光电子学
光电信息科学与工程专业核心课程
光电信息科学与工程专业核心课程光电信息科学与工程专业是近年来迅速发展的一个交叉学科领域，在光电子技术和信息工程的基础上，深入研究光电器件与系统的设计、制造和应用。
作为光电信息科学与工程专业的核心课程，以下是一些重要的课程内容。
1.光电子学：光电子学是光电信息科学与工程专业的基础课程之一。
在这门课程中，学生将学习光的产生、传播、探测、测量以及与电子技术的结合等基本理论和技术。
课程内容包括光的波粒二象性、光的干涉、衍射和偏振等基本现象，以及光电器件的基本工作原理和光信号的调制、放大和检测等技术。
2.光电子器件与系统：这门课程主要介绍了光电器件的设计、制造和工作原理，以及光电系统的组成和性能评估等内容。
学生将学习光电器件的分类和特性，如半导体激光器、光电二极管、光电倍增管等，以及光电系统的光源、光路设计和系统参数优化等技术。
3.光学信息处理：光学信息处理是光电信息科学与工程专业的另一门核心课程。
该课程主要讲解用光学方法进行图像处理、光子计算、光学存储和光学通信等相关技术。
学生将学习光学信息处理的基本理论和方法，如傅里叶光学、相干光处理、光学图像处理和光学存储器等。
4.激光技术与应用：激光技术与应用是光电信息科学与工程专业中的一门重要课程，该课程主要介绍了激光的产生原理、激光的放大和调谐技术，以及激光在材料加工、医疗、通信等领域的应用。
学生将学习激光器件的设计与制造方法，包括半导体激光器、固体激光器和气体激光器等。
5.光通信与光网络：随着信息技术的发展，光通信和光网络成为光电信息科学与工程专业中的热点领域。
在这门课程中，学生将学习光通信系统的基本原理和技术，如光纤传输、光波分复用和光网络结构等。
此外，还将介绍光纤传感和光微纳电子等相关技术的应用。
以上是光电信息科学与工程专业的一些核心课程。
通过学习这些课程，学生将掌握光电子学和信息工程的基础理论和实践技术，为光电信息科学与工程领域的进一步研究和应用打下坚实的基础。
光电子学的概念与原理
光电子学的概念与原理光电子学（Photonics）是现代科学技术中的一个新兴学科，它以光子（Photon）为研究对象，涉及光子的产生、传输、控制、检测和应用等方面。
在当今世界经济发展趋势下，光电子技术的发展日趋重要，已成为现代高技术产业的重要组成部分。
本文将从概念、原理和应用三个方面来介绍光电子学的基本知识。
一、概念光电子学，指研究光子及其与物质的相互作用规律和光电器件的理论、制备和应用的科学、技术学科。
它是光学和电子学的融合，与现有技术学科如半导体、微电子、电信、计算机和信息等学科紧密关联。
光电子学研究内容广泛，包括光电器件的研制、光电材料的研究、光电信号处理与传输技术、光纤通信、激光技术、光学信息处理、光学成像与探测、光量子计算等方面。
光电子学的研究内容主要涉及光源、光物质相互作用、光信息的采集与处理以及光信息的传输。
光源是光电子学的基础，目前主要有半导体激光、固体激光、气体激光、光发光二极管等。
光物质相互作用是光电子技术中最基本的问题之一。
对光的吸收、散射、反射、透射、衍射、偏振和干涉等现象进行研究，是光电子学的核心。
光信息处理与传输技术是发展光电子学的必要前提，其中最重要的技术是光纤通信，它是现代通讯技术中最重要的一种技术。
二、原理光电子技术的主要原理是光子产生、传输、控制和检测等方面。
光子是电磁波子，具有双重性，既可以表现为波动又可以表现为粒子。
光子的能量和频率之间有着固定的对应关系，而且可被用作信息的传递。
光电子技术利用光子的性质进行信息传输、处理和控制，是传统电子技术的一种拓展和延伸。
光电子技术中最重要的设备是激光器。
激光器的基本原理是利用能量较高的电子通过自发辐射的方式与外界辐射场相互作用，激发后逐渐发生受激辐射，产生光子。
其能量、频率和发射方向都与外界辐射场的特性有关。
通过调制和控制激光光束的相关参数，可以实现光信号的产生、控制和处理。
三、应用光电子学的应用范围十分广泛，涵盖了通信、医疗、工业、能源、航空、军事等多个领域。
光电子学整理1-4
17 光纤的色散包括哪几部分？单模光纤和多模 光纤分别以哪几种色散为主？
18 费马原理
20 用射线分析方法讨论阶跃光纤中导波成立条 件所代表的意义。
21、阶跃型光纤主要弱点是什么？产生的原因是什 么？用什么办法克服？
克服办法： 渐变型光纤
22、为什么要采用复杂的电磁波模式理论研究 光纤？
四能级比三能级系统效率高。
§2-1粒子数反转分布 一、激发态能级寿命 二、粒子数密度的差值
§2-2光在介质中小信号增益Hale Waihona Puke 1. 三能级系统 2. 四能级系统
§2-3介子中增益饱和与烧孔效应
三、三能级系统与四能级系统
克服三能级缺点， 易粒子反转。 问题：为什么四 能级比三能级易 粒子数反转？
E0基态，E1, E2, E3激发态，激励，基态粒子跃到E3, E3停短t， 无辐射跃E2，E2粒子积累。 E1，热平衡粒子少；
第一种答案
5.受激辐射与自发辐射的区别
第二种答案
6.激光单色性好原因？
• 受激发射光子与入射光子相同
7.什么是粒子数反转?
8.介质实现能级间粒子数反转条件
§2-1粒子数反转分布 一、激发态能级寿命 二、粒子数密度的差值
§2-2光在介质中小信号增益 1. 三能级系统 2. 四能级系统
§2-3介子中增益饱和与烧孔效应
好好学习，天天上上
03电子科学与技术Company Logo
13.谈谈新型激光器——量子级联激光器（QCLs）的工作 原理 量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同，它 打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制， 其发光波长由半导体能隙来决定。QCL受激辐射过程只有电子参 与，其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引 起的分离电子态之间产生粒子数反转，从而实现单电子注入的多 光子输出，并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光 波长。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程， 电子从高能级跳跃到低能级过程中，不但没有损失，还可以注入 到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子 “循环”起来，从而造就了一种令人惊叹的激光器。
自然科学知识：光电子学和微电子学
自然科学知识：光电子学和微电子学光电子学和微电子学自然科学是指探究自然界中事物规律的一门学科。
其中，最为关键的一类学科就是物理学。
在物理学的基础上，涉及到光电子学和微电子学两个深入研究的分支。
光电子学主要研究光和电子之间的相互作用，而微电子学主要关注微型电器件和电子元器件的制造和应用。
本文将简单介绍这两个分支，同时也将提供一些相关的实际应用实例。
光电子学光电子学是物理学中的一个分支，它研究的是光和电子之间的相互作用。
具体来说，光电子学主要涉及到以下几个领域：1.光电子发射：指的是当光照射到固体表面时，电子被激发出来的现象。
这个现象是通过光子将能量传递给电子来实现的。
2.光电效应：指的是当光照射到物质表面时，该物质开始发射电子的现象。
这个现象是通过光子将能量传递给电子来实现的。
3.光电二极管：是一种将光转换为电信号的装置，它将光子转换为电子，从而形成电信号。
4.光电倍增管：是一种测量光子积分强度的技术，它主要用于测量光子的数量和强度。
5.光电显示器：是一种用于显示图像的装置，它将光转换为电信号，并以图像的形式在显示屏上显示。
6.光电传感器：是一种通过感知光得到感应信号的传感器，它可以被应用于测量光功率、测量光强度等等。
光电子学的应用非常广泛，从娱乐到通讯，从医疗到环保都有更多的应用。
例如，太阳能电池板使用光电子学原理将光转换为电能；光纤通信使用光子学技术将数据信号转换为光信号，通过光纤传输；光电显微镜使用光电子学技术来观察细胞和组织的分子结构。
微电子学微电子学是一种在微观尺度下制造和应用电子元器件的学科。
它主要研究用于制造集成电路和微型电器件的技术。
在微观尺度下，电子元器件变得非常小，因此需要一种特殊的制造工艺——微电子制造工艺。
目前，微电子学有以下几个主要分支：1.集成电路制造技术：将微型电路的工艺集成在一个单一芯片上，从而实现功能的最大化。
2.纳米电子学：制造尺寸小于100纳米的电子元器件，利用纳米级电子材料的特性。
光电子学常见问答全解
1. 光电子学? 光电子学是在电子学的基础上吸收了光技术而形成的一门新兴学科，光电子学是电子技术在光频波段的延续与发展。
是研究光频电磁波场与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的学科，一般理解为“利用光的电子学”。
是研究红外光、可见光、紫外光、X-射线直至γ射线波段范围内的光波、电子的科学，是研究运用光子、电子的特性，通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的一门科学。
2. 请说明光电子学具备的特征。
光电子学是是研究光频电磁波场与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的学科，一般理解为“利用光的电子学”。
是通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的一门科学。
3. 光电子学所研究电磁波的波长和频率范围? 光电子学是研究红外光、可见光、紫外光、X-射线直至γ射线波段范围内的光波、电子的科学，是研究运用光子、电子的特性。
4. “3T”的含义? 信息的容量今后要达到十的十二次方的位。
1信息传输的速率达到每秒太位，即Tb/s。
2 信息存储的密度，达到一个Tb, 即Tb/cm2。
3 信号的频率要达到十的十二次方赫兹, 即THz。
5. 信息存储、传输的媒介为什么要由电子向光子过渡？在信息科技领域，电子学作出了巨大的贡献，但由于其信息属性的局限性而使其进一步发展无论在速度、容量还是在空间相容性上都受到限制，而光子的信息属性却表现出巨大的无可争辨的优越性。
光子器件可达10-9~10-12~10-15s;光波频率在1014~1015Hz范围，光子器件通信容量增大1000倍；光子间互不干涉，具有并行处理信息的能力，大幅度提高信息的处理速度；提高光存储的记录密度。
1.光的波粒二向性，光的本性是什么？光可以被看做是波动性和粒子性矛盾的统一体。
它是一系列的波，是频率为ν的电磁波；同时又是光子的集合，定频率的光对应一定能量的光子。
光的本质是电磁波。
2.电磁光波辐射源？光波的辐射主要是原子最外层电子或弱束缚电子的加速运动产生的，因而原子的电偶极矩便是这种光辐射的主要波源。
光电子学完整PPT课件
.
未来是光通信的世界。
第一章 光波与电磁波
➢麦克斯韦方程组的积分形式 ➢高斯定理 斯托克斯定律 ➢麦克斯韦方程组的微分形式 ➢边界条件 ➢电磁波的性质 ➢电磁波谱
.
麦克斯韦方程组及其物理意义
E和H幅度成比例、复角相等
0E0 0H0
E H
电磁波的传播速度
v 1 k 00
C
1
00
3108.m/ s
介质中 真空中
为什么说光波是电磁波?
1) 根据麦氏方程推导, 电磁波在真空中的速度为
c 1 3.107 140 8ms
00
当时通过实验测得的真空中的光速也为 3108 m s
2) 根据麦氏方程: 电磁波在介质中的速度为
玻尔频率条件： h En Em 或 En Em
h
式中h为普郎克常数：
h 6 .6 2 1 3 0 J 4s
.
激光的基本原理、特性和应用 ——玻尔假说
原子能级
原子从高能级向低能 级跃迁时，相当于光 的发射过程；而从低 能级向高能级跃迁时， 相当于光的吸收过程； 两个相反的过程都满 足玻尔条件。
（对于非铁磁质）
v c
根据光学中折射率的定义，则
.
v c
nc vc vn
为什么说光波是电磁波?
如果光波是电磁波，比较上面两式：
v c 和v c
n
n
麦克斯韦 关系式
➢而当时测得的无极分子物质，按上式计算的折射率与测量的折射率 能很好的符合。 ➢当时测得的为有极分子物质，上式中的ε用光波频率时的值，则上式 就成立了。平时ε在低频电场下测量。 ➢所以麦克斯韦判定，光波是电磁波。
物理学中的光电子学
物理学中的光电子学光电子学是研究光与物质相互作用所产生的电子现象的科学，它主要研究电磁波与物质相互作用所产生的电子的行为、性质、应用以及理论。
被广泛应用于无线通讯、太阳能电池、光电传感、激光器等领域。
它是物理学、电子学、材料科学、化学等学科的交叉领域。
光电效应是光电子学的基础之一。
1899年，黑尔茨发现紫外线照射在金属表面可产生电荷，在1912年，爱因斯坦由研究暗芯片的电信道理论和光的波粒二重性理论推导出了光电效应公式——光子的能量等于电子的焦耳能加金属表面的电势屏障。
爱因斯坦的理论成果为光电效应的应用奠定了基础，引领了光电子学的发展并为物理学提供了重要的理论支持。
光电子学中还有一个重要的概念——波粒二象性。
物质在某些情况下表现为波的本性，而在另外的一些情况下则表现为粒子的本性。
在与光的相互作用时，电子的行为与光同时具备波的和粒子的特性。
这种性质被称为波粒二象性，是目前许多物理现象无法用单一的模型来解释的原因之一。
除了光电效应和波粒二象性，光电子学中还有许多重要的研究内容。
例如：飞秒激光研究、量子点激光器等。
其中，飞秒激光技术已经得到了广泛的应用。
由于飞秒激光的时间尺度非常短暂，因此我们可以在这种极短的时间内对物质进行高精度的探测，这是其他技术所无法做到的。
飞秒激光技术在化学、材料科学、光子学等领域的应用非常广泛。
另外，量子点激光器也是光电子学中的一项重要研究内容。
量子点可以看作是介于原子和固体之间的一种物质结构。
它具有许多特殊的物理性质，例如发光性、电导率等。
量子点激光器将量子点作为激光材料，可以产生出非常精细的光，同时量子点激光器还具有体积小、能耗低等优点，因此在通信领域、太阳能电池等方面得到了广泛的应用。
总体来说，光电子学是一门非常重要的学科，它的研究成果已经得到了广泛的应用。
尽管其基础理论有些抽象，但实际上，光电子学已经成为了解释许多物理现象和开发高技术产业的一个不可或缺的工具。
光电子学的基础知识解读
光电子学的基础知识解读光电子学是研究光与电之间相互转换的物理学科，它是光学、电子学和信息学的交叉学科。
从古代的光现象开始，人们对光的认识逐渐深入，科学家们不断地将光和电联系起来，逐步形成了光电子学这一学科。
接下来，我将具体地介绍光电子学的基础知识。
光电效应光电效应是光电子学中的一个基础概念，它是指当光照射到一些物质表面时，这些物质表面就会发射出一些电子。
这些被发射出来的电子称为光电子，光电效应也被称为外光电效应。
光电效应是基于原子的能级结构理论解释。
当光照射到物质表面时，如果光子的能量大于某些原子的内层电子的结合能，那么光子就能将这些电子从原子中释放出来。
如果这些光电子被捕获在一个电场中，那么它们就能够形成电流，这个现象也就成为内光电效应。
光电效应在光电子学中有着广泛的应用，例如在激光器中，通过使用光电效应可以将输入的电信号转换成输出的光信号。
光电倍增管光电倍增管是一种基于光电效应工作的物理器件，其主要作用是将光信号转换成电信号，进而增强电子信号的强度。
光电倍增管的基本结构是由一个玻璃管与两个头端组成。
这个管内部充满了一个真空环境，并且里面还有一个阳极和一个阴极。
当光子进入玻璃管后，它们就会与管壁内的相机器反应，从而将电子释放出来。
这些电子被阳极和阴极之间的电场加速，从而形成电子倍增效应，电信号也就随之增强。
光电倍增管广泛应用于科学研究、医学诊断和工业检测等领域，例如夜视仪、粒子探测器以及化学分析仪器，都有着光电倍增管的应用。
光电子器件光电子器件是指利用物质与光的相互作用，来实现电子信息输入、输出、处理等功能的器件。
最常用的光电子器件就是光敏器件，它是一种能够将光能转换成电能的器件。
光敏器件主要包括光电二极管、光电晶体管、光电子发射器等等。
这些器件在光电子学中得到了广泛的应用，并成为了通信、计算机、医疗电子设备、环境检测和安全监控等领域的重要组成部分。
总结光电子学的基础知识主要涉及光电效应、光电倍增管和光电子器件等方面。
光电子学文档
光电子学1. 介绍光电子学是研究光和电子相互作用的科学领域。
它涵盖了光的产生、传播、检测以及相关的电子器件和技术。
光电子学的发展在当代科学与技术中具有重要的地位。
它在光通信、太阳能电池、光储存器件、光传感器等领域有着广泛的应用。
2. 光子与光的产生光电子学的基础是研究光子的性质和光的产生机制。
光子是光的最基本的单位，它既具有粒子的性质，也具有波动的性质。
光可以通过一系列的物理过程产生，包括自发辐射、受激辐射和受激吸收等。
自发辐射是指物质在基态下自发地发射光子。
受激辐射是指物质由于受到外界光的激发而发射光子。
受激吸收是指物质在受到外界光的作用下吸收光子，从而使自身处于激发态。
3. 光的传播与检测光的传播是指光在介质中的传播过程。
光在传播过程中会受到折射、衍射、散射等影响。
光的传播特性对于光电子器件的设计和性能有着重要的影响。
光的检测是指通过光传感器将光信号转换为电信号的过程。
光传感器是利用光电效应将光能转换为电能的器件。
常见的光传感器包括光敏二极管、光电二极管、光电倍增管等。
4. 光电子器件和应用光电子学研究的一个重要方向是开发和应用光电子器件。
光电子器件是利用光电效应、激光效应等原理设计制造的器件。
常见的光电子器件包括光电二极管、激光器、太阳能电池等。
其中，光电二极管是一种将光能转换为电能的器件。
它常用于光通信、光谱分析、光电测量等领域。
激光器是一种通过受激辐射产生高能单色光的器件。
它在激光加工、光纤通信等领域有着广泛的应用。
太阳能电池则是利用光电效应将太阳能转换为电能的器件。
它是实现清洁能源的重要技术之一。
5. 光电子学的发展趋势光电子学作为一门交叉学科，其发展一直与材料科学、微电子技术等领域密切相关。
随着科学技术的不断进步，光电子学的研究也在不断推动着相关领域的发展。
未来的发展趋势包括光子晶体、纳米光电子器件、量子光电子学等方向。
光子晶体是一种利用周期性微结构控制光的传播和辐射的新型材料。
纳米光电子器件是利用纳米技术制造的小型化、高效率的光电子器件。
光电子学第一章
一、光波和光子
光的粒子性—光子
光是粒子 它具有能量E 和动量P
按爱因斯坦假设 能量 E=h，因为E=mc2
P E h h
子运动，使其减速，从而降
光学粘胶的实验系统
低了原子温度。
1995年，24pK(2.4×10-11K)
一、光波和光子
日本的“伊卡洛斯”太阳帆
“太阳帆”是“依靠太阳辐射加速的星 际风筝-飞行器 ”的缩写，发音听起来
很像是希腊神话人物伊卡洛斯 （Icarus），他曾借助鸟羽飞翔。
美国“光帆1号”
由特种铝材和太空塑料制成，总重量 不超过4.5公斤。由四个小帆板组成， 530．93平方米，厚度小于50μm，光压
h h 1.781010 (米)
2mE 2mk BT
常温下中子的波长大约比光波长小三个数量级。
一、光波和光子
粒子的波动性
速度为10米/秒的棒球，质量为1.0kg。试求其德布洛
意波长?
h p
h mv
6.61034焦耳 秒 1.010千克米/ 秒
6.6 1035 米
电子显微镜的线分辨率约等于德布洛意波长，使用的 电压为100仟伏，求这台电子显微镜的理论极限?
光子动量：
c c
光子质量： m E h 1
c2 c
光子质量与波长成反比
一、光波和光子
粒子的波动性
1924年法国物理学家德布洛意(de Broglie)在光的二象性的 启发下，提出实物粒子，例如：电子、原子、中子等也具 有波粒二象性的假设。粒子的能量E和动量P与 “粒子波” 的频率ν和波长λ之间，德布洛意借用了光子的波粒二象关 系式把物质波也表示为：
光电子学
光电子学：由光学和电子学结合形成的技术学科。
电磁波范围包括X射线、紫外光、可见光和红外线。
光电子学涉及将这些辐射的光图像、信号或能量转换成电信号或电能，并进行处理或传送；有时则将电信号再转换成光信号或光图像。
光电子技术：由光子技术和电子技术结合而成的新技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术非线性光学：现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。
激光问世之前，基本上是研究弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常量，介质的极化强度正比于光波的电场强度E，光波叠加时遵守线性叠加原理（见光的独立传播原理）。
在上述条件下研究光学问题称为线性光学。
对很强的激光，例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时，光与介质的相互作用将产生非线性效应，反映介质性质的物理量（如极化强度等）不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致线性光学中不明显的许多新现象。
强光光学效应：强相干光辐射与物质相互作用过程中的各种非线性光学效应。
电光效应：所谓电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象。
电光效应是在外加电场作用下，物体的光学性质所发生的各种变化的统称。
与光的频率相比，通常这一外加电场随时间的变化非常缓慢。
新的科学技术的出现和发展，磁光效应越来越受到重视，在研究的广度和深度上都有了极大的提升。
磁光效应是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象。
包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等。
这些效应均起源于物质的磁化，反映了光与物质磁性间的联系。
弹光效应：当外力或振动作用于弹性体产生应变时，弹性体的折射率发生变化，呈现双折射性质，这种有内应力的透明介质中o光和e光折射率不相等，它与应力分布有关。
这种现象即为光弹性效应。
半导体光电子学：半导体光电子学是研究半导体中光子与电子相互作用、光能与电能相互转换的一门科学，涉及量子力学、固体物理、半导体物理等一些基础物理，也关联着半导体光电子材料及其相关器件，在信息和能源等领域有着广泛的应用。
1光电子学简介
短波长~长波长 多模光纤~单模光纤 AlGaAs/GaAs~InGaAsP/InP 波分复用(WDM) 相干通信 光电子集成(OEIC)
三项新技术:
自1970年美国康宁公司研制出石英玻璃光导纤 维后，同年贝尔又试制成半导体激光器，这两 项新技术的结合，开创了光信息传输的新时代。 尽管玻璃光纤具有上述一系列优点，但它有一 个致命的弱点就是强度低，抗挠曲性能差，而 且抗辐射性能也不好。因此，近20多年来，科 学家们一直没有停止过对塑料光纤的探索。 塑料光纤（Plastic Optical Fiber 简称POF）， 又称聚合物光纤（Polymer Optical Fiber,亦简称 POF），是采用聚合物材料或有机材料制备而 成的可传导光功率的传输线。
激光技术开辟了崭新的军事应用，包括：
激光瞄准、制导、测距 激光雷达 激光陀螺 激光引信 激光致盲传感器 高能强激光武器等。
ABL
激光应用本身及其提供的研究手段又促进了物理学的发展
非线性光学成为一个重要研究领域：激光与介质（含大 气）相互作用时产生各种非线性效应的物理本质和规律。
参考文献： 1、Introduction to Optical Electronics, Amnon Yariv, Holt. Rinhart and Winston, 1976, 第二版 2、光电学导论,（上面中译本）A.雅里夫著， 李宗崎译，高鼎三校，科学出版社，1983 3、光波电子学, 董孝义著，南开大学出版社， 1987 4、光电子技术基础, 彭江德主编，清华大学 出版社，1988 5、激光物理, 蓝信炬主编，湖南科学技术出 版社，1981。 (电光、声光、光纤部分）
POF分类方法 按折射率结构： 阶跃折射率分布型SI POF 渐变折射率分布型GI POF； 聚苯乙烯PS 芯POF、 按芯材分类： 聚甲基丙烯酸甲酯PMMA芯POF等； 按光纤发光特性分类： 侧面发光(Side-Lit或Side-Light )POF （简称SL POF）、 端发光(End-Lit 或End-Light)POF (简称EL POF)； 按POF直径分类； 大芯径(Large-core)POF(简称LC POF) 小芯径POF。
光电子学与光电器件
光电子学与光电器件光电子学是研究光与电子之间相互作用的学科，它融合了光学、电子学和信息科学等多个领域的知识。
光电器件作为光电子学的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将介绍光电子学的基本原理及其应用，并重点探讨了一些常见的光电器件。
一、光电子学的基本原理光电子学研究的核心是光与电子之间的相互作用。
光是由电磁波组成的，其特点是具有波粒二象性。
光电子学主要研究光与物质之间的相互作用过程，其中最重要的是光电效应。
光电效应是指在光的作用下，物质中的电子被激发或释放的过程。
根据光电效应的不同特性，可以将光电子学分为光电发射、光电检测和光电调制等方向。
光电发射是指通过光照射物质表面，使其释放出电子的过程。
其中最典型的例子是光电子倍增管（Photomultiplier Tube，PMT），它利用光电效应将光能转化为电能。
PMT是一种能够将微弱光信号转换为可观测电流的光电转换器件，广泛应用于光谱分析、光生物学等领域。
光电检测是指利用光电效应检测光的强度和其他相关参数。
光敏二极管（Photodiode）是一种常见的光电检测器件，它的基本原理是光照射到PN结时产生电荷对，从而形成电流。
光敏二极管具有响应速度快、灵敏度高和尺寸小等优点，应用广泛，如光通信、光电测量等领域。
光电调制是指利用外界电场对光的特性进行调节的过程。
光电调制器件一般是通过应用电压改变其屈折率或透过率来实现对光信号的调制。
其中最常见的是光电调制器（Electro-Optic Modulator），它在光通信和光纤通信系统中起到了非常重要的作用。
二、光电器件的应用光电器件具有广泛的应用前景，涉及到各个领域。
以下是一些常见的光电器件及其应用举例：1. 激光器（Laser）：激光器是光电子学中最重要的器件之一，它具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光器在科学研究、医学治疗、通信传输等方面都有广泛应用。
2. 光纤（Optical Fiber）：光纤是一种能够传输光信号的细长柔性材料。
光电子学 教学大纲
光电子学教学大纲1. 课程概述光电子学是一门研究光与电子相互作用以及光电子器件的原理与应用的学科。
本课程旨在介绍光电子学的基本概念、原理和技术，培养学生的光电子学思维和实验技能。
2. 教学目标2.1 掌握光电子学的基本概念和原理；2.2 理解光电子器件的工作原理及其应用领域；2.3 培养学生的科学研究和实验设计能力；2.4 培养学生的团队合作和创新精神。
3. 教学内容3.1 光电子学导论3.1.1 光电子学的发展历程3.1.2 光的基本性质与量子光学3.1.3 光与物质的相互作用3.2 光电子器件3.2.1 光电子器件的分类及基本原理3.2.2 光电二极管和光电导电元件3.2.3 光伏电池和光发电技术3.2.4 光电探测器和光电放大器3.2.5 光波导与光纤通信3.3 光电子技术与应用3.3.1 激光技术与应用3.3.2 光通信与光存储技术3.3.3 光电显示与光电传感技术3.3.4 光电测量技术与光电子显微镜4. 教学方法4.1 讲授通过教师讲解、课件展示等方式，传授光电子学的知识和原理。
4.2 实验设计和开展与光电子学相关的实验，培养学生的实验技能和科研能力。
4.3 讨论以问题为导向，鼓励学生参与讨论，提高学生的思辨能力和解决问题的能力。
4.4 小组项目分小组开展光电子学相关的项目研究，培养学生的团队合作和创新精神。
5. 评价方式5.1 平时成绩包括课堂表现、实验报告、小组项目等。
5.2 期中考试考核学生对光电子学基本概念、原理和技术的掌握程度。
5.3 期末考试考核学生对整个课程的综合掌握程度和综合能力。
6. 参考教材6.1 “光电子学导论” 张明明著6.2 “光电子器件与光通信” 李晓宇著6.3 “激光原理与技术” 王丽著7. 实验设计7.1 光电二极管特性及应用实验通过实验探究光电二极管的基本特性，并设计一个基于光电二极管的光电开关。
7.2 激光器的调谐特性实验实验调谐不同工作波长的激光器，并观察其输出功率和波长的关系。
光电子学与光电子技术
光电子学与光电子技术光电子学是一门研究光与电子相互作用及其应用的学科，是物理学、光学、电子学交叉的学科。
光电子技术则是指应用光电子学在各种领域中解决问题和完成任务的技术手段。
光电子学及其技术已经广泛应用于通讯、信息处理、医学、工业自动化、能源、生态和环境保护等领域，成为现代社会必不可少的重要领域之一。
一、光电子学的原理和发展光电子学的核心内容是光与电子的相互作用。
早在19世纪末期，光电效应被发现，并将被授予诺贝尔物理学奖。
在光子物理学和半导体物理学的基础下，光电子学得到进一步的发展。
20世纪60年代中期，激光的出现使光电子学有了新的突破。
随着技术的进一步发展和性能的提高，光电子学在光通信、光信息处理、太阳能电池等领域得到了广泛应用。
二、光电子技术的应用1.通讯光电子技术在通讯领域发挥着重要作用。
光纤通信技术是通过将信息转换为高速光信号，并通过光纤传输的技术来实现远距离信息传输的。
由于光信号传输具有超高速、低噪声、免受电磁干扰等优点，因此在当前通讯中得到广泛应用。
2.信息处理光电子技术在信息处理领域的应用主要包括光学计算、光学存储等领域。
量子计算已经成为业界的焦点之一，光子计算是其中的研究热点之一，光电子技术在其中扮演了十分重要的角色。
3.医学光电子技术在医学领域的应用也十分广泛，尤其是在医疗影像技术中。
以医院的X光片扫描技术为例，利用灵敏的CCD或CMOS摄像器件阵列和光电转换器组成的光电传感系统，高效地完成了影像的数字化、记录、分析和存储。
4.工业自动化光电子技术在工业领域的应用主要是通过传感器和成像装置来实现工业自动化的目标。
例如，利用光电传感器采集机器人周围的图像，并通过光电转换技术转换为数字信号和电信号，控制机器人动作和完成特定任务。
5.能源太阳能电池是光电子技术在能源领域的应用之一。
在太阳辐射作用下，太阳能电池板会将光能转化为电能，这种光电转换技术是目前可再生能源技术中的一种重要技术。
光电子学的基本概念及应用
光电子学的基本概念及应用光电子学是物理学中的一个重要分支，研究光和电子的相互作用、光的产生、传播、检测和控制以及光电转换等相关问题，是现代科学技术中不可或缺的一部分。
本文将简单介绍光电子学的基本概念及应用。
一、光电效应光电效应是光电子学中最基本的现象之一。
光电效应指的是当光照射到金属表面时，金属会发射出电子的现象。
这些电子被称作光电子，它们的动能取决于光的能量和金属的电子亲和力。
光电效应的发现为理解光的本质和电子的运动提供了重要的线索，同时也为发展光电子学提供了基础。
二、半导体光电效应半导体光电效应指的是由于半导体材料的半导特性，当半导体材料被光照射时，半导体中的电子会被激发起来。
这些激发的电子被称为光生载流子，它们可以流动产生电流。
半导体光电效应的应用包括光电二极管、太阳能电池等。
三、光电器件光电器件是光电子学的一个重要应用领域，它指的是利用光电效应和半导体光电效应等现象制造的电子器件。
其中常用的光电器件包括光电二极管、光电倍增管、光电子枪等。
这些器件可以用于光通讯、光测量等方面的应用。
四、激光激光是光学领域中的一项重要技术，它是通过放大一束光，使其在空间中形成一束高度集中的光束。
激光光束具有单色性、亮度高等优点，因此在通信、制造、医疗、材料加工等领域都有广泛的应用。
激光也是半导体器件的一个重要应用领域，包括激光器、光电调制器等。
五、光纤通信光纤通信是利用光作为信息传输媒介的通信技术，是一种高速率、远距离传输的通信方式。
光纤通信的核心是光纤，它是一种能够将光信号传输到远距离的透明材料。
光纤通信在近年来得到了广泛发展，成为现代通信的主要手段之一。
光电子学是一个重要的交叉学科领域，涉及到物理学、半导体技术、光学等多个学科。
本文简要介绍了光电子学的基本概念及应用，包括光电效应、半导体光电效应、光电器件、激光和光纤通信。
未来，光电子学将有更广泛的应用领域和更深入的研究，为人类的科技发展和生活带来更大的贡献。
光电子学的基本概念和应用
光电子学的基本概念和应用光电子学是研究光与电子相互作用的学科，其中光的能量被转化成电子的能量。
在光电子学中，光子作为粒子和波的两种性质，被用于探测、传输、处理和存储信息。
本文将讨论光电子学的基本概念和应用。
一、光电子学的基本概念1、光二极管光二极管，也叫作光电二极管，在光照射下产生电信号。
这种器件具有快速响应、高增益、低噪声和宽带宽等特点，广泛应用于光电子测量、通信、自动化和生物医学等领域。
2、光伏效应光伏效应是指当光照射在半导体材料表面时，将导致电荷的分离和积聚。
这个过程会在产生电流、电势和电荷密度等方面带来影响。
利用光伏效应，太阳能电池和其他光电子设备被制造出来了。
3、激光激光是一种具有明亮、单色和集中的光束。
激光器的工作原理是将光能累积在物质中，并产生受激辐射和光放大的效应。
激光被应用于通信、医学、制造和防御等领域。
4、光学磁盘光学磁盘是一种通过光读取信息的储存设备，利用了激光和光伏效应的原理。
光学磁盘包括CD、DVD和蓝光光盘等类型，以高密度、长期稳定性和易携带性等特点，被广泛应用于音像资料、电子书和软件等内容的存储和传输。
二、光电子学的应用1、太阳能电池太阳能电池是将光能转化为电能的光电子设备。
它通过利用光伏效应，将太阳能直接转化为电能，其优点包括无污染、可重复使用和长期寿命等。
太阳能电池被广泛用于太阳能电站、无线电子设备和航空航天领域等。
2、光导纤维通信光导纤维是一种将信号通过光传输的电子设备。
它的传输速度快、电磁干扰小，不会受到长距离传输的影响。
光导纤维通信是现代通信技术的主要组成部分，被广泛应用于商业、教育和政府等领域。
3、激光医学激光医学是一种利用激光技术进行疾病诊断和治疗的医疗手段。
它具有无创、无痛、快速和准确等优点，被广泛应用于眼科、皮肤和牙科等领域。
激光医学在癌症治疗和外科手术中也有广泛的应用。
4、光学制造光学制造是一种利用激光进行精密加工和制造的生产技术。
光学制造的应用范围广泛，包括半导体加工、锻造、烧结、焊接、切割和打标等制造行业。
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Polarization of Light
Units in Photometry
（光度测定）
• Units of brightness in photometry is Cd/m2(坎德拉每平方米）.
• Light output is measured in Lumens （流明）.
• A light source generating S lumens output over
• Light is an electromagnetic wave（电磁波）
• Light is also bunched with photons （光子） • Light has two important properties that are relevant to vision（视力） : color and brightness • A third important property of light is polarization LCD
• Unpolarized light（非偏振光） can be made polarized by passing it through a polarizer （偏光器）. • Common forms of polarization: linear polarization(线偏振) and circular polarization（圆偏振）
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Total Internal Reflection
For glass (n = 1.5) to air, θc
= 41.8o. Therefore a right
angle prism（棱镜） can be
for backlighting （逆光） of a LCD can be characterized by the
power radiated （辐射的）.
• Photometry perceived
（光度测定）
deals with measurement of
（感知的）
brightness according to the human eye.
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For light going from a material with refractive（折射的） index n1 to a medium with refractive index n2, the refraction angle is given by Snell’s law n2 sin φ For the case of n1> n2 , φ = 90 occurs at θ = θc . This is called the critical angle（临
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The human eye is sensitive only to visible light (400English in Optical Information 700nm). Science and Technology
界角） （斯奈尔法则）
Refraction at Interface
:n1 sin θ =
for total internal reflection (TIR)
（内全反射）.
sin θc = n2\ n1
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Color of Light
• The color of a light source is characterized by wavelength. Symbol（符号） of wavelength（波长） is λ. • Colour wavelength Red 600-700 nm; Green 520-570 nm; Blue 400-490 nm • For radiation with wavelength shorter than 400nm, it is called ultraviolet (UV)（紫外线）. Radiation beyond 700nm is called infrared (IR)（红外线）.
配合）
each other. The result is random （杂乱的，胡乱的）
polarization.
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（传播方向）
(xy-plane).
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Light wave（光波） are polarized when they are emitted. For a light source, there are billions and billions of emitters（发射器） which are not coordinated with（使协调，
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Periodic Table of Elements
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Reflection
（反射）
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
Light Intensity
• Radiometry
（强度）
and Brightness
（亮度）
（辐射线测定）
deals with （ 涉 及 、 处 理 ） absolute
measurement of light energy. Light power output （功率输出）
is measured in Watts（瓦特）. For example, the LED used
Electromagnetic spectrum
（电磁波谱）
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Light and Color
Fractions （部分的）of the original beam that are reflected, absorbed, and transmitted（传输）
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Optoelectronics
------Basic of optics and
(光学)
(光电子学)
semiconductor
(半导体)
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an area of A and radiating over a solid angle of Ω
has a brightness of S/A/Ω Cd/m2.
• There is a conversion（转换） from lumens to watts and vice versa（反之亦然） for all light source (Ocular response
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States of an Atom
（原子态）
ƒQuantum Mechanics（量子力学）: The allowed energy levels for an atom are discrete（分立的） (2 electrons with opposite spin（反向自旋） can occupy a state) ƒ When atoms are brought into close contact, these energy levels （能级）split（分裂） ƒ If there are a large number of atoms, the discrete energy levels form a “continuous”（连续的） band （能带）