合的产物，是继微电子技术后兴起的一门高新技术，目前已成为信息科学的重要支柱。2024/6/25光电子技术：是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。光子技术:研究光子的特性与行为及其与物质的相互作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。电子技术：包括真空电子技术、气体电子技术、固体电子技术等，主要研究电子的特性与行为及其在真空或物质中的运动与控制。2024/6/26本课程着重讲解光电子技术的根本概念与根本知识，主要包括激光产生的物理根底、激光的特性、典型激光器件和激光根本技术、光波导技术与光纤通信等根本应用。目的是进一步加深学生专业根底知识的掌握和扩大学生的知识面。2024/6/27教学根本要求1、光的本性〔主要包括光是一种横波，光的偏振特性和相干特性，光子简并度等概念与公式描述〕；2、激光产生的根本原理〔主要包括激光器的根本结构、激光产生的根本条件、粒子数反转过程、光学谐振腔、激光的特性〕；3、典型激光器〔主要包括激光器的分类、各类激光器的特点〕4、激光根本技术〔光调制技术、晶体的电光效应、晶体的声光效应、调Q技术、锁模技术、稳频技术〕；5、光纤和光缆〔光纤的结构和分类、光纤的传光原理、光纤的传输特性〕6、光纤通信〔光纤通信的中继传输、数字光纤通信、光源与光纤的耦合〕2024/6/28绪论光子技术与电子技术相结合的光电子技术:主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。2024/6/29光学与电学外表看起来是两个独立的学科，实际上存在着非常密切的内在联系。光与电打交道的第一个回合是1860年前后麦克斯韦提出的光的电磁波动理论，第二个回合是1905年爱因斯坦用量子论解释光电效应，第三个回合是1960年激光的创造。电子学在20世纪作出了巨大的奉献，但由于电子自身的带电属性，使其进一步开展在速度和容量上都受到限制，而光子为中性，具有巨大的优越性。2024/6/210

光电技术的特征：光源激光化、传输波导化、手段电子化、电子学中的理论模式和处理方法光学化

光电技术与微电子技术共同构成了信息技术的两大重要支柱。2024/6/211光电子技术开展史年代60年代70年代80年代90年代技术成就激光器的问世低损耗光纤的实现、半导体激光器的成熟超大功率量子阱阵列激光器的出现光纤无源和有源器件的出现相关应用为光与物质相互作用的研究提供了一个极其有效的工具导致以光纤通信、光纤传感为代表的光信息技术蓬勃发展导致半导体双稳态器件的发展为光纤通信产业的发展提供了网络物理层的基础2024/6/21221世纪是信息化的世纪，信息与信息交换的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。我国政府十分重视光电子技术和产业的开展，已将它列入国民经济优先开展的领域，把光电子产业列为国家重点开展方案，继1986年3月王大珩等四位专家倡导的“863方案”之后，在此根底上开始了“973方案”，这两个高科技方案的重点是光电子产业。受信息化、数字化、网络化浪潮的推动，中国的光电信息市场和产业也呈现出高速增长态势，成为拉动整个国民经济增长的第一支柱行业。2024/6/213集电磁波场与物质中的电子相互作用以及能量相互转换的学科，也可以理解为“利用光的电子学”的新的综合性交叉学科便从现代信息科学领域中脱颖而出，这就是光电子学。2024/6/214

光电子技术是研究从红外、可见光、紫外光、X射线直至

射线波段范围内的光波电子技术，是研究运用光子和电子的特性，通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的学科。2024/6/215它是以光电子学为理论根底，以光电子元器件为主体，综合利用光、电、机、计算机和材料技术，以实现具有一定功能而且实用的仪器、设备和系统的技术。2024/6/216同传统电子技术相比，光电子技术最根本的特点是它的波长短，也即频率高。优点：角分辨力高距离分辨力高频带宽、通信容量大光谱分辨力高非线性光学效应强〔当光波的电场强度可以同物质中束缚电子的库仑场相比较时，可观察到物质与强相干光相互作用的一系列新的光学现象，统称为非线性光学现象〕2024/6/217信息光电子技术与器件光电子器件光源器件光传输器件光控制器件光探测器件光存储器件光盘调制器偏转器光开关光双稳器件光电导型光伏型热伏型各种传感器相干光源非相干光源光学元件光纤2024/6/218?光源调制传输探测成像显示2024/6/2192024/6/220

光电子技术涉及的主要内容包括：1激光技术及其相关的应用技术—光子产生、控制2波导技术—光子传输3光子检测技术—光子探测和光谱分析4光计算与信息处理技术〔光神经网络、激光雷达、光制导、光陀螺〕5光存储技术6光子显示技术7光子加工与光子生物技术-光子物质相互作用2024/6/221光电子技术应用光纤通信、传输光信息处理分光分析光应用计算光空间传输长距离、大容量、宽带数字通信模拟通信局域网通信太阳光的光纤照明光盘存储器、全息照相存储器光视频盘、光音频盘二维信息处理匹配滤波器信息处理器、激光打印机、机光计算机短距离简单图象通信光遥感、光开关光在线检测激光雷达、激光陀螺、激光传感光纤传感系统精密测量、全息测量、在线测量同步激光超精密分光分析大气污染气体分析、医用气体分析同位素浓度测定、同位素分析激光诊断微等离子体超快过程分析2024/6/222光纤通讯技术光导纤维：简称“光纤”，是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃纤维。2024/6/223光电子技术的开展趋势，应该是同微电子学技术相结合，进行光电结合的信息传输与处理。2024/6/224光电成像技术：利用从软X射线到亚毫米波段之间具有光学共性的电磁波段，研究以成像方式实现辐射信息探测、传输、处理与显示的新理论、新技术、新方法和