《光电子技术基础》(第二版)Chap1
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光电子技术(第二版).首页
日本有评论认为“21世纪具有代表意义 的主导产业，第一是光子产业，第二是信息 通信产业……”。
我国政府也十分重视光电子技术和产业的 发展，已将它列入国民经济优先发展的领 域，把光电子产业列为国家重点发展计划 。
继王大恒等4位科学家倡导的“863”计划之
后，又开展了“973”计划，这两个高科技计
划的重点是光电子产业。
20世纪下半叶，激光及其相关技术的发展显示 出极大的优越性。
光子：也是信息和能量的载体。
光子携带信息：非接触、高精度地检测，光 信息的传输、探测、处理、显示、存储……
信息容量
光子 光频 1014 Hz
电子 微波 1010 Hz
响应能力
10-15 S, Tb/s
10- 9 S, Gb/s
互连与并行能力 存储能力
天然优势
无
三维存储，Tb/cm3 一、生和携带巨大能量；可进行高强度、超 精细的加工；激光武器；激光医疗……
1970年，荷兰科学家Poldervaart首次提出
“光子学”。 国际科技界普遍认为：
21世纪将是光子学世纪：光子学—光子技术— 光子产业。 然而，目前实用的光子器件集成度还很低，以光控 光还比较困难，而电子技术在这些方面早已成熟。 现阶段必须同时并用光子和电子，发挥它们各自的
●太阳能电池 ●光纤 光缆；集束光纤(图像光纤；光波导)等。
●光连接器 ●光无源器件 光隔离器；光衰减器；光合波分波器；光分路耦合器； 其它光无源器件（滤波器等）。
●光电路元器件 光开关；光调制器；光偏振器等。 ●其他光学元器件 光学IC；微型光学元器件等
（2）光学仪器、设备（以光学元器件为 主的仪器、设备）
课程简介 ：
本课程介绍光电子技术的理论和应用基础； 介绍光电子系统的光源、光调制、光探测、 光存储、光显示等器件原理、结构、应用技 术和新的发展 。进入21世记，光电子技术 发展迅速，在人类生产和生活中展现辉煌。 本课程特别选择对人类社会有重大影响的信 息、能源、公安国防、生物医学等领域，介 绍光电子技术的重要作用；介绍发展中的纳 米光电子技术，反映光电子科学与技术的发 展前沿。
我国政府也十分重视光电子技术和产业的 发展，已将它列入国民经济优先发展的领 域，把光电子产业列为国家重点发展计划 。
继王大恒等4位科学家倡导的“863”计划之
后，又开展了“973”计划，这两个高科技计
划的重点是光电子产业。
20世纪下半叶，激光及其相关技术的发展显示 出极大的优越性。
光子：也是信息和能量的载体。
光子携带信息：非接触、高精度地检测，光 信息的传输、探测、处理、显示、存储……
信息容量
光子 光频 1014 Hz
电子 微波 1010 Hz
响应能力
10-15 S, Tb/s
10- 9 S, Gb/s
互连与并行能力 存储能力
天然优势
无
三维存储，Tb/cm3 一、生和携带巨大能量；可进行高强度、超 精细的加工；激光武器；激光医疗……
1970年，荷兰科学家Poldervaart首次提出
“光子学”。 国际科技界普遍认为：
21世纪将是光子学世纪：光子学—光子技术— 光子产业。 然而，目前实用的光子器件集成度还很低，以光控 光还比较困难，而电子技术在这些方面早已成熟。 现阶段必须同时并用光子和电子，发挥它们各自的
●太阳能电池 ●光纤 光缆；集束光纤(图像光纤；光波导)等。
●光连接器 ●光无源器件 光隔离器；光衰减器；光合波分波器；光分路耦合器； 其它光无源器件（滤波器等）。
●光电路元器件 光开关；光调制器；光偏振器等。 ●其他光学元器件 光学IC；微型光学元器件等
（2）光学仪器、设备（以光学元器件为 主的仪器、设备）
课程简介 ：
本课程介绍光电子技术的理论和应用基础； 介绍光电子系统的光源、光调制、光探测、 光存储、光显示等器件原理、结构、应用技 术和新的发展 。进入21世记，光电子技术 发展迅速，在人类生产和生活中展现辉煌。 本课程特别选择对人类社会有重大影响的信 息、能源、公安国防、生物医学等领域，介 绍光电子技术的重要作用；介绍发展中的纳 米光电子技术，反映光电子科学与技术的发 展前沿。
《光电子技术基础》(第二版)Chap
光电效应定义
当光照射在物质上时，物质吸收光能并释放电 子的现象。
光电效应分类
包括外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。
光电效应原理
光子能量大于物质禁带宽度时，光子被吸收并使电子从价带跃迁至导带，形成 光电子。
光电器件的工作原理
光电子发射
当光照射在物质上时，电子从物质表面逸出的现 象。
光生电流
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光电器件受到光照时，产生光生电流的原理。
激光的波长与颜色
激光的波长取决于所使用的物质， 不同的物质产生不同波长的激光， 因此激光可以有多种颜色。
激光器的种类与结构
固体激光器
固体激光器使用固体材料作为增益介质，常见的有晶体和玻璃激光器。 其结构包括增益介质、泵浦源和光学谐振腔等部分。
气体激光器
气体激光器使用气体作为增益介质，常见的有氦氖激光器和二氧化碳 激光器。其结构包括放电管、反射镜和光学谐振腔等部分。
光通信系统的组成与原理
1 2
光源
用于产生光信号，常用的光源有激光器和发光二 极管。
光调制器
将电信号转换为光信号，常用的调制方式有直接 调制和间接调制。
3
光纤
传输光信号的介质，具有低损耗、高带宽等优点。
光通信系统的组成与原理
光检测器
将接收到的光信号转换为电信号，常用的检测器有光电二极管和 雪崩光电二极管。
射。
光的干涉与衍射
光的干涉
01
两束或多束相干光波在空间相遇时，会因相位差叠加产生干涉
现象。
光的衍射
02
光波在传播过程中遇到障碍物时，会绕过障碍物边缘产生衍射
现象。
干涉与衍射的应用
03
干涉和衍射现象在光学仪器、通信等领域有广泛应用，如干涉
当光照射在物质上时，物质吸收光能并释放电 子的现象。
光电效应分类
包括外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。
光电效应原理
光子能量大于物质禁带宽度时，光子被吸收并使电子从价带跃迁至导带，形成 光电子。
光电器件的工作原理
光电子发射
当光照射在物质上时，电子从物质表面逸出的现 象。
光生电流
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光电器件受到光照时，产生光生电流的原理。
激光的波长与颜色
激光的波长取决于所使用的物质， 不同的物质产生不同波长的激光， 因此激光可以有多种颜色。
激光器的种类与结构
固体激光器
固体激光器使用固体材料作为增益介质，常见的有晶体和玻璃激光器。 其结构包括增益介质、泵浦源和光学谐振腔等部分。
气体激光器
气体激光器使用气体作为增益介质，常见的有氦氖激光器和二氧化碳 激光器。其结构包括放电管、反射镜和光学谐振腔等部分。
光通信系统的组成与原理
1 2
光源
用于产生光信号，常用的光源有激光器和发光二 极管。
光调制器
将电信号转换为光信号，常用的调制方式有直接 调制和间接调制。
3
光纤
传输光信号的介质，具有低损耗、高带宽等优点。
光通信系统的组成与原理
光检测器
将接收到的光信号转换为电信号，常用的检测器有光电二极管和 雪崩光电二极管。
射。
光的干涉与衍射
光的干涉
01
两束或多束相干光波在空间相遇时，会因相位差叠加产生干涉
现象。
光的衍射
02
光波在传播过程中遇到障碍物时，会绕过障碍物边缘产生衍射
现象。
干涉与衍射的应用
03
干涉和衍射现象在光学仪器、通信等领域有广泛应用，如干涉
光电子技术（第二版）答案详解
光电⼦技术（第⼆版）答案详解光电⼦技术（第⼆版）答案详解第⼀章1. 设在半径为 R c 的圆盘中⼼法线上，距盘圆中⼼为 l 0处有⼀个辐射强度为 I e 的点源 S ，如图所⽰。
试计算该点源发射到盘圆的辐射2.如图所⽰，设⼩⾯源的⾯积为 A s ，辐射亮度为 L e ，⾯源法线与 l 0的夹⾓为 s ；被照⾯的⾯积为 A c ，到⾯源 A s 的距离为 l 0。
若 c 为辐射在被照⾯ A c 的⼊射⾓，试计算⼩⾯源在 A c 上产⽣的辐射3. 假如有⼀个按朗伯余弦定律发射辐射的⼤扩展源（如红外装置⾯对的天空背景），其各处的辐亮度 L e 均相同，试计算该扩展源在⾯积为 A d 的探测器表⾯上产⽣的辐照度。
Ied e解：因为 edd dS Rcdd2 r sin 0且21 ll 02 R c 2l0 l 02R 2照度。
dI eA r cos r de d 可得辐射通量： d e LL 解：亮度定义 :强度定义 : I e在给定⽅向上⽴体⾓为：A c cos c dcl 02cdeL e A s cos s cos cdA答：由 L edd dAcos得dL e d dAcos ，且 dA d cosl2功率2 1 cos所以 e I e d2 I e 1第 1.2As则在⼩⾯源在 A c 上辐射照度E e则辐照度：E e L e 0l22rdr2 2 0d L e e e0 2 2 2 0elr4.霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。
霓虹灯发的光是电致发光，在两端放置有电极的真空充⼊氖或氩等惰性⽓体，当两极间的电压增加到⼀定数值时，⽓体中的原⼦或离⼦受到被电场加速的电⼦的轰击，使原⼦中的电⼦受到激发。
当它由激发状态回复到正常状态会发光，这⼀过程称为电致发光过程。
6. 从⿊体辐射曲线图可以看出，不同温度下的⿊体辐射曲线的极⼤值处的波长m随温度T 的升⾼⽽减⼩。
试由普朗克热辐射公式导出T 常数m。
答：这⼀关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.898 10-3m?K。
《光电子技术基础》(第二版)
第8章 光通信无源器件技术
大家好
1
第8章 光通信无源器件技术
❖ 8.1光纤连接器 ❖ 8.2光衰减器 ❖ 8.3光耦合器 ❖ 8.4光波分复用器 ❖ 8.5光隔离器 ❖ 8.6 光开关
• 光纤通信、光纤传感及其他光纤应用领域不可缺少的光器件，
• 工作原理：遵守光线理论和电磁波理论， • 各项技术指标、计算公式、测试方大法家等好与纤维光学、集成光学息息相关。2
大家好
26
8.1.5光纤固定连接器（固定接头或接线子）
作用：
使一对或几对光纤之间形成永久性连接，
要求
要求损耗低、后向反射光小、操作简便、性能稳定。 对互换性、重复性没有要求
制作方法：
➢熔接法：应用最广。插损很小，无后向反射光，理想接头 ➢V形槽法：多芯连接。插损小，后向反射小，小巧、操作简 ➢毛细管法：插损小，一定后向反射光，小巧、操作简，适合野外作业 ➢套管法：插损小，一定后向反射光，小巧、操作简便，适合野外作业
大家好
10
8.1.2 影响插入损耗的各种因素(3)端面间隙损耗
❖ 由于光纤连接端面处存在间隙Z而引起的损耗 ❖ 多模渐变光纤在模式稳态分布时，端面间隙损耗：
ILZ 10lg14Za1nn0
n0：空气折射率，Z: 端面间隙。
❖ 单模光纤端面间隙Z引起的损耗：
IZ L 1 l1 g 0 Z 2 n 2 w 2 2 1
RL10lgPr (dB) P0
其中RL为插损，Pi 为输入端光功率， Pr为后向反射光功率。
• 回损越大越好，以减少反射光对光源和系统的影响。 • 典型值初期要求应不小于25dB，现要求不小于38dB。
大家好
5
8.1.1 光纤连接器主要指标—(3)重复性与互换性
大家好
1
第8章 光通信无源器件技术
❖ 8.1光纤连接器 ❖ 8.2光衰减器 ❖ 8.3光耦合器 ❖ 8.4光波分复用器 ❖ 8.5光隔离器 ❖ 8.6 光开关
• 光纤通信、光纤传感及其他光纤应用领域不可缺少的光器件，
• 工作原理：遵守光线理论和电磁波理论， • 各项技术指标、计算公式、测试方大法家等好与纤维光学、集成光学息息相关。2
大家好
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8.1.5光纤固定连接器（固定接头或接线子）
作用：
使一对或几对光纤之间形成永久性连接，
要求
要求损耗低、后向反射光小、操作简便、性能稳定。 对互换性、重复性没有要求
制作方法：
➢熔接法：应用最广。插损很小，无后向反射光，理想接头 ➢V形槽法：多芯连接。插损小，后向反射小，小巧、操作简 ➢毛细管法：插损小，一定后向反射光，小巧、操作简，适合野外作业 ➢套管法：插损小，一定后向反射光，小巧、操作简便，适合野外作业
大家好
10
8.1.2 影响插入损耗的各种因素(3)端面间隙损耗
❖ 由于光纤连接端面处存在间隙Z而引起的损耗 ❖ 多模渐变光纤在模式稳态分布时，端面间隙损耗：
ILZ 10lg14Za1nn0
n0：空气折射率，Z: 端面间隙。
❖ 单模光纤端面间隙Z引起的损耗：
IZ L 1 l1 g 0 Z 2 n 2 w 2 2 1
RL10lgPr (dB) P0
其中RL为插损，Pi 为输入端光功率， Pr为后向反射光功率。
• 回损越大越好，以减少反射光对光源和系统的影响。 • 典型值初期要求应不小于25dB，现要求不小于38dB。
大家好
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8.1.1 光纤连接器主要指标—(3)重复性与互换性
光电子技术基础第二版朱京平
4
光学基础知识——波粒二象性
难解释： （1）一束光入射到两种介质界面时，即发生反射，又发生 折射，何种情况发生反射，何种情况下发生折射？微粒说在 解释这一点时遇到了很大地困难。 （2）若光是由粒子组成，那么在光的传播过程中各个粒子 必将相互碰撞，进而改变原来的传播方向。 事实上，两束光相遇后，仍旧沿着原方向传播，该现象与微 粒说相悖。
3
章节基本要求
第一章：了解光电子技术的基本知识 （2个学时）
光 电 子 技 术 基 础
第二章：光学基础知识（2个学时）
第三章：激光原理与技术 （独立开课，不讲）
第四章：平面介质光波导中的光传播特性，光波导 的物理光学分析，光纤的基本知识（掌握，4个学时）
4
章节基本要求
第五章：光调制技术，电、声、磁光调制（重点， 8个学时） 第六章：光电探测技术（掌握，4个学时） 第七、九章：了解（各2个学时） 第八、十章：不讲
光 电 子 技 术 基 础
17
光电子技术——补充知识
亮度 （ cd / m ） 发光体在视线方向单位投影面积上的发光强度 亮度是指发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理 量，是一个主观的量
2
d
光 电 子 技 术 基 础
物理表达式：
d
dS
S
给定方向与单位面积元ds法线方向的夹角
简单的理解：亮度是指画面的明亮程度
6
光电子技术
光电子技术的特征：光源激光化，传播波导（光 纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和 电子学处理方法光学化
光 电 子 技 术 基 础
构成信息技术的两大支柱：光电子技术和微电子技 术
7
光电子技术发展史
20世纪： 1960年,美国物理学家西奥多· 梅曼发明了世界第 一台红宝石激光器。 70年代，以低损耗光纤的实现、半导体激光器的 成熟以及电荷耦合原件(Charge-coupled Device ,简 称CCD）的问世为标志，光信息技术蓬勃发展 80年代，超大功率量子阱阵列激光器的出现，促 使半导体光学双稳态功能器件的迅速发展 90年代，光纤无源和有源器件的出现，为光纤通 讯产业的发展了网络物理层基础
《光电子技术基础》(第二版)Chap1资料
光电子技术
Photoelectronics Technique
2018/12/2
1
参考教材
选用教材： 《光电子技术基础》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》阎吉祥等编，2006.8，北京理工 大学出版社。
X-ray
红外偏振成像的信噪比提高了30倍
2018/12/2 26
2018/12/2
13
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 。
2018/12/2
14
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。
2018/12/2
15
它是以光电子学为理论基础，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。
2018/12/2
16
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。 / L 优点：角分辨力高 距离分辨力高 R c / 2B 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）
Photoelectronics Technique
2018/12/2
1
参考教材
选用教材： 《光电子技术基础》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》阎吉祥等编，2006.8，北京理工 大学出版社。
X-ray
红外偏振成像的信噪比提高了30倍
2018/12/2 26
2018/12/2
13
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 。
2018/12/2
14
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。
2018/12/2
15
它是以光电子学为理论基础，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。
2018/12/2
16
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。 / L 优点：角分辨力高 距离分辨力高 R c / 2B 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）
《光电子技术基础》(第二版)Chap2
(3)频率：光矢量每秒钟振动的次数,高频电磁振荡 1014
1 T
折射、反射、全反射
相位匹配： k1 r k2 r k1 r 取XOZ平面，得k Z 1 k Z 2 k Z 1 ; k X 1 k X 2 k X 1 又在交界面上X=0，则只有k Z 1 k Z 2 k Z 1 即：k1 sin 1 k2 sin 2 k1 sin 因为：k= , 即与折射率成正比，所以 C n1 sin 1 n2 sin 2 n1 sin
磁感应强度矢量法向连续：
电场强度矢量切向连续： 磁场强度矢量切向跃变：
B2 n B1n 0
E2t E1t 0
H 2t H1t
场量跃变的原 因是面电荷电 流激发附加的 电磁场
为自由电荷面密度， 为自由电流线密度。 其中，
电磁波源： 通常（线性）情况下
P o E n 1
杨氏双缝干涉实验
p
s
s1
d o
r1
r
D
B
r2
x
o
s2
s
s1
d o
r1
r
D
B
p
r2
x
o
s2
干涉的必要条件：两列波在相遇点的光程差应小于波列的长度。
实验表明，在双缝屏上存在一个以O点为对称中 心的面积Ac，只要s1和s2在Ac之外，就不能产 生干涉现象，或者说干涉条纹的可见度为零。 这一面积叫做相干面积Ac。Ac愈大，则该光的 空间相干性愈好。
n
反射：1 =1 折射：n1 sin 1 n2 sin 2 当 C arcsin n2 , 发生全反射 n1
1 T
折射、反射、全反射
相位匹配： k1 r k2 r k1 r 取XOZ平面，得k Z 1 k Z 2 k Z 1 ; k X 1 k X 2 k X 1 又在交界面上X=0，则只有k Z 1 k Z 2 k Z 1 即：k1 sin 1 k2 sin 2 k1 sin 因为：k= , 即与折射率成正比，所以 C n1 sin 1 n2 sin 2 n1 sin
磁感应强度矢量法向连续：
电场强度矢量切向连续： 磁场强度矢量切向跃变：
B2 n B1n 0
E2t E1t 0
H 2t H1t
场量跃变的原 因是面电荷电 流激发附加的 电磁场
为自由电荷面密度， 为自由电流线密度。 其中，
电磁波源： 通常（线性）情况下
P o E n 1
杨氏双缝干涉实验
p
s
s1
d o
r1
r
D
B
r2
x
o
s2
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s1
d o
r1
r
D
B
p
r2
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s2
干涉的必要条件：两列波在相遇点的光程差应小于波列的长度。
实验表明，在双缝屏上存在一个以O点为对称中 心的面积Ac，只要s1和s2在Ac之外，就不能产 生干涉现象，或者说干涉条纹的可见度为零。 这一面积叫做相干面积Ac。Ac愈大，则该光的 空间相干性愈好。
n
反射：1 =1 折射：n1 sin 1 n2 sin 2 当 C arcsin n2 , 发生全反射 n1
《光电子技术基础》(第二版)朱京平Chap2
真空中的光速： c 1 e 0 m0
介质中的光速：v
c c
ermr n
式中：e0：电磁场在真空中的介电常数； m0：电磁场在真空中 的磁导率；er：介质中的相对介电常数；mr：介质中的相 对磁导率，对于非铁磁介质，mr≈1；n：介质相对于真空
的折射率。
几何光学
在均匀介质中，光沿直线传播。例如：真空中。
由此可见，电场和磁场互相激发形成 统一的场----电磁场。变化的电磁场 可以 以一定的速度向周围传播出去。这种交变 电磁场在空间以一定的速度由近及远的传 播即形成电磁波。
介质的电磁性质方程
为了求解麦克斯韦方程组，还需要知道介质的电磁性质方程：
D e0E P eE B m0H m0M mH
电磁场边值关系
在两介质的分界面上，一般会出现面电荷电流分布，使得物理量发 生跃变，微分形式的麦克斯韦方程组不再适用。因此，在介质分界面上， 需要用积分形式的麦克斯韦方程组描述界面两侧的场强以及界面上电荷 电流关系。当电磁场从一种介质传播到另一种介质时，满足下面的边界 条件：
电位移矢量法向跃变： 磁感应强度矢量法向连续： 电场强度矢量切向连续： 磁场强度矢量切向跃变：
1、电矢量 E
磁矢量 H
EH k
光的传播方向 r
k 即相互垂直
2、对人眼和感光仪器起作用的是 E ，光波中的振动
矢量通常指E 。
3、可见光的波长范围
: 3900 ~ 7600 A
: 7.51014 ~ 4.110 14 Hz
1 A 1010 m 108 cm
1、在介质的界面上发生反射、折射现象 光 2、在传播中出现干涉、衍射、偏振现象 比较
3、实验测得光在真空中的传播速度为 c
第二版《光电子技术》课后习题答案
1・1可见光的波长.频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400-760nm频率：385T~790THz 400T-750THz能量：l ・6~3・2cV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度 戢？为了泄量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特 性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的左量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参 数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区別在于：前者是物 理（或客观）的讣量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐 射谱区，对辐射量进行物理的计量：后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看 见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于 O.38~O.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何 意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的il •算公式中不能出现光度量.光源在 给定波长入处，将入〜X+dX 范囤内发射的辐射通M d<Pe,除以该波长入的光子能量h V,就得到光源在入处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3 -只白炽灯，假设齐向发光均匀，悬挂在离地而l ・5m 的髙处，用照度计测得正下方地 而的照度为301X,求出该灯的光通量。
0>=L*4 n R A 2=30*4*3.14* 1.5A 2=848.2引x1・4 一支氨■就激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW.该激光束的平而发散角 为lmrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通呈:、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85,求该屏 上的光亮度。
= 683x0.265x2x107 = 0.3 62/,77 "令・(>1) _ 0.362 7lS _ XO.OOO52 Z = 10/zz » r = O.OOO5ZZ7 (P6), d /• 2 A7 = O.85^v = 0.85——:——— = 0.85 ・疋厶 — v v as cose v /2c 如0.85 £厶,升 r —= =1 55cd / m dGdS cos 3 dG 2兀 1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升2兀Rh s Q =-—— = 2兀(1 — cos △e、（几） 2兀（1 — cos &） 0.362 2兀(1 — cos 0.00 1) "40)= △e 。
《光电子技术基础》第二版朱京平Chap3-113页精选文档
mdd22 xt m02xmd dxteE
不失普遍性，考虑入射光场为简谐电场情况，则瞬时电场E(t)与位置偏移x(t)为：
E(t)E()eit
x(t)x()eit
3.2.1 光与物质相互作用的经典理论分析
E(ω)、x(ω)表示对应于频率ω的振幅值，将x(t)、E(t)代入运动方程，并求解得：
着重光的单色性 和高速脉冲性
LED)
3.1 相干光源、非相干光源与激光
——非相干光源
来源：原子或分子体系的自发辐射
特点： 各原子自发辐射的光波方向、频率及
相位等都是不确定的、分散的 （与人为形成且相位一致的电波相比）
方向：四面八方无规则辐射 频谱：如同火花放电，是白噪声； 连续性：无数衰减脉冲光的集合(图(a)) 强度：光波亮度很低 ——杂乱无章的噪声光 ——传输衰减，出射光强恒小于入射光强。
pexRp e( ()eit)
p()em2(02E( 2))i
极化介质或分子的辐射次波与入射光波的相互干涉决定了光在介质中的传播规律。 设单位体积中原子数为N，则介质极化强度
PN pRP e ([)eit]
P ()N m 2e (0 2 E ( 2))i ()0E ()
D 0 n0 E r0 E E r0 E 1 0r E ν E
当时对激光的社会需求不迫切，还没有引起资助部门的注意， 学者受微波振荡器金属封闭腔模型束缚，没有找到技术关键
3.1 相干光源、非相干光源与激光 ——激光
1960年秋，美国 Javan等 1.15m连续振荡He-Ne气体激光器。 1962年，美国 Nathan、Hall和Quist 77K GaAs半导体激光器。 1966年，Sorokin 等 激光泵浦若丹明6G可调谐液体有机染料激光器。 1966年，美国 Dimmock、Bulter、Melngailis等 低温工作窄带半导
不失普遍性，考虑入射光场为简谐电场情况，则瞬时电场E(t)与位置偏移x(t)为：
E(t)E()eit
x(t)x()eit
3.2.1 光与物质相互作用的经典理论分析
E(ω)、x(ω)表示对应于频率ω的振幅值，将x(t)、E(t)代入运动方程，并求解得：
着重光的单色性 和高速脉冲性
LED)
3.1 相干光源、非相干光源与激光
——非相干光源
来源：原子或分子体系的自发辐射
特点： 各原子自发辐射的光波方向、频率及
相位等都是不确定的、分散的 （与人为形成且相位一致的电波相比）
方向：四面八方无规则辐射 频谱：如同火花放电，是白噪声； 连续性：无数衰减脉冲光的集合(图(a)) 强度：光波亮度很低 ——杂乱无章的噪声光 ——传输衰减，出射光强恒小于入射光强。
pexRp e( ()eit)
p()em2(02E( 2))i
极化介质或分子的辐射次波与入射光波的相互干涉决定了光在介质中的传播规律。 设单位体积中原子数为N，则介质极化强度
PN pRP e ([)eit]
P ()N m 2e (0 2 E ( 2))i ()0E ()
D 0 n0 E r0 E E r0 E 1 0r E ν E
当时对激光的社会需求不迫切，还没有引起资助部门的注意， 学者受微波振荡器金属封闭腔模型束缚，没有找到技术关键
3.1 相干光源、非相干光源与激光 ——激光
1960年秋，美国 Javan等 1.15m连续振荡He-Ne气体激光器。 1962年，美国 Nathan、Hall和Quist 77K GaAs半导体激光器。 1966年，Sorokin 等 激光泵浦若丹明6G可调谐液体有机染料激光器。 1966年，美国 Dimmock、Bulter、Melngailis等 低温工作窄带半导
光电子技术第二章1
极大的方位角θm由下式决定：
s
inmmkksi
m
s
① 各级衍射的方位角：
s
inmmkksi
m
s
②各级衍射光的强度为：
③ 各级衍射光的频率 mms
对于确定的v值(即P值）由此表 可以查出各级衍射极值的光强
例如v=2.4 即（P=0.38）时
【结论：拉曼-纳斯声光衍射的主要特征：】
吸收作用
主要的吸收成分 氧、臭氧、水汽和CO2
各成分的吸收波段
气体成分 氧 臭氧
水汽
强吸收波段
弱吸收波段
<200nm的紫外光 690~760nm的可见光
200~320nm的紫外光
600nm的可见光
930~1500nm的红外 光
（三个强吸收带）
600~700nm的可见光 （三个弱吸收带）
2 大气分子散射
主要有材料有：晶体，玻璃和液体 常见的晶体有：
(2)电声换能器 基本要求是压电模量大，机电耦合系数高，稳定性好. 目前最常用的材料是石英晶体和铌酸锂晶体等
◆典型声光相互作用的实验条件为：
入射光波为单色平面波，波矢 k // y 偏振方向 // x，波
长为，圆频率为，光束宽度为
q 2
~
q 2
晶体中的传播特性。
弹性变形晶体受外力作用产生变形可分为两种形 态：①晶体受外力作用时产生形变，当撤去外力 后，晶体仍能恢复到初始状态②晶体受外力作用 时产生形变，当撤去外力后，晶体仍能恢复到初 始状态而是保持在一种新的准平衡位置上，即发 生了永久形变。前者称为弹性变形，后者称为范 性变形
2.2.1 晶体的弹性性质
在可见光和近红外波段，大气对光的吸收作用可以忽略 不计，另外，在晴朗时候，大气中只存在分子散射对衰 减系数的贡献，这时能见度可达227km，所以通常忽 略分子散射的作用。因此，在可见光和近红外波段，气 溶胶粒子的散射是光衰减的主要因素。
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① 各级衍射的方位角：
s
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②各级衍射光的强度为：
③ 各级衍射光的频率 mms
对于确定的v值(即P值）由此表 可以查出各级衍射极值的光强
例如v=2.4 即（P=0.38）时
【结论：拉曼-纳斯声光衍射的主要特征：】
吸收作用
主要的吸收成分 氧、臭氧、水汽和CO2
各成分的吸收波段
气体成分 氧 臭氧
水汽
强吸收波段
弱吸收波段
<200nm的紫外光 690~760nm的可见光
200~320nm的紫外光
600nm的可见光
930~1500nm的红外 光
（三个强吸收带）
600~700nm的可见光 （三个弱吸收带）
2 大气分子散射
主要有材料有：晶体，玻璃和液体 常见的晶体有：
(2)电声换能器 基本要求是压电模量大，机电耦合系数高，稳定性好. 目前最常用的材料是石英晶体和铌酸锂晶体等
◆典型声光相互作用的实验条件为：
入射光波为单色平面波，波矢 k // y 偏振方向 // x，波
长为，圆频率为，光束宽度为
q 2
~
q 2
晶体中的传播特性。
弹性变形晶体受外力作用产生变形可分为两种形 态：①晶体受外力作用时产生形变，当撤去外力 后，晶体仍能恢复到初始状态②晶体受外力作用 时产生形变，当撤去外力后，晶体仍能恢复到初 始状态而是保持在一种新的准平衡位置上，即发 生了永久形变。前者称为弹性变形，后者称为范 性变形
2.2.1 晶体的弹性性质
在可见光和近红外波段，大气对光的吸收作用可以忽略 不计，另外，在晴朗时候，大气中只存在分子散射对衰 减系数的贡献，这时能见度可达227km，所以通常忽 略分子散射的作用。因此，在可见光和近红外波段，气 溶胶粒子的散射是光衰减的主要因素。
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X-ray
红外偏振成像的信噪比提高了30倍
2014-10-26 26
2014-10-26
7
教学基本要求
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、激光产生的基本原理（主要包括激光器的基本结构、激 光产生的基本条件、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、激光基本技术（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） 2014-10-26 8
光 纤 传 感 系 统
激 光 雷 达 、 激 光 陀 螺 、 激 光 传 感
光 在 线 检 测
光 遥 感 、 光 开 关
短 距 离 简 单 图 象 通 信
2014-10-26
22
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。
2014-10-26
23
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。
2014-10-26
6
本课程着重讲解光电子技术的基本概念 与基本知识，主要包括激光产生的物理基 础、激光的特性、典型激光器件和激光基本 技术、光波导技术与光纤通信等基本应用。 目的是进一步加深学生专业基础知识的掌握 和扩大学生的知识面。
2014-10-26
4
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。
2014-10-26
5
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。 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。
2014-10-26 10
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。
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光电子技术发展史
年代 技术 成就 为光与物质相 相关 互作用的研究 应用 提供了一个极 其有效的工具 60年代 激光器的问世 70年代 低损耗光纤 的实现、半 导体激光器 的成熟 导致以光纤 通信、光纤 传感为代表 的光信息技 术蓬勃发展 80年代 90年代 超大功率 光纤无源和 量子阱阵 有源器件的 列激光器 出现 的出现 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
2014-10-26
15
它是以光电子学为理论基础，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。
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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。 / L 优点：角分辨力高 距离分辨力高 R c / 2B 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）
光电子技术
Photoelectronics Technique
2014-10-26
1
参考教材
选用教材： 《光电子技术基础》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》阎吉祥等编，2006.8，北京理工 大学出版社。
20
1 2 3 4 5 6 7
光电子技术涉及的主要内容包括： 激光技术及其相关的应用技术—光子产生、控制 波导技术—光子传输 光子检测技术—光子探测和光谱分析 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） 光存储技术 光子显示技术 光子加工与光子生物技术-光子物质相互作用
2014-10-26 21
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13
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 。
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14
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。
光电子技术应用
光纤通信、传输 光 计 算 机
光信息处理 信 息 处 理 器 、 激 光 打 印 机 、 传 真 机 二 维 信 息 处 理 匹 配 滤 波 器 光 视 频 盘 、 光 音 频 盘 光 盘 存 储 器 、 全 息 照 相 存 储 器 超 快 过 程 分 析
分光分析
光应用计算 同 步 激 光 超 精 密 分 光 分 析
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。
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9
光学与电学表面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年激光的发明。 电子学在20世纪作出了巨大的贡献，但由于电子 自身的带电属性，使其进一步发展在速度和容量上 都受到限制，而光子为中性，具有巨大的优越性。
光空间传输
太 阳 光 的 光 纤 照 明
局 域 网 通 信
模 拟 通 信
长 距 离 、 大 容 量 、 宽 带 数 字 通 信
激 光 诊 断 微 等 离 子 体
同 位 素 浓 度 测 定 、 同 位 素 分 析
大 气 污 染 气 体 分 析 、 医 用 气 体 分 析
精 密 测 量 、 全 息 测 量 、 在 线 测 量
2014-10-26 2
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。
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3
国务院学位委员会、教育部：学科专业简介
电子科学与技术分为四个二级学科：
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、薄膜与表 面技术、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
光电子技术的发展趋势，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。
2014-10-26
24
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、新方法和新装置。
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25
光电成像技术发展要求： 探测手段－－高分辨，高灵敏，高速。 表征形式－－彩色，立体。 信息组成－－光谱，幅度，相位，偏振， 全息等。 发展重点： 人类视觉范围以外的信息的成像探测。 满足信息感知和信息可视化
12
2014-10-26
21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发展，已将它列入 国民经济优先发展的领域，把光电子产业列为国家重点发 展计划，继1986年3月王大珩等四位专家倡导的“863计划” 之后，在此基础上开始了“973计划”，这两个高科技计划 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。
2014-1ห้องสมุดไป่ตู้-26 17
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
相干光源
光学元件
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
光盘
非相干光源
光纤
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18
光源
调制
传输
探测
成像
显示
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