光电子技术LectureNew22
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光电子技术基础
光电子技术基础•光电子技术概述•光源与光辐射•光电探测器与光电转换目录•光学系统与光路设计•光电子器件与工艺•光电子技术应用实例光电子技术概述01CATALOGUE光电子技术的定义与发展光电子技术的定义光电子技术是研究光与电子相互作用及其应用的科学领域，涉及光的产生、传输、调制、检测和处理等方面。
光电子技术的发展历程自20世纪初爱因斯坦提出光电效应以来，光电子技术经历了从基础研究到应用研究的逐步发展，现已成为现代科技领域的重要分支。
光电子技术在通信领域的应用主要包括光纤通信、无线通信和卫星通信等，实现了高速、大容量的数据传输。
通信领域光电子技术在显示技术方面的应用如液晶显示、有机发光显示等，为现代电子产品提供了丰富多彩的视觉体验。
显示技术光电子技术在太阳能利用、光伏发电等领域的应用，为可再生能源的开发和利用提供了技术支持。
能源领域光电子技术在生物医学领域的应用如光学成像、光动力疗法等，为疾病的诊断和治疗提供了新的手段。
生物医学随着微电子技术的发展，光电子器件将越来越微型化、集成化，实现更高的性能和更小的体积。
微型化与集成化人工智能和自动化技术的引入将进一步提高光电子系统的智能化水平，实现更高效的运行和管理。
智能化与自动化环保意识的提高将推动光电子技术向更环保的方向发展，如开发低能耗、无污染的光电子器件和系统等。
绿色环保光电子技术与材料科学、生物医学等学科的融合将产生更多的交叉学科和创新应用。
跨学科融合光源与光辐射02CATALOGUE利用物体加热到高温后产生的热辐射发光，如白炽灯、卤钨灯等。
具有连续光谱、色温低、显色性好等特点。
热辐射光源利用气体放电时产生的可见光辐射发光，如荧光灯、高压汞灯等。
具有高效、节能、长寿命等优点。
气体放电光源利用固体发光材料在电场或光场激发下产生的发光现象，如LED 、OLED 等。
具有节能环保、响应速度快、可调控性强等特点。
固体发光光源光源的种类与特性表示光源发出的总光能量，单位是流明（lm ）。
光电子技术LectureN
为何漂移？如何稳定？
二．何谓准分子？准分子 激光的能级结构？为 何准分子激光的频谱
较宽？如何泵浦？
二． CO2激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式、能级结构，发
波长，谐振腔结构？
三． 氩离子激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式，能级结构，
发射波长，谐振腔结构，输出偏振，放电管结构？
四． 准分子概念，增益介质，能级结构，与传统激光相比的特点，
泵浦方式，发射波段？
作业五
一．氦-氖激光器中如何 实现0.6328 m波长 输出？激光输出频率
一种是利用兰姆凹陷，即功率-频率
关系，另外也可外设置
○ 参考频。 ○ 如何设置标准频率？
● 腔长的补偿：利用压电陶瓷控制腔 的全反射端镜微位移。位
● 移量由频率漂移量确定。
光电子技术（5）
三、He-Ne激光的谐振腔
谐振腔有三种结构：内腔式、外腔式和半内腔式。
内腔式：谐振腔的两端镜焊接在玻璃外壳上，主要用于小功 率短腔结构。 特点：使用方便，输出激光为非偏振。
1.15 m(c).其中3.39m的增益最高，
通常用玻璃窗抑制3.39m发射或加轴 向非均匀磁场。
1S
3s1
泵浦：气体辉光放电激励，氦原
1s2 He
2p6 Ne
子共振能量转移。
光电子技术（5）
氦-氖激光器的稳频
氦-氖激光器的波场常用于长度计量 标准，所以要求氦-氖激光器的波长 稳定，即稳频。频率取决于谐振腔 的光程长度，而光程长度由几何长 度和折射率乘积确定，而折射率的 稳定不容易控制。所以，通常控制 腔的几何长度。
二、等离子管结构 由放电管、磁场组成。其中放电管要求具有优良的传热性能， 目前，中小功率激光器的放电管使用石墨，而大功率激光器的
二．何谓准分子？准分子 激光的能级结构？为 何准分子激光的频谱
较宽？如何泵浦？
二． CO2激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式、能级结构，发
波长，谐振腔结构？
三． 氩离子激光器的工作物质、增益介质、泵浦方式，能级结构，
发射波长，谐振腔结构，输出偏振，放电管结构？
四． 准分子概念，增益介质，能级结构，与传统激光相比的特点，
泵浦方式，发射波段？
作业五
一．氦-氖激光器中如何 实现0.6328 m波长 输出？激光输出频率
一种是利用兰姆凹陷，即功率-频率
关系，另外也可外设置
○ 参考频。 ○ 如何设置标准频率？
● 腔长的补偿：利用压电陶瓷控制腔 的全反射端镜微位移。位
● 移量由频率漂移量确定。
光电子技术（5）
三、He-Ne激光的谐振腔
谐振腔有三种结构：内腔式、外腔式和半内腔式。
内腔式：谐振腔的两端镜焊接在玻璃外壳上，主要用于小功 率短腔结构。 特点：使用方便，输出激光为非偏振。
1.15 m(c).其中3.39m的增益最高，
通常用玻璃窗抑制3.39m发射或加轴 向非均匀磁场。
1S
3s1
泵浦：气体辉光放电激励，氦原
1s2 He
2p6 Ne
子共振能量转移。
光电子技术（5）
氦-氖激光器的稳频
氦-氖激光器的波场常用于长度计量 标准，所以要求氦-氖激光器的波长 稳定，即稳频。频率取决于谐振腔 的光程长度，而光程长度由几何长 度和折射率乘积确定，而折射率的 稳定不容易控制。所以，通常控制 腔的几何长度。
二、等离子管结构 由放电管、磁场组成。其中放电管要求具有优良的传热性能， 目前，中小功率激光器的放电管使用石墨，而大功率激光器的
光电子技术的进展教学课件ppt
光子晶体进展
总结词
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的介质，能够控 制光的传播，具有重要应用价值。
详细描述
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的介质，能够控 制光的传播，具有重要应用价值。近年来，光子晶体在 制备技术、光学特性、应用等方面取得了重要进展。一 种新型的光子晶体制备方法是纳米压印技术，该方法具 有制备周期短、成本低、大面积制备等优点。此外，光 子晶体在光通信、光学传感、太阳能利用等领域也得到 了广泛应用。这些进展为光电子技术的发展提供了新的 可能性。
光学存储应用案例
总结词
光学存储技术在数据存储和读取方面具有高密度、高 速度和高可靠性的优势。
详细描述
光学存储是一种利用光学技术进行数据存储和读取的 技术，具有高密度、高速度和高可靠性的优势。近年 来，随着光学技术的不断发展，光学存储技术在数据 存储和读取方面得到了广泛的应用。例如，在计算机 硬盘中，利用光学技术可以实现高密度和高速度的数 据存储和读取。在光盘中，利用光学技术可以实现高 可靠性的数据存储和读取
光电子技术的进展教学课 件ppt
xx年xx月xx日
目录
• 光电子技术概述 • 光电子技术的基本元件 • 光电子技术的进展 • 光电子技术的挑战与前景 • 光电子技术的应用案例
01
光电子技术概述
光电子技术的定义与原理
定义
光电子技术是利用光子与电子相互作用产生电能或信息的技 术。
原理
基于光电效应、光放大、光检测等基本原理，实现光电子器 件的转换、放大和检测功能。
量子通信进展
总结词
量子通信基于量子力学原理实现信息传递，具有高度 安全性和不可破解性，是未来通信技术的发展方向。
详细描述
量子通信基于量子力学原理实现信息传递，具有高度 安全性和不可破解性，是未来通信技术的发展方向。 近年来，量子通信在技术实现、通信距离、安全性等 方面取得了重要进展。一种新型的量子通信实现方法 是基于量子中继和可信中继方案的远距离光纤量子通 信，该方法能够实现百公里量级的通信距离。此外， 量子通信在信息安全、金融、政务等领域也得到了广 泛应用
光电子技术专业英语
翻译技巧一般包括改变词类(conversion)、词序调整(inversion)、省略 (omission)、增词(amplification)、重复(repetition)、反译法(negation)、 选词用字(diction)、和分译法(division)、 综合法（Recasting）和语篇重构 等等
3. 增减词译法
由于两种语言表达方式不同，在把原文信息译成译文信息时，常常 需要删去或增添一些词。这样做并不损害原意，反而可以使译文更 为通顺，意思更为清楚。
如：You cannot build a ship, a bridge or a house if you don’t know how to make a design or how to read it.不会制图或看不懂图纸，就不可能造船、 架桥或盖房子。汉译中省略代词you和it、冠词a、连接词if和副词how。
5. 反译法
由于汉英两种语言表达习惯不同而且均可以从正面或反面来表达同一概念， 翻译时如果用正面表达译文有困难，欠通顺，则不妨用反面表达，或将反面 表达改用正面表达，这样可以使译文比较通顺而与原意并无出入。
如：I lay awake almost the whole night.我几乎一夜没睡着。例属正说反译。 I can’t agree with you more.我极其赞同你的意见。本例属反说正译。
1.2科技英语文体总貌
科技英语要求客观性、准确性和严密性，注重叙事逻辑上的 连贯(Coherence)及表达上的明晰(Clarity)与畅达(Fluency)， 避免行文晦涩。 科技英语力求平易(Plainness)和精确(Preciseness)，避免使 用旨在加强语言感染力和宣传效果的各种修辞格
3. 增减词译法
由于两种语言表达方式不同，在把原文信息译成译文信息时，常常 需要删去或增添一些词。这样做并不损害原意，反而可以使译文更 为通顺，意思更为清楚。
如：You cannot build a ship, a bridge or a house if you don’t know how to make a design or how to read it.不会制图或看不懂图纸，就不可能造船、 架桥或盖房子。汉译中省略代词you和it、冠词a、连接词if和副词how。
5. 反译法
由于汉英两种语言表达习惯不同而且均可以从正面或反面来表达同一概念， 翻译时如果用正面表达译文有困难，欠通顺，则不妨用反面表达，或将反面 表达改用正面表达，这样可以使译文比较通顺而与原意并无出入。
如：I lay awake almost the whole night.我几乎一夜没睡着。例属正说反译。 I can’t agree with you more.我极其赞同你的意见。本例属反说正译。
1.2科技英语文体总貌
科技英语要求客观性、准确性和严密性，注重叙事逻辑上的 连贯(Coherence)及表达上的明晰(Clarity)与畅达(Fluency)， 避免行文晦涩。 科技英语力求平易(Plainness)和精确(Preciseness)，避免使 用旨在加强语言感染力和宣传效果的各种修辞格
《光电子技术》全册完整教学课件
2022/2/28
欧洲光电子技术发展
• 发展概况：
法国：1997年，法国开始制定光电子技术发展计 划。2001年，法国在巴黎南郊阿尔卡特尔公司的 马尔库西斯研究中心内，建立了欧洲唯一的国家 级光电子研究基地——光谷。 德国：政府已确定光子学是本世纪初“对保持德 国在国际技术市场上的先进地位至关重要的关键 技术之一”。 欧盟：2004年1月，由五家欧洲公司发起，成立 了欧洲光电产业联盟（EPIC），旨在推动欧洲光 电产业的发展，提高经济和技术两方面能力，应 对全球光电产业的竞争。
电子领域世界的翘楚，比如富士通、日立、松下、
三洋、NEC(日本电气股份有限公司)、NTT(日本
电报电话公司)。对日本光电子产业的中长期需求
预 测 结 果 显 示 ， 2010 年 ， 日 本 国 内 生 产 需 求 为
122000亿日元，1995-2010年度的平均年增长率
为10.1%。
2022/2/28
• 第三次（始于20世纪中叶） 以原子能技术、航天技术、电子计算机、通信技 术的应用为代表， 开创了人类信息时代
2022/2/28
信息技术的发展趋势
• 第一阶段——电子信息技术 电子信息技术：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。以半导体器件为 代表的微电子技术是信息社会的第一次重大革命 （微型化） 其特征是：信息的载体是电子 代表：半导体，计算机等
• 课程分为理论教学（38学时）与实验教学（10学 时）两部分，重视知识性内容与实践环节的融合 ，旨在拓宽学生在光学、电子学及光电子学等领 域的知识面，培养学生跟踪新理论、新技术的思 维。
2022/2/28
光电子技术的主要内容
光产生：产生光源
光调制： 将信息加载到光源
欧洲光电子技术发展
• 发展概况：
法国：1997年，法国开始制定光电子技术发展计 划。2001年，法国在巴黎南郊阿尔卡特尔公司的 马尔库西斯研究中心内，建立了欧洲唯一的国家 级光电子研究基地——光谷。 德国：政府已确定光子学是本世纪初“对保持德 国在国际技术市场上的先进地位至关重要的关键 技术之一”。 欧盟：2004年1月，由五家欧洲公司发起，成立 了欧洲光电产业联盟（EPIC），旨在推动欧洲光 电产业的发展，提高经济和技术两方面能力，应 对全球光电产业的竞争。
电子领域世界的翘楚，比如富士通、日立、松下、
三洋、NEC(日本电气股份有限公司)、NTT(日本
电报电话公司)。对日本光电子产业的中长期需求
预 测 结 果 显 示 ， 2010 年 ， 日 本 国 内 生 产 需 求 为
122000亿日元，1995-2010年度的平均年增长率
为10.1%。
2022/2/28
• 第三次（始于20世纪中叶） 以原子能技术、航天技术、电子计算机、通信技 术的应用为代表， 开创了人类信息时代
2022/2/28
信息技术的发展趋势
• 第一阶段——电子信息技术 电子信息技术：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。以半导体器件为 代表的微电子技术是信息社会的第一次重大革命 （微型化） 其特征是：信息的载体是电子 代表：半导体，计算机等
• 课程分为理论教学（38学时）与实验教学（10学 时）两部分，重视知识性内容与实践环节的融合 ，旨在拓宽学生在光学、电子学及光电子学等领 域的知识面，培养学生跟踪新理论、新技术的思 维。
2022/2/28
光电子技术的主要内容
光产生：产生光源
光调制： 将信息加载到光源
电子科大研究生《光电子技术》讲义(待续)
光电子技术课程介绍教材：课程定制参考书：•《光电子技术》，梅遂生，国防工业出版社，2008•《光电子技术》姚建铨，于意仲主编，高等教育出版社，2006•《光纤通信系统》，顾皖仪，北京邮电大学出版社，2006•《光电子器件和组件》，黄章勇编著，北京邮电大学出版社，2001课程目录第1章半导体发光器件§1 半导体能带理论§2 光源概述§3 LED照明技术§4 光源驱动技术第2章激光技术及应用§1 激光原理和谐振腔技术§2 半导体激光器§3 激光应用技术（1）§4 激光技术与应用（2）第3章光纤通信器件§1 光有源器件§2 光无源器件§3 光纤光栅器件第4章光电传感与成像器件§1 光电探测器件§2 光纤传感器§3 光电成像器件§4 光电图像信号采集与处理第5章光电显示技术§1 显示技术基础§2 LED显示屏§3 液晶显示技术§4 触摸屏§5 投影显示技术一 光电子技术所涉及的范围激光技术及应用：二氧化碳激光器、YAG:Nd激光器、半导体激光器；（激光在各个领域有广泛的应用）光通信：光发射和光接收机、光调制器、光纤、光放大器、光耦合器和光开关等各种光无源器件；光电显示：LCD、PDP、触摸屏、大屏幕LED显示屏和投影显示等；光电照明：各种电光源，半导体照明；光存储：光驱、光盘、全息存储；光传感：CCD及图像信号采集设备（数码相机、摄像头、扫描仪、热像仪和夜视仪）、激光打印机。
其它： 集成光电子学——在一个芯片上的光发射、光接收、光传导、光调制和解调、光放大、光处理。
二 光电子技术与电子技术的关系区别：电子技术是研究电子的运动规律，并应用于电子器件、电子电路和设备的技术。
光电子技术则是同时研究光与电、即光子或光波与电子的相互作用的一门技术，它包括光电子能源技术和光电子信息技术。
光电子技术(基础光学知识)
1864年麦克斯韦发表了“电磁场的动力理论”这一著名论 文，建立了描述电磁场变化规律的麦克斯韦方程组及相关的理 论。1887年赫兹（H. Hertz）应用电磁振荡的方法证实了电磁 波的客观存在，并证明了电磁波和光波具有共同特性。
电磁场理论认为，光实际上是一定频率范围内的电磁波，电 磁波的传播实际上就是将变化的电磁场进行的传播。若在空间 某区域有变化电场E (或变化磁场H)，那么将在邻近区域引起 磁场H的变化 (或电场E的变化），这种变化的电场和磁场相互 激发、相互感生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电 磁波。
• 2.3.1反射、全反射、折射
• 当光波照射在镜面上会发生反射，光在镜面上的反射接 近于全反射。光波射在非镜面的介质界面上也会发生反射， 但可能不是全反射，同时还会发生透射和折射等现象。这 些物理现象均遵从界面波前匹配、相位相等的原则，并可 推导出反射定律与折射定律。
• 光波射到镜面或介质界面上时，会有光波发生折回原介 质中的方向转折过程，称为光的反射，如图2.2 (a）所示， 满足反射定律：
(4)电磁波在真空中的传播速度为
1
c=
00
(2.1)
式中：ε0为真空中的介电常数；μ0为真空中的磁导率。
在国际单位制中，指定μ0 = 4π×10-7 H/m，由精密测定ε0=8. 854 ×10-12 F/m，推 算得c ≈ 3. 0 ×108m/s。
电磁波的波谱范围很广，包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、Ｘ射线和Y
紫外线波比我们所见的紫色光的波长短，同样我们的眼睛也看不 见，其波长范围在30 ~ 400nm之间。它也可以进一步按照波长由长 到短细分为近紫外、远紫外和极远紫外三部分。炽热物体的温度很 高时，除了辐射红外线外还会辐射紫外线。太阳光中有大量紫外线， 人工制造的汞灯中也能发射出大量紫外线。紫外线有显著的化学效 应和荧光效应，可用于医疗杀菌和照相制版等行业。
电磁场理论认为，光实际上是一定频率范围内的电磁波，电 磁波的传播实际上就是将变化的电磁场进行的传播。若在空间 某区域有变化电场E (或变化磁场H)，那么将在邻近区域引起 磁场H的变化 (或电场E的变化），这种变化的电场和磁场相互 激发、相互感生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电 磁波。
• 2.3.1反射、全反射、折射
• 当光波照射在镜面上会发生反射，光在镜面上的反射接 近于全反射。光波射在非镜面的介质界面上也会发生反射， 但可能不是全反射，同时还会发生透射和折射等现象。这 些物理现象均遵从界面波前匹配、相位相等的原则，并可 推导出反射定律与折射定律。
• 光波射到镜面或介质界面上时，会有光波发生折回原介 质中的方向转折过程，称为光的反射，如图2.2 (a）所示， 满足反射定律：
(4)电磁波在真空中的传播速度为
1
c=
00
(2.1)
式中：ε0为真空中的介电常数；μ0为真空中的磁导率。
在国际单位制中，指定μ0 = 4π×10-7 H/m，由精密测定ε0=8. 854 ×10-12 F/m，推 算得c ≈ 3. 0 ×108m/s。
电磁波的波谱范围很广，包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、Ｘ射线和Y
紫外线波比我们所见的紫色光的波长短，同样我们的眼睛也看不 见，其波长范围在30 ~ 400nm之间。它也可以进一步按照波长由长 到短细分为近紫外、远紫外和极远紫外三部分。炽热物体的温度很 高时，除了辐射红外线外还会辐射紫外线。太阳光中有大量紫外线， 人工制造的汞灯中也能发射出大量紫外线。紫外线有显著的化学效 应和荧光效应，可用于医疗杀菌和照相制版等行业。
【精品课件】光电子技术(激光器件).pptx
Pth n2th A21VRh p lcab1 ........(1.2 10)
29
三种工作物质的阈值比较
工作物质尺寸：Φ6mm×100mm，损耗系数α＝0.01， 输出镜透射率T＝0.5，ηL＝0.5，ηc＝0.8，ηab＝0.2
参数
σ21（cm2） νp（S－1） ntot(cm-3) η0 Δnth(cm-3) n2th(cm-3) Eth(J)
21 0 A21 / 4 2n2
g n 21......................(1.2 2)
高斯线型
21 0 A21 ln 2 / 4 2n2
22
固体激光器阈值
受激辐射截面
红宝石 2.5E-20 cm2
Nd3+:YAG
27~88E-20 cm2
Nd3+:Glass 3E-20 cm2
20
100% I0
工作物质
固体激光器的阈值
R
I’ l
I ' I0 Re2(g )l
Re 1 阈值条件：
2(g )l
21
固体激光器阈值
gth
1 2l
ln
1 R
.................(1.2 1)
洛仑兹线型中心频率处的增益系数：
g
n
0 A21 4 2n2
其中，n
n2
g2 g1
n1
n为激光工作介质中的折射率
E1
E0
b) 四能级
量子效率0
亚稳态发射的荧光光子数 工作物质从光泵吸收的光子数
1
2
三能级1
=
S32 S32 +A31
2
A21 A21 S21
光电子技术LectureNew-精19页文档
光电子技术LectureNew-精
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
பைடு நூலகம்
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
பைடு நூலகம்
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
光电子技术LectureNew(1)幻灯片PPT
光电子技术LectureNew(1) 幻灯片PPT
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光电子技术（2）
760
760
3、气体放电的伏安特性
4、气体放电灯的稳流 直流供电用电组稳流
高频交流用电容稳流
低频交流供电用电感
复习要点
1、人造光源的发光效率与理想光效？ 2、发射本领、吸收本领与基尔霍夫定律？
3、黑体概念、黑体辐射分布特点？
4、热辐射体分类、色温与相关色温？ 5、卤钨灯结构、卤钨循环原理及卤钨灯特点？ 6、标准照明体、标准光源、A、B、C标准照明体？
温度较低，形成WX，阻止钨沉积在玻璃壳上而损耗。所以，
卤钨反应抑制了钨损耗，延长了钨丝的寿命。
与白炽灯比较，卤钨灯特点：（1）体积小；（2）光通量稳 定。（3）光效率高，20-30流明/瓦；（4）色温高，达3300K； （5）寿命长。
光电子技术（2）
3、标准照明体 标准照明体指特定的光谱功率分布。 CIE针对不同的用途定义了不同的标准照明体，其中常用的三 种标准照明体为： 标准照明体A：温度为2856K的黑体所发出的光谱 标准照明体B：相关色温约为4874K的直射阳光的光谱 标准照明体C：相关色温为6774K的平均日光的光谱 4、标准光 源标准光源指实现标准照明体的发光源。常用标准光源有三种（3 Nhomakorabea、钨管灯
又名钨管黑体灯，由厚度约25m的钨皮，卷成直径约2mm的 钨管，管长约45mm，管芯装一钨丝，钨管一端开1mm孔径， 钨丝通电发光从此孔射出。钨管放入真空或充氩汽的玻璃壳内。 钨管灯在可见区的发射率很高，是最接近黑体的一种灯。是一 种良好的标准光源。
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光电子技术（2）
760
760
3、气体放电的伏安特性
4、气体放电灯的稳流 直流供电用电组稳流
高频交流用电容稳流
低频交流供电用电感
复习要点
1、人造光源的发光效率与理想光效？ 2、发射本领、吸收本领与基尔霍夫定律？
3、黑体概念、黑体辐射分布特点？
4、热辐射体分类、色温与相关色温？ 5、卤钨灯结构、卤钨循环原理及卤钨灯特点？ 6、标准照明体、标准光源、A、B、C标准照明体？
温度较低，形成WX，阻止钨沉积在玻璃壳上而损耗。所以，
卤钨反应抑制了钨损耗，延长了钨丝的寿命。
与白炽灯比较，卤钨灯特点：（1）体积小；（2）光通量稳 定。（3）光效率高，20-30流明/瓦；（4）色温高，达3300K； （5）寿命长。
光电子技术（2）
3、标准照明体 标准照明体指特定的光谱功率分布。 CIE针对不同的用途定义了不同的标准照明体，其中常用的三 种标准照明体为： 标准照明体A：温度为2856K的黑体所发出的光谱 标准照明体B：相关色温约为4874K的直射阳光的光谱 标准照明体C：相关色温为6774K的平均日光的光谱 4、标准光 源标准光源指实现标准照明体的发光源。常用标准光源有三种（3 Nhomakorabea、钨管灯
又名钨管黑体灯，由厚度约25m的钨皮，卷成直径约2mm的 钨管，管长约45mm，管芯装一钨丝，钨管一端开1mm孔径， 钨丝通电发光从此孔射出。钨管放入真空或充氩汽的玻璃壳内。 钨管灯在可见区的发射率很高，是最接近黑体的一种灯。是一 种良好的标准光源。
《光电子技术第》课件
3
作用。
新型光电子器件的发展趋势
探讨新型光电子器件的最新发展趋势， 了解未来技术的潜力和应用前景。
光电子技术在医学、航天、军事 等领域的应用
介绍光电子技术在医学、航天和军事等 关键领域的应用，展示其对社会进步的 贡献。
总结
通过对光电子技术的基本原理、应用领域及未来发展趋势的探讨，我们深入 了解了这一领域的重要性和前景。
半导体物理学基础
探索光电子器件所依赖的半导体物理学原理，理 解其工作原理。
光电子技术与传统电子技术的对比
比较光电子技术与传统电子技术的异同，探讨其 各自的优缺点。
光电子技术应用
光纤通信技术
深入了解光纤通信技 术的原理和应用场景， 探索其在信息传输中 的重要性。
光学成像技术
介绍光学成像技术的 基本原理和应用，展 示其在医学和工业等 领域的广泛应用。
《光电子技术第》PPT课 件
本课程旨在介绍光电子技术的基本原理、应用领域及未来发展趋势，帮助您 深入了解这一领域的知识。
概述
在本节中，我们将介绍光电子技术的基本原理、应用领域及未来发展趋势。
光电子技术基础
பைடு நூலகம்
光的基本概念
了解光的性质和基本理论，为深入研究光电子技 术打下基础。
光电器件的种类及特点
介绍常见的光电器件种类和特点，了解它们在不 同应用中的作用。
光电子传感器 技术
探索光电子传感器技 术在环境监测、生物 医学等领域的应用， 了解其优势和挑战。
光电子显示技 术
介绍光电子显示技术 的原理和种类，展示 其在消费电子产品中 的重要性。
光电子技术的未来
1
光电子技术在智能化、自动化等
2
领域的应用
全光电子技术介绍
全光电子技术介绍全光电子技术（Optoelectronics）是一种结合了光子学和电子学的交叉学科领域，通过利用光子传递信息，控制电子的运动，实现光电互换。
全光电子技术在通信、显示、传感、光学存储等领域都有重要应用，是现代信息技术的重要组成部分。
在全光电子技术中，光子是信息的载体，光电子器件则是将光子转换为电子信号或将电子信号转换为光子信号的器件。
光子器件主要包括光纤通信器件、半导体激光器、光电探测器等；光电子器件主要包括太阳能电池、LED灯、光电子显示器等。
这些器件的发展和应用极大地推动了信息通信和显示技术的发展。
在光纤通信领域，全光电子技术的应用已经成为信息传输的主要方式。
光纤通信系统之所以能够能够传输高速、超远距离的信息，是由于光子的特性决定了其带宽极宽。
光纤通信系统中主要包括光发射器、光放大器、光接收器等全光电子器件。
其中，光纤通信系统中的激光器可以将电子信号转换为光子信号，通过光纤传输远距离；而接收端的探测器则可以将光信号再转换为电子信号，进行信息的解码和处理。
全光电子器件的应用使得信息传输速度大大提升，传输距离也得到了极大的延伸。
此外，在显示技术领域，全光电子技术也有着广泛的应用。
LED灯作为一种全光电子器件，具有节能、环保、寿命长等特点，已经成为了照明领域的主要照明方式。
光电子显示器，像LCD、OLED等新一代显示技术的发展，更是让全光电子技术在显示领域有了更多的创新应用。
光电子显示器不仅在手机、电视等消费电子领域得到广泛应用，而且在航空、医疗等领域也有着重要的应用场景。
在能源领域，全光电子技术也发挥着重要作用。
太阳能电池作为一种将光能直接转换为电能的器件，同样是全光电子技术的应用之一、太阳能电池的发展，不仅可以实现对太阳能的高效利用，而且还可以为地球环境保护做出贡献。
全光电子技术的应用使得人类对环境能源的需求得到了有效满足。
总的来说，全光电子技术是一种新兴的交叉学科领域，通过光子器件和光电子器件的结合，实现了光子与电子之间的互换，为现代信息通信、显示、能源等领域带来了重大的变革和创新。
光电子技术LectureNew22
由于晶体的对称性，j、k指标可以互换，即ijk= ikj，所以三阶极化 率张量[ijk]中只有18个独立元素。三阶张量简化为18个元素的二阶 矩阵[dil]。对应关系为：
i11 di1; i 22 di 2 ; i 33 di 3
光电子技术(22)
i 23 , i 32 di 4 ; i13 , i 31 di 5; i12 , i 21 di 6
光电子技术(22)
连续工作模式：MCP上加连续高电压
时间分辨工作模式：MCP上加不同延迟时间的高压脉冲电压，脉冲 宽度通常约3~5ns，电压幅度几千伏。同步信号通常由激发光给 出。此同步信号触发高压脉冲发生器中的延迟器，延迟预设置的 延迟时间后，给出触发信号触发高压信号发生器，产生3~5ns的 高压脉冲，施加在MCP上，使光谱信号通过MCP增强，并曝光CCD。 通过调节延迟器的不同延迟量，就能时间分别测量整个光谱随时间 的演化过程。如图115a所示. 应用：纳秒时间分辨光谱测量。
由于光栅的线色散是非线性的，所以探测器上的波长不是均匀分 布的，需要标定。 利用多条已知波长的光谱线，确定探测器上多个点的波长，然后， 使用内查法确定已知点之间的各象素的波长。
光电子技术(22)
二、光学多道分析器介绍
1、OMA-II系统 由光谱仪，阵列探测器及电源、控制系统、数据采集系统等组成。 由普林斯顿公司研制的第二代产品。 阵列探测器使用硅靶摄像器件或增强型硅靶摄像器件。 2、OSA系统 由德国的B&M公司研制，结构与OMA类似，使用的探测器阵列包括 硅靶和增强硅靶，二极管阵列等。 3、OMA-V系统
四、时间分辨光子计数器 应用时间分辨光子计数器可以测量周期性时间变化的信号，如发光 衰减过程。只需要将计数器换为高速A/D转换器和存储器序列，不同 时刻的A/D转换信号存在不同的存储单元中。对多个周期重复累加， 最后获得随时间变化的信号光强。目前可以做到几十皮秒的时间分 辨率。广泛用于发光动力学研究。
光电子技术课件
7
一、电荷耦合摄像器件
电荷耦合器件（CCD）特点——以
电荷作为信号。
CCD 的基本功能 —— 电荷存储和
电荷转移。
CCD工作过程——信号电荷的产
生、存储、传输和检测的过程。
8
1、电荷耦合器件的基本原理 （1）、 CCD的基本结构包括：转移电
极结构、转移沟道结构、信号输入结构、 信号输出结构、信号检测结构。构成
23
24
25
26Leabharlann 2728浮置 栅CCD放大输出信号的特点是：信号
电压是在浮置电平基础上的负电压；每个电荷
包的输出占有一定的时间长度T；在输出信号
中叠加有复位期间的高电平脉冲。
对CCD的输出信号进行处理时，较多地采 用了取样技术，以去除浮置电平、复位高脉冲 及抑制噪声。
19
2、电荷耦合摄像器件的工作原理
CCD的电荷存储、转移的概念 + 半导体的 光电性质——CCD摄像器件
3
噪声方面 ——决定接收到的信号不稳定的程度 或可靠性
信息传递速率方面—— 成像特性、噪声信息
传递问题，决定能被传递的信息量大小
4
三、光电成像系统基本组成的框图
光源
光 信 号 传输介质
光 信 号 光学系统 (信号分析器) 背 景 噪 声
光 信 号 光电摄像器件 (信号变换器) 背 景 噪 声
信 号 显示器 噪 声
11
（3）、电荷转移
CCD的转移电极相数有二相、三相、四相等。对 于单层金属化电极结构，为了保证电荷的定向转移， 至少需要三相。这里以三相表面沟道CCD为例。 表面沟道器件，即 SCCD（Surface Channel CCD）——转移沟道在界面的CCD器件。
一、电荷耦合摄像器件
电荷耦合器件（CCD）特点——以
电荷作为信号。
CCD 的基本功能 —— 电荷存储和
电荷转移。
CCD工作过程——信号电荷的产
生、存储、传输和检测的过程。
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1、电荷耦合器件的基本原理 （1）、 CCD的基本结构包括：转移电
极结构、转移沟道结构、信号输入结构、 信号输出结构、信号检测结构。构成
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25
26Leabharlann 2728浮置 栅CCD放大输出信号的特点是：信号
电压是在浮置电平基础上的负电压；每个电荷
包的输出占有一定的时间长度T；在输出信号
中叠加有复位期间的高电平脉冲。
对CCD的输出信号进行处理时，较多地采 用了取样技术，以去除浮置电平、复位高脉冲 及抑制噪声。
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2、电荷耦合摄像器件的工作原理
CCD的电荷存储、转移的概念 + 半导体的 光电性质——CCD摄像器件
3
噪声方面 ——决定接收到的信号不稳定的程度 或可靠性
信息传递速率方面—— 成像特性、噪声信息
传递问题，决定能被传递的信息量大小
4
三、光电成像系统基本组成的框图
光源
光 信 号 传输介质
光 信 号 光学系统 (信号分析器) 背 景 噪 声
光 信 号 光电摄像器件 (信号变换器) 背 景 噪 声
信 号 显示器 噪 声
11
（3）、电荷转移
CCD的转移电极相数有二相、三相、四相等。对 于单层金属化电极结构，为了保证电荷的定向转移， 至少需要三相。这里以三相表面沟道CCD为例。 表面沟道器件，即 SCCD（Surface Channel CCD）——转移沟道在界面的CCD器件。
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光电子技术(22)
二、介质的极化 极化狭义上指原子的外层电子云受到外电场作用发生畸变，使得负 电荷中心偏离原子核。这样就产生了偶极子，存在偶极矩。极化的 强弱（大小）用偶极矩度量。
极化广义上指在外电场作用下，正、负电何中心发生相对位移。引 起偶极矩变化。 1、线性极化 物质系统的极化用系统中单位体积内的所有偶极矩的矢量和表示， 称为极化强度。通常用符号P表示。 线性极化指极化强度正比于电场的一次方：
四、时间分辨光子计数器 应用时间分辨光子计数器可以测量周期性时间变化的信号，如发光 衰减过程。只需要将计数器换为高速A/D转换器和存储器序列，不同 时刻的A/D转换信号存在不同的存储单元中。对多个周期重复累加， 最后获得随时间变化的信号光强。目前可以做到几十皮秒的时间分 辨率。广泛用于发光动力学研究。
光电子技术(22)
§5.7 光学多道分析器（OMA） 光学多道分析器是传统光谱仪与面阵或线阵探测器相结合的产物。 将传统光谱仪的出射狭缝改为出射孔，设置阵列探测器件在出射孔 处同时测量不同波长的光强。即同时测量宽的光谱。对于弱信号， 也可以通过阵列探测器多次累加信号，获得强的、高信噪比光谱信 号。典型的OMA结构如图114所示。 一、阵列探测器要求 1、光谱响应 探测器主要使用固体探测器，如CCD，要求光谱响应与被测量光谱 匹配。 2、光谱分辨率
上式中dij称为非线性系数 三、非线性波耦合方程
一般情况下，作用在非线性介质上的电场可以是多个的迭加，迭加
复习要点
1、光学多道分析器（OMA）的结构，工作原理？光谱定标和强度 定标指什么？ 2、ICCD系统的时间分辨测量原理？ 3、非线性光学指什么？具有中心反演对称结构的介质为何不具有 二阶非线性效应？
Байду номын сангаас变换后，二阶极化强度表示为：
Px d11 Py d 21 P d z 31 d12 d 22 d 32 d13 d 23 d 33 d14 d 24 d 34 d15 d 25 d 35
2 Ex 2 Ey d16 2 Ez d 26 2 E y E z d 36 2 Ez Ex 2E E x y
P E, P ij E j i
光电子技术(22)
2、非线性极化 指极化强度中包含极化场强的高阶项，即：
P 1E 2 E 2 3E 3 ...
如果极化场是交变电场，如光波，偶极子就随外电场做同频率振荡， 并辐射同频率的极化波。
或 通常
(1) (2) (3) P ij E j ijk E j Ek ijkl E j Ek El ... i
光电子技术(22)
3、动态范围 指探测器所能测量的最强信号与最弱信号之比。
光谱分辨率除了依赖光栅的色散率外，还依赖探测器的象素宽度。 象素宽度越窄，分辨率越高。
4、光谱强度的总体标定 由于光栅对不同波长具有不同的衍射效率，探测器对不同波长有不 同的响应灵敏度，所以即使输入光谱是平坦的，探测器输出的光谱 也不会是平坦的，这就是光谱强度畸形，需要校正，即标定。
光电子技术(22)
OMA-V系统是目前普林斯顿仪器公司的最新产生品，由三光栅成 象光谱仪和阵列探测器组成。
三光栅分别具有不同的色散率和闪耀波长。可根据需要，自动切换 不同的光栅。
成象光谱仪需要进行场曲矫正，使得探测器阵列处的象为平面。 探测器阵列可以选择CCD，也可以选用近红外量子效率较高的PDA 4、时间分辨OMA 由三光栅成象光谱仪、ICCD和脉冲信号发生器及其它附件组成。 ICCD为增强型CCD，它是在普通CCD前面加了MCP。结构如图115
(1) ( 2) , ( 3) ,...
所以，高阶非线性效应只能在强场下显示出来。在激光出现之前非 线性光学效应观察不到。
光电子技术(22)
3、非线性频率转换的物理起因 由于极化强度随场强非线性变化，当场强为频率的谐波振荡时， 极化强度P也具有的振荡频率，但不是谐波振荡。根据付里叶级 数理论， 频率的周期振荡，包含n的各次谐波。所以，非线性极 化能辐射高次极化谐波。 §6.2 二次非线性光学效应 一、二阶极化率 对各向同性介质，二阶极化强度随电场的平方变化，表示为：
由于光栅的线色散是非线性的，所以探测器上的波长不是均匀分 布的，需要标定。 利用多条已知波长的光谱线，确定探测器上多个点的波长，然后， 使用内查法确定已知点之间的各象素的波长。
光电子技术(22)
二、光学多道分析器介绍
1、OMA-II系统 由光谱仪，阵列探测器及电源、控制系统、数据采集系统等组成。 由普林斯顿公司研制的第二代产品。 阵列探测器使用硅靶摄像器件或增强型硅靶摄像器件。 2、OSA系统 由德国的B&M公司研制，结构与OMA类似，使用的探测器阵列包括 硅靶和增强硅靶，二极管阵列等。 3、OMA-V系统
由于晶体的对称性，j、k指标可以互换，即ijk= ikj，所以三阶极化 率张量[ijk]中只有18个独立元素。三阶张量简化为18个元素的二阶 矩阵[dil]。对应关系为：
i11 di1; i 22 di 2 ; i 33 di 3
光电子技术(22)
i 23 , i 32 di 4 ; i13 , i 31 di 5; i12 , i 21 di 6
P ( 2) E 2
(2)称为二阶极化率。
光电子技术(22)
由于P为E的偶函数，所以，当E改变为-E时，P不变，所以，若介质 为具有中心反演对称结构的物质，(2)也不随外电场方向变化，结果 P不随外电场变化，所以，不具有二阶非线性效应。换句话说，二阶 非线性介质必须是非中心反演对称结构的。 二、三阶极化率张量与二阶非线性系数 对于各向异性介质，二阶极化强度表示为： P ijkE j Ek i [ijk]称为三阶极化率张量
光电子技术(22)
脉冲计数器：计数单位时间内的脉冲数，反映了输入光功率。 三、常见光子计数器 美国EG&G公司生产SPCM-AQ系列单光子计数器。
Stanford Research Systems生产的SR400系列双通道单光子计数器。
德国的FastComTeck公司生产的Model 7882双通道光子计数器。
光电子技术(22)
第六章 非线性光学频率转换技术
属于非线性光学研究内容，是二阶非线性光学效应。
§6.1 概述
一、线性与非线性光学
线性光学研究线性光学现象，即物质的响应与光的场强成线性关系。 表征线性光学效应的参数与光场无关。如线性吸收系数，反射系数。 非线性光学研究高阶非线性光学现象，即物质的响应与光的场强成 非线性关系。此时，通常的线性光学参数中包含与光的场强有关的 项。非线性现象只能在强场中出现，所以，非线性光学是在激光出 现后诞生的。 倍频与参量属于二阶效应，是最低阶非线性光学效应。
光电子技术(22)
连续工作模式：MCP上加连续高电压
时间分辨工作模式：MCP上加不同延迟时间的高压脉冲电压，脉冲 宽度通常约3~5ns，电压幅度几千伏。同步信号通常由激发光给 出。此同步信号触发高压脉冲发生器中的延迟器，延迟预设置的 延迟时间后，给出触发信号触发高压信号发生器，产生3~5ns的 高压脉冲，施加在MCP上，使光谱信号通过MCP增强，并曝光CCD。 通过调节延迟器的不同延迟量，就能时间分别测量整个光谱随时间 的演化过程。如图115a所示. 应用：纳秒时间分辨光谱测量。
所谓标定就是测量出OMA系统的总的光谱响应曲线。包括光栅色 散、反射镜反射谱和探测器响应光谱等的总体影响。
光电子技术(22)
标定方法： 用已知光谱分布的光谱灯做光源，读出探测器的输出光谱，用探测 器的输出光谱除以灯的光谱分布，即得OMA系统的总体光谱响应曲 线。将此光谱响应曲线存在计算机内。以后OMA测量到的任何光谱 都要用此光谱响应曲线归一化。 5、波长标定
作业二十二
1、OMA的结构，ICCD的时间分辨测量原理？
2、具有中心反演对称结构的介质为何不具有二阶非线性效应？