《光電子技術(shù)基礎(chǔ)》(第二版)Chap1

光電子技術(shù)Photoelectronics

Technique2023/2/31選用教材：《光電子技術(shù)基礎(chǔ)》朱京平編著，2009，科學(xué)出版社主要參考書(shū)目:《現(xiàn)代通信光電子學(xué)(第五版)》亞里夫著，陳鶴鳴譯，2004.9，電子工業(yè)出版社；《光電子技術(shù)》安毓英等主編，電子工業(yè)出版《光電子技術(shù)》梅遂生主編，2008.7，國(guó)防工業(yè)出版社；《光電技術(shù)》王慶有主編，2009.3，電子工業(yè)出版社；《激光原理技術(shù)及應(yīng)用》閻吉祥等編，2006.8，北京理工大學(xué)出版社。參考教材2023/2/32課程考核要求平時(shí)成績(jī)20%期末考試80%=總評(píng)100%

本課程考試為閉卷筆試。2023/2/33國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)、教育部：學(xué)科專(zhuān)業(yè)簡(jiǎn)介物理電子學(xué)主要研究:光子學(xué)、光電子學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、光纖通信與光信息處理技術(shù)、微波電子學(xué)和相對(duì)論電子學(xué)、薄膜與表面技術(shù)、真空科學(xué)與技術(shù),以及信息顯示技術(shù)等電路與系統(tǒng)微電子學(xué)及固體電子學(xué)電磁場(chǎng)理論與微波技術(shù)主要研究:電磁波(包括光波)的產(chǎn)生、傳輸、與媒質(zhì)的相互作用以及檢測(cè)理論和方法,電磁輻射散射的理論與技術(shù),無(wú)線電理論和技術(shù),微波電路和光路系統(tǒng)的理論、分析、仿真、設(shè)計(jì)及應(yīng)用,以及環(huán)境電磁學(xué)和計(jì)算電磁學(xué)等電子科學(xué)與技術(shù)分為四個(gè)二級(jí)學(xué)科：2023/2/34課程目的與任務(wù)

光電子技術(shù)是“光子技術(shù)”與“電子技術(shù)”相結(jié)合的產(chǎn)物，是繼微電子技術(shù)后興起的一門(mén)高新技術(shù)，目前已成為信息科學(xué)的重要支柱。2023/2/35光電子技術(shù)：是電子技術(shù)與光子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門(mén)新興的綜合性的交叉學(xué)科，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)。光子技術(shù):研究光子的特性與行為及其與物質(zhì)的相互作用以及光子在自由空間或物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)和控制。電子技術(shù)：包括真空電子技術(shù)、氣體電子技術(shù)、固體電子技術(shù)等，主要研究電子的特性與行為及其在真空或物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)與控制。2023/2/36

本課程著重講解光電子技術(shù)的基本概念與基本知識(shí)，主要包括激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)、激光的特性、典型激光器件和激光基本技術(shù)、光波導(dǎo)技術(shù)與光纖通信等基本應(yīng)用。目的是進(jìn)一步加深學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。2023/2/37教學(xué)基本要求

1、光的本性（主要包括光是一種橫波，光的偏振特性和相干特性，光子簡(jiǎn)并度等概念與公式描述）；

2、激光產(chǎn)生的基本原理（主要包括激光器的基本結(jié)構(gòu)、激光產(chǎn)生的基本條件、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)過(guò)程、光學(xué)諧振腔、激光的特性）；

3、典型激光器（主要包括激光器的分類(lèi)、各類(lèi)激光器的特點(diǎn)）

4、激光基本技術(shù)（光調(diào)制技術(shù)、晶體的電光效應(yīng)、晶體的聲光效應(yīng)、調(diào)Q技術(shù)、鎖模技術(shù)、穩(wěn)頻技術(shù)）；

5、光纖和光纜（光纖的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)、光纖的傳光原理、光纖的傳輸特性）

6、光纖通信（光纖通信的中繼傳輸、數(shù)字光纖通信、光源與光纖的耦合）2023/2/38緒論光子技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的光電子技術(shù):主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)。2023/2/39

光學(xué)與電學(xué)表面看起來(lái)是兩個(gè)獨(dú)立的學(xué)科，實(shí)際上存在著非常密切的內(nèi)在聯(lián)系。光與電打交道的第一個(gè)回合是1860年前后麥克斯韋提出的光的電磁波動(dòng)理論，第二個(gè)回合是1905年愛(ài)因斯坦用量子論解釋光電效應(yīng)，第三個(gè)回合是1960年激光的發(fā)明。電子學(xué)在20世紀(jì)作出了巨大的貢獻(xiàn)，但由于電子自身的帶電屬性，使其進(jìn)一步發(fā)展在速度和容量上都受到限制，而光子為中性，具有巨大的優(yōu)越性。2023/2/310光電技術(shù)的特征：光源激光化、傳輸波導(dǎo)化、手段電子化、電子學(xué)中的理論模式和處理方法光學(xué)化光電技術(shù)與微電子技術(shù)共同構(gòu)成了信息技術(shù)的兩大重要支柱。2023/2/311光電子技術(shù)發(fā)展史年代60年代70年代80年代90年代技術(shù)成就激光器的問(wèn)世低損耗光纖的實(shí)現(xiàn)、半導(dǎo)體激光器的成熟超大功率量子阱陣列激光器的出現(xiàn)光纖無(wú)源和有源器件的出現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用為光與物質(zhì)相互作用的研究提供了一個(gè)極其有效的工具導(dǎo)致以光纖通信、光纖傳感為代表的光信息技術(shù)蓬勃發(fā)展導(dǎo)致半導(dǎo)體雙穩(wěn)態(tài)器件的發(fā)展為光纖通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了網(wǎng)絡(luò)物理層的基礎(chǔ)2023/2/31221世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，信息與信息交換的爆炸性增長(zhǎng)對(duì)信息的采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)與顯示提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我國(guó)政府十分重視光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已將它列入國(guó)民經(jīng)濟(jì)優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域，把光電子產(chǎn)業(yè)列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展計(jì)劃，繼1986年3月王大珩等四位專(zhuān)家倡導(dǎo)的“863計(jì)劃”之后，在此基礎(chǔ)上開(kāi)始了“973計(jì)劃”，這兩個(gè)高科技計(jì)劃的重點(diǎn)是光電子產(chǎn)業(yè)。受信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化浪潮的推動(dòng)，中國(guó)的光電信息市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)出高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，成為拉動(dòng)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的第一支柱行業(yè)。2023/2/313集電磁波場(chǎng)與物質(zhì)中的電子相互作用以及能量相互轉(zhuǎn)換的學(xué)科，也可以理解為“利用光的電子學(xué)”的新的綜合性交叉學(xué)科便從現(xiàn)代信息科學(xué)領(lǐng)域中脫穎而出，這就是光電子學(xué)。2023/2/314

光電子技術(shù)是研究從紅外、可見(jiàn)光、紫外光、X射線直至射線波段范圍內(nèi)的光波電子技術(shù)，是研究運(yùn)用光子和電子的特性，通過(guò)一定媒介實(shí)現(xiàn)信息與能量轉(zhuǎn)換、傳遞、處理及應(yīng)用的學(xué)科。2023/2/315它是以光電子學(xué)為理論基礎(chǔ)，以光電子元器件為主體，綜合利用光、電、機(jī)、計(jì)算機(jī)和材料技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)具有一定功能而且實(shí)用的儀器、設(shè)備和系統(tǒng)的技術(shù)。2023/2/316同傳統(tǒng)電子技術(shù)相比，光電子技術(shù)最根本的特點(diǎn)是它的波長(zhǎng)短，也即頻率高。優(yōu)點(diǎn)：角分辨力高

距離分辨力高頻帶寬、通信容量大

光譜分辨力高非線性光學(xué)效應(yīng)強(qiáng)（當(dāng)光波的電場(chǎng)強(qiáng)度可以同物質(zhì)中束縛電子的庫(kù)侖場(chǎng)相比較時(shí)，可觀察到物質(zhì)與強(qiáng)相干光相互作用的一系列新的光學(xué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為非線性光學(xué)現(xiàn)象）2023/2/317信息光電子技術(shù)與器件光電子器件光源器件光傳輸器件光控制器件光探測(cè)器件光存儲(chǔ)器件光盤(pán)調(diào)制器偏轉(zhuǎn)器光開(kāi)關(guān)光雙穩(wěn)器件光電導(dǎo)型光伏型熱伏型各種傳感器相干光源非相干光源光學(xué)元件光纖2023/2/318?光源調(diào)制傳輸探測(cè)成像顯示2023/2/3192023/2/320

光電子技術(shù)涉及的主要內(nèi)容包括：1激光技術(shù)及其相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)—光子產(chǎn)生、控制2波導(dǎo)技術(shù)—光子傳輸3光子檢測(cè)技術(shù)—光子探測(cè)和光譜分析4光計(jì)算與信息處理技術(shù)（光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、激光雷達(dá)、光制導(dǎo)、光陀螺）5光存儲(chǔ)技術(shù)6光子顯示技術(shù)7光子加工與光子生物技術(shù)-光子物質(zhì)相互作用2023/2/321光電子技術(shù)應(yīng)用光纖通信、傳輸光信息處理分光分析光應(yīng)用計(jì)算光空間傳輸長(zhǎng)距離、大容量、寬帶數(shù)字通信模擬通信局域網(wǎng)通信太陽(yáng)光的光纖照明光盤(pán)存儲(chǔ)器、全息照相存儲(chǔ)器光視頻盤(pán)、光音頻盤(pán)二維信息處理匹配濾波器信息處理器、激光打印機(jī)、傳真機(jī)光計(jì)算機(jī)短距離簡(jiǎn)單圖象通信光遙感、光開(kāi)關(guān)光在線檢測(cè)激光雷達(dá)、激光陀螺、激光傳感光纖傳感系統(tǒng)精密測(cè)量、全息測(cè)量、在線測(cè)量同步激光超精密分光分析大氣污染氣體分析、醫(yī)用氣體分析同位素濃度測(cè)定、同位素分析激光診斷微等離子體超快過(guò)程分析2023/2/322光纖通訊技術(shù)光導(dǎo)纖維：簡(jiǎn)稱“光纖”，是一種能利用光的全反射作用來(lái)傳導(dǎo)光線的透明度極高的玻璃纖維。2023/2/323光電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該是同微電子學(xué)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行光電結(jié)合的信息傳輸與處理。2023/2/324光電成像技術(shù)：利用從軟X射線到亞毫米波段之間具有光學(xué)共性的電磁波段，研究以成像方式實(shí)現(xiàn)輻射信息探測(cè)、傳輸、處理與顯示的新理論、新技術(shù)