光子学器件与工艺
光子学和光电信息技术的研究
光子学和光电信息技术的研究光子学和光电信息技术是近年来备受关注的重要领域，它们以光子学和光学为切入点，涉及到电子学、材料科学、计算机科学等多个学科，具有重要的理论研究价值和广阔的应用前景。
一、光子学的研究光子学是研究光和光学器件的学科，它包括了光的发射、传播、接收、控制和利用等方面。
现代光子学是一门综合性学科，涵盖了许多领域，如光电子学、量子光学、光通信等。
光子学的发展与现代信息技术的发展密不可分，它的兴起具有革命性的意义。
光子学的研究涉及到许多方面，如材料制备、器件制备、光学设计、光谱学、显微学等。
在材料制备方面，光子学研究主要涉及到材料的制备、表征和性能研究，如光子晶体、光学陶瓷、红外材料、量子点等。
在器件制备方面，光子学研究主要涉及到光电器件、光通信器件、光电子学器件等。
在光学设计方面，光子学研究主要涉及到光学系统设计、光学成像、激光技术等。
在光谱学方面，光子学研究主要涉及到光谱分析、光谱传感、光谱成像等。
在显微学方面，光子学研究主要涉及到全息显微、共焦显微等。
光子学的研究在通信、传感、医学等领域中有广泛的应用，如光纤通信、激光加工、光电子设备等。
同时，光子学已成为世界范围内的热门研究领域，吸引着全球的科学家、研究人员和企业。
光子学的应用前景非常广阔，它将深刻地改变人们的生活和工作方式，推动现代科技的发展。
二、光电信息技术的研究光电信息技术是一门涉及到光学、电子学和计算机科学等多学科的技术，它主要研究光电子器件、光电传感器、光电显示器和光计算机等方面的技术应用。
光电信息技术的发展，令电子技术与光学技术得以融合发展，实现了更广阔的应用场景和更高的物质性能。
光电信息技术研究领域主要包括了器件研究、系统集成和工艺创新等方面。
在器件研究方面，光电信息技术的研究重点是构建高灵敏度、高精度、高速度的光电子器件，如探测器、激光器和光纤等。
在系统集成方面，光电信息技术研究重点是集成多种光电子器件，实现多功能、高精度、高可靠性的光电子系统，如光纤通信系统、光电显示器等。
光子学技术在微纳光子学与光子芯片领域的应用原理与器件设计
光子学技术在微纳光子学与光子芯片领域的应用原理与器件设计近几十年来，光子学技术的快速发展为微纳光子学与光子芯片领域带来了巨大的变革和进步。
光子学技术以光子作为信息传输媒介，通过光的特性来实现高速、大容量、低能耗的信息处理和传输，成为解决当前电子技术瓶颈的重要选择。
在微纳光子学与光子芯片领域，光子学技术的应用原理与器件设计起到了关键作用。
光子学技术的基本原理是利用光的波粒二象性来实现信息处理和传输。
在微纳光子学领域，光子会与微纳尺度的光学结构（如光波导器件和微腔）相互作用，从而实现光的控制与调制。
这种控制与调制的基本机理涉及到材料的非线性光学特性、光波导的模式耦合、微腔的共振效应等。
通过对这些基本机理的理解，研究人员可以设计出各种各样的微纳光子学器件。
光波导器件是微纳光子学与光子芯片领域中最重要的器件之一。
光波导器件是利用光的全反射效应，在光学材料中制作出特定的光导道结构，实现光的传输和转换。
光波导器件主要包括波导、耦合器、分束器等。
波导是将光引导在光学材料中的光导道，可以实现光信号的传输。
耦合器用于将光的能量从一个波导传输到另一个波导。
分束器用于将一个入射光信号分成两个或多个出射光信号。
这些器件的设计需要考虑到波导结构的材料特性、波导的传输特性、光的模式耦合效应等多个因素，以实现高效率、低损耗的光的传输和转换。
微腔是另一个微纳光子学与光子芯片领域中重要的光学器件。
微腔是利用光在特定尺寸的圆形或者方形腔体中的共振效应来实现光的定向传输和调制的器件。
微腔可以根据腔体的尺寸和材料的选择来调整光的共振频率，实现对特定波长光的选择性传输。
微腔还可以通过适当的结构设计，实现光的耦合和分离，从而实现光信号的调制和控制。
微腔的设计需要考虑到腔体的材料特性、腔的尺寸和形状、腔的耦合效率等方面的因素。
在微纳光子学与光子芯片领域，光子学技术的应用不仅局限于光波导器件和微腔，还包括其他一系列器件和技术。
例如，光子晶体可以通过周期性的介质折射率分布，实现对光的频谱选择和调制。
光电子材料与器件研究
光电子材料与器件研究光电子学是一门研究光电子材料和器件的学科，它涉及到光、电、磁、声等多种形态的能量交换和转换，是现代信息技术和能源技术发展的重要基石。
光电子材料和器件的研究一直是人们关注的焦点，因为它们对于促进社会发展和改善人类生活起着重要作用。
一、光电子材料1.半导体材料目前，光电子器件中最常用的材料是半导体材料，它具有很高的电子迁移率和较小的禁带宽度，可以实现电子与光子之间的高效转换。
在半导体材料中，硅材料最为常用，但是它的光电转换效率并不是特别高，因此人们正在寻找更加优越的半导体材料，例如III-V族半导体材料、II-VI族半导体材料等，它们具有较高的光电转换效率、高速和可靠性。
2.光学材料光学材料是指能够控制和改变光信号传输、转换、形态变化的材料，如光纤、光晶体、光学盘等。
光学材料的研究主要包括光学特性的探究和材料加工工艺的研发，以及应用领域的探索，如光通信、光存储、激光等。
3.导电材料导电材料是指具有良好的电导率和光透明性的材料，如氧化锌、导电膜等。
在透明导电材料的研究中，由于对于电子迁移率和光学性质的严格要求，其研究难度较大，但是其应用场景非常广泛，例如透明电子器件、太阳能电池等。
二、光电子器件1.太阳能电池太阳能电池是将光能转化为电能的一种器件，它是利用光生电效应将太阳辐射能转化为电能。
太阳能电池的核心是太阳能电池芯片，其主要由n型半导体和p型半导体构成，并在其表面形成pn结。
随着太阳能电池技术的不断发展，其效率不断提高，已广泛应用于民用领域。
2.激光器激光器是一种将电能转化为光能的器件，其主要应用于通讯、医学、工业等领域。
激光器是由激光介质、激发源和反射镜等组成，其特点是单色性强、光束聚焦度高、功率密度大、能量稳定性好。
3.光通信器件光通信器件是利用光学原理实现光信号传输的器件，其主要包括光纤、光放大器、光开关等。
随着信息时代的到来，光通信器件应用场景越来越广泛，例如超高速光纤通信、光无线通信、数据中心互联等。
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 ）。
微波光子学中的封装和制作技术
微波光子学中的封装和制作技术微波光子学是目前光电子学和微波电子学交叉的一个新兴的领域，是一种实现高频、宽带、低噪声和高灵敏度的器件的技术。
而微波光子学中的封装和制作技术则是实现这些器件的必要条件。
一、微波光子学中的封装技术封装是微波光子学中非常重要的一个环节，其主要目的是为了保证器件的性能和稳定性。
微波光子学中的封装技术主要分为两种类型，分别是面向封装和体向封装。
1. 面向封装面向封装是将微波器件直接封装在芯片的表面上，可以实现非常小的器件尺寸。
该封装方式主要应用于小型化的光电外延片、微型结构等器件中。
2. 体向封装体向封装是将微波器件封装在具有成形能力的模具中，将模具内的微波器件进行成型并进行真空封装。
该封装方式主要应用于高频器件、高温、高压和低温等极端工作环境下的器件。
二、微波光子学中的制作技术微波光子学器件的制作技术在保证器件性能和稳定性的同时，还要满足成本因素和生产效率。
微波光子学的制作技术主要包括单片集成制作技术、深刻蚀刻技术和光束刻蚀技术。
1. 单片集成制作技术单片集成制作技术是在微观范围中将不同器件采用同样的加工工艺进行制作，从而实现不同的任务和功能。
该技术主要是通过利用现代的超大规模集成电路提供的制始能力以及MEMS技术，将光芯片与微波芯片结合到一块单片中。
在单片上通过光电器件和微波器件的集成，实现更加高效的传输和控制功能，大大提升整个系统的传输速度和控制性能。
2. 深刻蚀刻技术深刻蚀刻技术是一种较为常用的微波光子学制作技术。
该技术主要通过使用高能量离子束作为蚀刻源，将离子束和芯片表面相互作用来剥离薄膜制造出微细的芯片或线路。
这样可以制作出规则和非规则的微波元器件，同时有效的降低器件的损耗。
3. 光束刻蚀技术光束刻蚀技术是一种利用高亮度的激光束进行直接刻蚀的微波光子学制作技术。
该技术利用激光束在芯片表面进行直接刻蚀，制作出的微细芯片或线路形状的精度和表面的质量都较高。
该技术特别适用于制造高频金属线路板和微波天线等高精度的微波器件。
微波光子学中的器件构造与性能研究
微波光子学中的器件构造与性能研究微波光子学是指将微波和光子学有机结合的学科，目的是设计高效、高速、高灵敏度的微波光子器件，应用于通信、雷达、天文学等领域。
在这个领域中，器件构造和性能研究的重要性不可忽视。
本文将讨论微波光子学中器件构造和性能研究的进展。
I. 模式锁定光纤激光器模式锁定光纤激光器是微波光子学中的重要器件之一，由于其优异的调制特性和噪声低的特点，已经逐渐被广泛应用于毫米波和亚毫米波通信系统中。
目前，模式锁定光纤激光器的制造一般采用飞秒激光脉冲模板法（Femtosecond laser pulse inscription）。
II. 光纤环路反馈器光纤环路反馈器是一种通信类光纤传输的重要器件，在微波光子学中也有广泛的应用。
它可以将一束入射光的一部分不断地反射回去，形成一个环路。
当反射光与入射光同相，就会放大能量；反之，就会抑制能量。
该器件的性能取决于光纤的长度、反射率、入射角和相位差等因素。
III. 光纤光栅光纤光栅是微波光子学中另一个重要的器件，广泛应用于光谱、波长转换和波导等领域。
该器件将光传输到纤芯和包层之间的耦合区域，通过调节耦合区域的结构来实现光的反射或透过。
该器件的性能取决于光纤的直径、折射率、耦合区域的长度和强度等因素。
IV. 光纤微环谐振器光纤微环谐振器是一种微型化器件，结构类似于光纤环路反馈器，它将光传输到环路中，并通过调节环路大小和六臂耦合器的调制来实现光谱滤波和波长选择。
该器件的性能取决于光纤环路的尺寸和形状等因素。
V. 利用量子点的微波光子探测器量子点是人工合成的极小尺寸半导体颗粒，具有高度的光电学性质，能够实现光电转换。
利用量子点，可以制造微波光子探测器，这些探测器具有超高的探测灵敏度和高速响应，可以用于雷达和卫星通信等领域。
VI. 结论微波光子学是一个快速发展的领域，其中器件构造和性能研究是关键。
本文介绍了几种常见的微波光子器件，并探讨了它们的结构和性能。
相信，在未来，微波光子学将会继续迎来新的发展和突破，为通信、雷达、天文学等领域带来更多的机遇和挑战。
硅基光子学的原理与光学器件研究
硅基光子学的原理与光学器件研究光子学作为一门研究光的行为和性质的学科，一直以来都备受关注。
而在光子学的发展过程中，硅基光子学成为了一个热门的研究领域。
本文将介绍硅基光子学的原理和光学器件研究，探讨其未来的发展前景。
硅基光子学的理论基础源于硅的特殊物理性质。
硅是一种广泛应用于集成电路制造的材料，它具有高折射率、高导热性和低色散等优势。
这些特性使得硅材料非常适合用于光学器件的制造，尤其是在通信领域。
在硅基光子学中，硅波导是一种常见且重要的元件。
硅波导可以通过制造一定形状和深度的结构来控制光的传播。
通过光波在波导内部的传播，可以实现光的引导和耦合，从而实现光的传输和调控。
硅波导的制造通常使用微电子加工工艺，与集成电路的制造方式类似。
硅波导还可以实现光的调制。
通过将电信号转化为光信号，然后通过控制光的强度来实现信号的调制。
这种调制方式被广泛应用于光通信系统中，能够实现高速、大容量的数据传输。
硅基光子学在光通信领域有着巨大的应用潜力。
除了硅波导，硅基光子学还涉及到其他一些重要的器件，如光调制器、光开关和光放大器等。
光调制器可以通过控制光的相位和强度来实现光信号的调制。
光开关可以在不同的路径之间切换光的传输，实现光信号的路由和分配。
光放大器可以将光信号放大，增强光的信号强度。
硅基光子学的研究还涉及到一些新兴的领域，如量子光学和光子计算等。
量子光学研究光与物质之间的相互作用，利用光的量子特性来实现量子计算和通信。
硅基光子学可以提供一个制备和控制光量子态的平台，为量子信息处理提供了新的可能。
光子计算是一种新颖的计算方式，利用光的优势来实现快速、高效的计算。
硅基光子学可以提供光子计算中所需的光源、耦合器和光学器件等基础设施。
光子计算的潜力巨大，有望成为未来计算的重要技术之一。
虽然硅基光子学有着广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。
例如，硅材料的光学非线性较弱，这在一定程度上限制了硅基器件的性能。
此外，硅基光子学的制造成本较高，这也限制了它在某些领域的应用。
纳米光子学
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21世纪初科技发展的总趋势
• 一个兴起：光子学与纳米科学与技术； • 二个焦点：
环境，பைடு நூலகம்源；
• 三个关注：
地球科学，海洋科学，空间科学；
• 四个支撑：
信息技术，材料技术，制造技术，生命科学技术
30
纳米光子学的未来应用：
磁存储
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• 回顾电学和光学的发展历史，我们可以发现：
物理学的两个孪生分支——电学和光学，它们 的发展历程是相似的且又是相辅相成的。
• 光子学是研究光子与物质相互作用及其应用的
一门新兴学科
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基础学科 电学
（18世纪开始） 电磁场理论
电子物理学
（20世纪开始） 电子管与电子线路理
论
光学
（18世纪开始） 基于自发辐射光源
静态随机存取存储器(SRAM)芯片。
Dr.Gordon E. Moore CMOS芯片制造工艺极限5nm---预计2017年制程达3nm
20
摩尔定律何时了
芯 片 集 成
• “任何指数函数一 度 旦外推到一定程度 10亿 都会遇到阻碍。
• ……我们不可能做得 更小了。”
• -----戈登·摩尔
2017年
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1
纳米光子学简介
• 学科的形成：
1.科学技术的进步，一种新的集成工艺；
• 学科的定义：
2.纳米光子学是研究在纳米尺度上光与物
质相互作用的一门学科。利用近场光学对纳米 器件进行设计制造和运用的技术 ，属于光子学 的分支。
内容分类：
1. 在纳米尺度上限制物质 2. 在纳米尺度上限制波的辐射 3. 在纳米尺度上的光学加工
光子学技术在微纳制造中的应用技巧
微纳加工技术在光子学中的应用研究光子学是研究光子与物质相互作用、控制和应用的学科，而微纳加工技术则是一种用于制备微小器件的技术。
微纳加工技术与光子学结合起来，可以制备出各种光子学器件，如光子晶体、微纳结构、光纤等。
这些器件在通讯、计算、传感等领域有着广泛的应用。
本文将围绕微纳加工技术在光子学中的应用进行分析和研究。
一、微纳加工技术简介微纳加工技术是制备微观或纳米尺度结构的一种技术。
它的基本原理就是利用物理、化学、生物和材料科学的知识和方法，制备小型化、高度集成化的微小器件。
微纳加工技术主要有光刻、薄膜沉积、离子注入、干刻蚀等方法。
其中，光刻是制备微小结构中最常用的方法之一。
在光刻技术中，利用光子学原理对表面涂覆的光刻胶进行光曝光和化学反应，将光学图案或图形作用到光刻胶表面上，最终形成所需要的微小结构。
光刻技术可以制备出大量各种形态的结构，如图案、衬底、光栅和微透镜等结构。
除此之外，在微纳加工技术中还常用多层掩模技术、背隙掩模技术、等离子体刻蚀技术等方法，制备出更复杂的结构和器件。
二、微纳加工技术在光子晶体中的应用光子晶体具有光子带隙的特性，其能够对特定波长的光进行高效反射、传输和控制。
因此，在通讯、计算和传感等领域有着广泛的应用。
而微纳加工技术则可以在光子晶体中制备大量微小结构，从而提高光子晶体器件的效率和性能。
一种常见的光子晶体器件是微小腔。
微小腔被广泛应用于石墨烯表面等自然材料中。
光子晶体中微小腔的制备需要严格的精度和控制，而微纳加工技术的高精度和高度集成化的特点使得微小腔的制备变得更加简便。
除了制备微小腔，微纳加工技术还可以在光子晶体中制备出各种微结构，如缺陷、变截面算子和反射性能等。
这些结构可以有效地改善和调节光子晶体的性能和特性，从而实现更高效和更复杂的光子晶体器件。
三、微纳加工技术在光纤中的应用光纤作为一种基础性的光子学器件，在通讯、传感等领域有着广泛的应用，而微纳加工技术对光纤制备也起着至关重要的作用。
硅基光子学器件及其制备技术的发展
硅基光子学器件及其制备技术的发展随着人类社会的不断发展和科技水平的不断提高，大家对于信息的传输和处理的需求也越来越高。
在众多的技术手段中，硅基光子学器件可以说是一种非常重要的技术，因为它可以提供非常高的速度和稳定性，可以大大提高我们的生产力和效率。
本文将介绍硅基光子学器件及其制备技术的发展。
1.硅基光子学器件的基本概念硅基光子学器件是一种利用硅材料制造的光电器件，其最大的特点就是具有非常高的速度和稳定性。
它主要由光器件和电器件两部分组成，其中光器件可以用来转换光信号，而电器件则可以用来控制光器件的工作。
硅基光子学器件一般分为两种类型，分别是硅基光调制器和硅基激光器。
前者主要用于对光信号的控制，可以将光信号进行调制，从而实现光信号的传输和处理。
而后者则是用来产生光信号的，可以将电信号转换成光信号。
2.硅基光子学器件的应用领域硅基光子学器件的应用领域非常广泛，主要包括信息传输、光学通信、生物医疗、光学传感等领域。
其中，光学通信是硅基光子学器件应用最为广泛的领域。
在现代社会中，随着通信技术的不断发展，人们对于高速、安全的信息传输的需求也越来越大。
而硅基光子学器件可以帮助我们实现高速的光学通信，从而提高我们的生产力和效率。
3.硅基光子学器件的制备技术硅基光子学器件的制备技术是非常重要的，它决定了硅基光子学器件的性能和应用。
现在，硅基光子学器件的制备技术主要有三种：晶体硅技术、SOI技术和SiGe技术。
晶体硅技术是最早出现的一种制备技术，其主要特点是在单晶硅片上进行加工。
这种制备技术具有简单、成本低的优势，但是其制备的硅基光子学器件的性能和稳定性相对较差。
而SOI技术则采用了硅上绝缘体的技术，在硅片上隔离出一个电气隔离的层，可以大大提高硅基光子学器件的速度和性能。
而SiGe技术则是将硅和锗进行复合，从而产生一种新的材料，可以大大提高硅基光子学器件的速度和稳定性。
4.硅基光子学器件的未来发展方向硅基光子学器件作为一种非常重要的技术，其未来发展方向也备受关注。
现代通信光电子学——光子学
从学科发展历史看光电子学
二十世纪末是光电子产业迅速发展时期，1989年光电子 产业规模～450亿元，1995年增加到700亿美元。2000 年 为 1650 亿 美 元 ， 2003 年 ， 增 加 到 了 2482 亿 美 元 。 2010年？照此发展，二十一世纪将发展到上万亿的产 业规模。光电子学做为一门学科也必将随之发展和深入 。
教材
现代通信光电子学 （第五版）
亚里夫
时间
授课时间：2010年9月21日——2011年1月11日 答疑时间：临时安排 考试时间：2011年1月18日 授课方式：讲授+自学+讨论
考核方式： 平时成绩（出勤、作业）： 50%
期末成绩（ 闭卷考试 ) ：
50%
第1章 电磁理论 第2章 光波在光学介质中传播 第3章 光波频率变换 第4章 激光光束的电光调制 第5章 激光光束的声光调制 第6章 光探测中的噪声 第7章 光辐射的探测 第8章 光波在光纤中传播 第9章 光波在介质波导中传播
众所周知，当今时代已步入信息时代，在信息社会 中，光信息占人类可获得的信息总量的80％以上。 不能不说光学这个古老的学科正在飞速发展，正在 不断注入新内容。
从学科发展的历史看光电子学
电子学
电子学是在电磁学的基础上发展起来的，是研究电信号 的产生、放大、调制、解调、传输、存储、处理、显示和 应用的学科。二十世纪六十年代，半导体材料的研制成功 ，大大促进了电子学的发展，随着半导体工艺和微电子技 术的发展，电子学、微电子学产业已经成为二十世纪的支 柱产业，人类享受的现代物质文明，很大程度上依赖于电 子学的发展。 。
例如非线性光学效应历来都是在强光作用下在介电材料中才观察到的现象然而到了80年代用弱光激发的象gaas等量子阱半导体材料竟观察到了极强的三阶非线性光学现象从而导致了半导体光学双稳态功能器件的开发正象晶体管的研制成功奠定了微电子学的基础一样光晶体管的研制成功必将促进光电子学的发展和光电子产业的发展再如以前人们把光纤仅仅看作传输光波的介质但是随着光纤物理特性的深入研究发现了光纤的偏振和相敏特性利用这些性质可以发展光纤传感技术利用光纤的非线性和色散特性可以压缩和整形光脉冲形成光孤子在光纤中掺入稀土元素铒镱銩等制成有源光纤可以发展光纤激光器和光纤放大器光纤放大器的研究引起了光纤通信的第二次革命在光纤中掺入光敏材料可以研制光纤光栅这必将促进光通信和光传感技术的发展一种全固化的光子集成回路已经迅速地形成并向人们展现出来
光子学技术的快速入门指南
光子学技术的快速入门指南光子学技术是研究和应用光的行为以及与光相互作用的学科领域。
它涉及光的发射、传播、控制和检测等方面，广泛应用于通信、信息处理、医疗、生物、能源和材料等多个领域。
本文将为您提供光子学技术的快速入门指南。
第一部分：光的基础知识了解光的基础知识对于学习和应用光子学技术至关重要。
光是电磁波的一种，具有波粒二象性。
光的波长范围称为光谱，包括可见光、红外光和紫外光等。
掌握光的基本特性，如波长、频率、速度和能量等是入门的关键。
第二部分：光子学组成光子学技术的基本元件包括光源、光学器件和探测器。
光源用于产生光，常见的光源包括激光器、发光二极管和白炽灯等。
光学器件用于控制和操纵光的传播和特性，包括透镜、棱镜、波导器件、偏振器等。
探测器则用于检测和测量光的特性和信号。
第三部分：光的传播与纤维光学光的传播是光子学技术的关键问题之一。
在光纤中，光通过纤芯的全内反射而传播，利用光的全内反射特性可以实现高效率和低损耗的信号传输。
了解光在纤芯中的传播特性以及光的衰减和色散现象对于光纤通信和传感应用非常重要。
第四部分：光子学应用光子学技术在各个领域有着广泛的应用。
在通信领域，光纤通信已经成为主流的通信方式，其高容量、低延迟和低损耗的特点使其成为信息交流的重要手段。
在医疗领域，激光技术被广泛应用于手术、诊断和治疗等方面。
在生物领域，光子学技术可以用于细胞和组织的成像和分析。
在能源和材料领域，光子学技术可以用于太阳能电池和高效光催化反应等方面。
第五部分：光子学研究领域光子学技术的不断发展和进步为科学研究提供了更多的工具和方法。
其中包括光学显微镜、光谱分析仪、激光雷达、光学成像技术等。
这些技术的发展不仅在基础科学研究中有着重要应用，也在工业界和医疗领域发挥着重要作用。
随着光子学技术的快速发展，加深对光的认识，探索新的应用前景成为当前光子学研究的重要方向。
结语：光子学技术作为一门快速发展的学科，正引领着科技进步的浪潮。
光电子技术的原理和器件
光电子技术的原理和器件随着现代科技的高速发展，光电子技术已经逐渐成为了现代科技领域中不可或缺的一部分。
本文通过讲述光电子技术的原理和器件，介绍了这一技术在不同领域中的应用。
一、光电子技术的原理光电子技术是指利用光电效应、光敏效应等物理效应将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号的技术。
其中光电效应是指光照射到金属或其他半导体材料表面时，如果光的能量大于金属或半导体的电子绑定能，就会使得材料中的电子通过撞击其他原子或晶格中的缺陷跃迁出来，产生自由电子，形成电子流。
而光敏效应则是指在光作用下，通过一些特殊材料（如硒、硫等）的光敏晶体，原子和离子中的电子和孔隙可以被富余的电荷或光子捕获，形成电荷对。
通过光电转换器件的结构设计和工艺实现，使得这些光电效应可以被转化成不同类型的电信号或光信号输出。
二、光电子技术的器件1. 光电二极管光电二极管是最常用的光电转换器件之一，它是将光信息转换成电信号的最常用的器件。
其结构与普通的二极管类似，但是在p-n结区域外加反向电压时，在该区域内的少数载流子本身将被聚集，并减少通过该结的电流。
当光子照射到P/ N结上时，载流子对受到影响，被促进到交界面，形成电流，从而光信号被转换成电信号。
2. 光电探测器光电探测器是一种高灵敏度的光电转换器件，它的作用是将光信号转换成电信号。
它的主要结构是基于PN结的光敏元件，与光电二极管类似，但是在光敏元件中会有一定比例的正向偏压，这样激光照射下，携带光能的电子会被聚集在pn结上，缩短携带信号的寿命，提高灵敏度和响应速度。
同时，在工艺上还会使用一些高端技术，如图像集成电路、书写光子技术等，用来使得光电探测器具有较大的接收范围、高分辨率等优点。
3. 光纤光纤是一种基于光导原理的光电转换元器件，能够将光信号从一个地方传送到另一个地方。
它的结构主要包括光心区域和包层区域两部分。
光心区域通常是高纯度的石英玻璃材料，包层区域则是掺杂材料，这样就能够形成高折射率的光心区域和低折射率的包层区域。
光电方面知识点总结
光电方面知识点总结光电技术是光学和电子技术的结合，它利用光子、电子和半导体材料之间的相互作用来实现一系列的应用。
光电技术已经在通信、能源、医疗、娱乐等领域得到了广泛的应用，并且在人们的日常生活中也起着重要的作用。
本文将从光电基础知识、光电器件、光电应用三个方面对光电技术进行总结，希望能够为读者提供一个全面的了解和认识。
一、光电基础知识1. 光的本质光是一种电磁波,它在真空中的速度为约300000 公里/秒。
光波的频率ν与波长λ之间的关系遵循c=νλ,其中c为光速。
光学的波动理论认为光是一种波,而粒子理论则认为光是由光子构成的.量子光学理论认为光既具有波的性质,也具有粒子的性质。
2. 光电效应光电效应是指光的能量被物质吸收后,物质产生电子的现象。
实验结果表明,只有波长小于一定值的光才能引起光电效应。
根据对光的波动性的定性解释,在低频区,光波不具备照射金属产生电子的能力。
而根据光的量子性的定性解释,在高频区,光子的能量大,能将激发金属电子,从而产生光电效应。
3. 光电池光电池是利用光电效应而制成的半导体器件，光照射在光电池上时，光子被吸收并激发出电子，从而产生电流。
光电池主要有太阳能电池和光电探测器两种，太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，而光电探测器是一种可以将光信号转化为电信号的器件。
4. 光电导光电导是指在光照射下,电导率发生变化的现象。
在光电导效应中，光子携带能量被物质吸收后，激发物质内部的电子受限在晶体中移动，使其在外加电场的作用下得到移动。
由于光电导使得材料的电阻率发生变化，因此在一些传感器和光电器件中得到了广泛的应用。
5. 光电子学光电子学是光学与电子学相结合的学科领域，它研究的是光子与电子间相互作用的规律和光电器件的结构设计和应用。
光电子学的研究范围包括从光源的制备、光信号的传输、光信号的检测以及对光信号的处理等多个方面。
二、光电器件1. 光电转换器件光电转换器件是利用光电效应将光信号转换为电信号的器件，主要包括光电池和光电探测器两种。
2020课程学习的心得体会(7篇)
2020课程学习的心得体会（7篇）：教学评价教学过程课程评价2020课程学习的心得体会第一篇：作为我们复旦大学光科学与工程系本科专业中最后一门专业必修课程，《光子学器件与工艺》可以说对我们之前所学的全部知识内容进行了总结，更重要的，通过这门课程，我们从单纯的理论上的学习一步步地过渡到了产业以及在现实中的应用。
毕竟，我们即将毕业，也行有的同学会选择继续深造，很多的同学需要面向社会，步入工作岗位，而这门课程的开设，正为这样的一种转变而开设的。
并且，张老师丰富的授课内容以及生动的授课方式，更进一步实现了这种过渡。
可以说，这门课程就学校中的虚拟工作实践。
一、课堂演讲讨论及参观学习总结1. 演讲报告学习体会记得有一节课程张老师安排一位去参加某光学展览的同学上台，让他讲述自己参观的经历及收获。
虽然我没有亲自去看过那个展览，但听到同学细致的讲解以及自己的亲身体会，我也学到了很多。
并且在整个过程中充满兴趣，很多同学还就展览中出现的某项新技术新发明不断追问，非常受教育。
更难得的张老师在同学讲完后为我们解答了很多我们不明白的原理以及新出现的概念，把同学们带的更远。
这种资源共享的学习模式我很喜欢，虽然其中有很多问题我自己不明白，但却不会觉得枯燥，而且有意识的去思考和研究自己感兴趣的方向，授课效果非常明显。
2. 参观学习心得体会在那节参观学习的课程中，我第一次听在生产一线的工程师为我们讲解各种我已知和未知的各种技术和原理。
现实的讲，他们的讲课水平以及理论深度虽然比不上在校的老师教授，可，他们一切的出发点都效益，这点在我看来非常重要。
学校学习只更偏重研究性和前沿性，但如果不能产生经济效益，就不能够投入生产。
另外，我也看到，别看原理和实际操作相隔不远，但要使两者连通起来，需要非常巧妙的一个桥梁，这也在学校学习中很少了解的。
可惜的没能进厂参观，但整个过程还非常受教育的。
二、对本课程的一点建议和希望1. 进一步活跃课堂气氛，增加互动性教学步入大四，同学们其实情绪波动较大，心里想的事情多了，感觉责任和压力都来了。
光电器件的制备工艺和性能测试
光电器件的制备工艺和性能测试光电器件是一种能够将光能转化为电能的器件，它是现代通信、显示和显示技术的基础。
因为光电器件的制备和性能测试是光电技术进步的基础，所以本文将就光电器件的制备工艺和性能测试方面进行探讨。
一、光电器件的制备工艺光电器件的制备是一项非常精细的工艺，需要一系列复杂的工序来完成。
以下是光电器件的制备流程：（1）材料准备。
准备好用于光电器件制备的半导体材料，如果是硅为基础的器件，需要高纯度的硅片。
（2）沉积。
将所需材料通过沉积的方式涂布到硅片上，这里需要保证沉积厚度的均匀性和材料的纯度。
（3）光刻。
利用光刻技术制作出所需形状，以及制作电路图案。
（4）离子注入。
通过离子注入的方式，将离子嵌入到材料中，实现改变特性的目的。
（5）退火。
在高温和气氛下退火，这里需要控制温度和时间，以改善器件的性能。
（6）金属化。
在制备器件的上下方金属化，以便于器件与外界的连接。
二、光电器件的性能测试光电器件是电学、光学、物理等领域交叉的器件，其性能指标非常复杂。
以下是一些常用的光电器件性能测试方法：（1）暗电流测试。
在无外部光源的情况下测量器件的漏电流水平。
（2）光敏电流测试。
在有外部光源的情况下测量器件的响应电流，并且根据光源强度的变化对器件响应能力进行评估。
（3）量子效率测试。
量子效率是指在光源和电流水平不变情况下，器件转换的光子数与器件吸收的光子数之比。
（4）暗电容测试。
通过在无外部光源的情况下，测量器件间的电容进行测试。
（5）量子谐振现象测试。
对于一些光电器件，存在量子谐振现象，即特定波长下的器件的吸收峰会出现裂分现象。
综上所述，光电器件的制备工艺需要非常精细的工序，包括材料准备、沉积、光刻、离子注入、退火和金属化等，每一步都需要控制好工艺条件。
尤其是严格的制造流程和高纯度材料的要求，限制了光电器件的大规模制造。
对于光电器件性能的测试，有采用暗电流、光敏电流、暗电容、量子效率和量子谐振现象等多种方法，选用不同的测试方法可以得到不同的性能数据指标，以评估光电器件的性能。
光子学知识点
光子学知识点光子学是研究光学和光学器件的科学和技术，它利用光学现象和光子器件来探究光的性质和应用。
光子学的研究领域非常广泛，涉及到光的产生、传播、操控和检测等方面。
在本文中，我们将逐步思考一些光子学的重要知识点。
1.光的特性光是一种电磁波，具有波粒二象性。
它既有波动性，表现为传播速度快、能量传递、干涉和衍射等现象；又有粒子性，表现为光的能量以光子的形式传播，光子具有能量和动量。
2.光的产生和发射光的产生主要有自然光和人工光两种方式。
自然光是由太阳或其他光源产生的，包括可见光、红外线和紫外线等。
人工光是通过特定的光源产生的，如激光器。
3.光的传播光在传播过程中会受到介质的影响，包括折射、反射、散射和吸收等现象。
折射是指光在两个介质之间传播时改变传播方向的现象，其原理是光在介质中的传播速度不同。
反射是指光遇到界面时发生的方向改变现象，根据入射角和反射角之间的关系，可分为法线反射和斜面反射。
散射是指光遇到介质内的微小颗粒或不均匀结构时发生的随机偏折现象。
吸收是指光被介质吸收并转化为其他形式的能量。
4.光的操控光的操控是光子学中的一个重要研究方向，包括光的调制、调频和调幅等技术。
光的调制是指改变光波的振幅、频率或相位，通常用来传输信息。
光的调频是指改变光波的频率，常用于光通信和光谱分析等领域。
光的调幅是指改变光波的振幅，常用于光学成像和光学测量等应用。
5.光的检测光的检测是光子学中的另一个重要研究方向，包括光电探测和光谱分析等技术。
光电探测是指利用光电效应将光能转化为电信号的过程，常用于光通信、光学成像和光学测量等领域。
光谱分析是指利用光的波长和强度信息来研究物质的成分和结构，常用于化学分析和物质表征等应用。
总结：光子学作为研究光学和光学器件的科学和技术，涵盖了光的特性、产生、传播、操控和检测等方面的知识。
通过逐步思考这些知识点，我们可以更好地理解光的本质和应用，为光子学领域的研究和应用提供基础和指导。
光学信息科学与工程
光学信息科学与工程光学信息科学与工程是一门综合性学科，涵盖光学技术、信息科学和工程等多个领域。
它的研究方向广泛，包括光学材料与器件、光子学器件与技术、信息光学与计算光学、光电信息处理与显示技术等。
下面我将分别介绍这些研究方向的主要内容。
1. 光学材料与器件光学材料与器件是光学信息科学与工程的基础研究方向，主要涉及材料的光学性质和光学器件的设计与制备。
该方向的研究内容包括：光学材料的合成与表征、光学材料的光学特性研究、光学器件的设计与模拟等。
研究成果可以应用于光通信、光储存、光显示等领域。
2. 光子学器件与技术光子学器件与技术主要研究利用光与物质相互作用的原理，设计与制造光子器件，实现对光信号的控制与调制。
该方向的研究内容包括：光纤通信器件、光电探测器、光学传感器、光学放大器等光子器件的设计与制备技术，以及光纤通信、光纤传感等技术的研究与应用。
3. 信息光学与计算光学信息光学与计算光学是光学信息科学与工程中的重要方向之一，主要研究利用光的特性进行信息处理与计算。
信息光学主要研究光学存储、光学全息、光学图像处理等方面的技术与应用；计算光学主要研究用光实现的信息处理与计算方法，如光学计算、光学模糊识别等。
这些研究方向对光信息处理和计算领域具有重要的理论意义和应用价值。
4. 光电信息处理与显示技术光电信息处理与显示技术主要研究光电子学与信息显示技术的应用。
该方向的研究内容包括：光电子器件的设计与制造、图像传感与显示技术、光电信号处理与识别、光电子器件的测试与评估等。
研究成果可以应用于光纤通信、光存储、光学显示、光信息处理等领域。
光学信息科学与工程是一个前沿的研究领域，不仅具有广阔的应用前景，也为科学家和工程师提供了丰富的研究资源和创新空间。
通过不断地深入研究和探索，光学信息科学与工程将为人们的生活和科技进步带来更多的可能性。
光子学技术在光电子器件与光电芯片中的创新应用原理与器件设计技巧
光子学技术在光电子器件与光电芯片中的创新应用原理与器件设计技巧光子学技术是研究光与物质相互作用的科学领域，它在光电子器件与光电芯片的设计与应用中具有重要作用。
光子学技术的创新应用原理主要基于光的特性和行为，通过光的操控来实现光电子器件的功能。
在光电子器件的设计中，光子学技术可以被用于实现高速、高效、低能耗的光通信、光传感、光存储等应用。
本文将介绍光子学技术在光电子器件与光电芯片中的创新应用原理与器件设计技巧。
首先，光子学技术在光电子器件中的创新应用原理之一是基于光的传输和调控。
光通信是其中一个重要的应用领域。
在光通信中，光子学技术被用于将光信号进行传输、调制和检测。
例如，使用光纤作为传输介质可以实现大容量、高速率的数据传输。
光调制器则可以将电信号转换成光信号，实现光的调制和解调。
光检测器则可以将光信号转换成电信号，实现光的接收和检测。
光子学技术在光通信中的应用使得通信速度更快，信息传输更稳定，光网络更加可靠。
其次，光子学技术在光电子器件中的创新应用原理之二是基于光的能量转换和控制。
光能量的转换可以通过光电二极管等器件实现。
光电二极管是一种把光能转化成电能的器件，它的工作原理是光照射到半导体材料上产生光生载流子，从而产生电流。
光电能转换器件广泛应用于光电能源和光传感领域。
例如，太阳能电池就是一种将太阳能转化为电能的光电二极管。
光传感器则可以利用光信号的强度、频率或波长来实现对环境参数的检测和测量，如光照度传感器和光谱传感器等。
另外，光子学技术在光电子器件中的创新应用原理之三是基于光的信号处理和存储。
光的特性使其具有非常高的带宽和快速的响应速度，在信号处理与存储中有着独特的优势。
例如，光存储器是一种利用光的特性进行数据存储和读取的器件。
光存储器具有高密度、高速度和长寿命等优势，被广泛应用于光存储和光存储器件中。
此外，光学计算也是光子学技术在光电子器件中的创新应用原理之一。
光学计算利用光的传输和调控特性，进行光学信号的计算和处理，实现了高速度、高并行度的计算能力。
光刻机技术在光子学器件制造中的突破
光刻机技术在光子学器件制造中的突破光子学器件在现代科技领域扮演着举足轻重的角色，而其中的光刻机技术更是为光子学器件的制造提供了重要的工具和支持。
本文将介绍光刻机技术在光子学器件制造中的突破，以及其在推动科技进步和创新应用中的重要意义。
一、光刻机技术的基本原理光刻机技术是一种利用光敏材料对光的照射进行图案转移的方法。
其基本原理是通过光源、掩膜和显影等步骤，将特定的图案在光敏材料表面形成影像。
接着，通过显影过程，将不需要的材料去除，最终得到期望的光子学器件结构。
二、光刻机技术的历史发展光刻机技术起源于20世纪60年代初，最初主要用于集成电路的制造。
随着科技的进步和对器件尺寸要求的日益严格，光刻机技术也不断演进和改进。
在过去的几十年中，光刻机技术经历了分辨率的提高、光源的改进等发展阶段，使得器件尺寸逐渐减小，达到了亚微米级别甚至更小的精度。
三、光刻机技术在光子学器件制造中的突破1. 提高分辨率：随着微电子工艺的进一步发展，对于器件尺寸的要求越来越高。
光刻机技术的突破在于提高了分辨率，能够实现更细微的图案转移。
如今，光刻机已经可以实现纳米级别的分辨率，为纳米光子学器件的制造提供了坚实的基础。
2. 支持多层结构的制造：在光子学器件的制造过程中，往往需要构建复杂的多层结构。
光刻机技术通过引入多道曝光和多次显影等工艺，使得多层结构的光子学器件制造成为可能。
这大大拓宽了器件的应用范围和功能。
3. 提升制造效率：光刻机技术通过自动化控制和优化工艺，提高了器件的制造效率。
相比传统的手工制造方法，光刻机能够实现大规模的、高精度的器件制造，大大缩短了制造周期和成本，提高了产能和竞争力。
4. 开辟新型器件的制造路径：光刻机技术的突破还带来了一系列新型器件的制造路径。
例如，利用光刻机技术可以制备出微纳光学元件、光子晶体材料等具有特殊光学性质的器件。
这些新型器件在光通信、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
四、光刻机技术在科技进步中的重要意义光刻机技术作为现代光子学器件制造的重要工具，对科技进步和创新应用起到了至关重要的作用。
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e : 电子;
p : 光子;
e* : 被调制的电子, 光电子;
26
p* ：被调制的光子； E: 电源; O: 光源
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(c)
这是光电结合，即光 电子过程。 光电探测器及各种光 电通信接受系统等。
e : 电子;
p : 光子;
e* : 被调制的电子, 光电子;
27
p* ：被调制的光子； E: 电源; O: 光源
2 光子学器件
• 光子学是研究作为信息和能量载体的光子及其 应用的一门技术性科学。 • 它涉及光子的产生、传输、探测、控制、转换、 存储、显示等，并由此形成了诸多相关的器 件，即光子器件，它是光子学与技术的重要基 础。 • 人们仿效电子学，将光子器件大体上划分为有 源(Active)与无源(Passive)器件两大类，也可按 其功能划分，将其划分为光子源器件、控制器 件、探测器件、存储器件与显示器件等。
光子学器件与工艺
复旦大学信息学院 光科学与工程系
1
主
讲：张荣君
办公室：微电子搂B202室 电 话：6564 3559 E-mail：rjzhang@
2Leabharlann 参考书：• 光纤通信用光电子器件和组件 • 光纤通信网新型光无源器件 • 光纤通信用光电子器件制作 工艺基础 • 光无源器件 • Fibre Optic Communication Devices
20
特征 静止质量 运动质量 传播特性 传播速度
电子 mo me 0 hv/c2
光子
不能在自由空间传播 能在自由空间传播 小于光速(C) 等于光速(C)
有一定的类时间可逆 时间特性 有时间不可逆性 性 空间特性 高度的空间局域性 不具空间局域性 粒子特性 费米子(服从费米统计) 玻色子(服从玻色统计) 电荷 -e 0 取向特性 两个自旋方向 两个偏振方向 表二 电子与光子的主要差别
21
电子学 1897年 汤姆逊(Thonlson)发现电子 1910年 在文献中开始出现"电子学" 1947年 发明晶体管 1959年 集成电路概念 1961年 集成电路进入商用 1965年 摩尔定律：集成度（芯片上 集成的晶体管数量）每18~24个 月翻一番
光子学 1906年爱因斯坦(Einstein)提出光子学说 1952年 在文献中开始出现"光子学" 1960年 发明激光器 1969年 集成光学概念 1978年 光电子集成样品 1976年 光纤通信进入商用1977年 1993年 波分复用（不同波长在同一光 纤中的集成）
24
在信息领域电子学与光子学的结合模式
e
O
e* e
(a)
这是全电子（ee）的 过程，光（O）起辅 助作用。 如：太阳能电池供电 的各种电子设备。
e : 电子;
p : 光子;
e* : 被调制的电子, 光电子;
25
p* ：被调制的光子； E: 电源; O: 光源
p
E
p* p
(b)
这是全光子（pp） 的过程，电（e）起 辅助作用。 如：各种光子源（激 光器等）。
18
光子具有的优异特性
• • • • • • • 1 极高的信息容量和效率 2 极快的响应能力 3 极强的互连能力与并行能力 4 极大的存储能力 5 极高的保密性 6 光子传输耐高温性 7 光器件可借助微电子工艺
19
光子学与电子学
• 电子与光子是当今和未来信息社会的两个最 重要的微观信息载子，对它们的研究分别隶 属于电子学与光子学的范畴。 • 正如电子与磁的并行性与互补性一样，光子 学与电子学有很好的并行性与互补性。光子 技术离不开电子技术。 • 深入了解这一客观规律，对发展光子学与光 子产业具有重要意义。
p
E
p* e
(d)
这是光电结合，即光 电子过程。 电致发光及各种电视 接受系统等。
e : 电子;
p : 光子;
e* : 被调制的电子, 光电子;
28
p* ：被调制的光子； E: 电源; O: 光源
光子学研究的重要意义
• 国外 • 中国
29
光子学的重要分支学科 及其发展
30
光子学主要分支学科有：
3
《光纤通信系统》 顾畹仪、李国瑞 编著 北京邮电大学出版社 《光纤通信系统》杨祥林 编著 国防工业出版社 Fundamentals of Photonics
by B.A.Saleh and M.C.Teich John Wiley & Sons Inc. 《太阳能光伏发电技术》，沈辉 曾祖勤 主编 化学工业出版社 《光纤光栅：原理、技术与传感应用》 李川 张以谟 赵永贵 李立京编著 科学出版社
2010年 集成电路的特征尺寸将趋于 2010年 一根头发丝截面大小的光纤能 物理极限0.05um，一根头发丝截 复用1000或10000个不同的波长。使 面大小的芯片上将集成3,000,000 光纤束的总信息传输容量为每秒传 个晶体管，能完成一台PC机的功 送1000万亿bit的信息，相当于129亿 人通电话或传输5亿部电视节目。 能。
17
• 光子技术：光子学是一门更具有技术科学性 质的学科，包括光子发生技术（激光技术）、 光子传输技术、光子调制技术与开关技术、 光子存储技术、光子显示技术等；
• 光子学的重要应用领域：信息科学（新学科： INFOPHOTONICS）、生物或生命科学（新 学科： BIO-MEDOPHOTONICS ）、基础光 子学。
表三 电子学与光子学的简单历史
22
光子学与电子学的发展模式：非常相似
• 电子学： “电学→电子学→电子回路→电子集成→电子系 统→电子工程→电子产业” • 光子学： "光学→光子学→光子回路→光子集成→光子系 统→光子工程→光子产业"
23
光子学与电子学的结合
• 对光子的认识和利用还不成熟； • 无论在理论还是实践上，对电子的认识 和应用相当成熟； • 光子技术离不开电子技术。
• 1982年，世界著名的美国《SPECTRA》杂 志，改名为《PHOTONICS-spectra》。 • 我国老一辈龚祖同、钱学森等在1970年代：光 子学是与电子学平行的科学；光子学，光子技 术光子产业。 • 1994年，我国相关科学家在北京开会，对光子 学的有关问题展开讨论并取得共识。
16
光子学的定义：
• 光子学是研究作为信息和能量载体的光子行 为及其应用的科学。广义地：光子学是关于 光子及其应用的科学。 • 在理论上，它主要研究光子的量子特性及其 与物质（包括与分子、原子、电子以及光子 自身）的相互作用中出现的各类效益极其规 律；在应用方面，其研究内容主要包括光子 的产生、传输、控制以及探测规律等。
• 1 基础光子学，包括量子光学、分子光子学、 超快光子学、非线性光子学等； • 2 光子学器件，包括新型激光器、有源无源光 子器件等； • 3 信息光子学，包括导波（光纤）光子学、光 通信技术、光存储技术、光显示技术等； • 4 集成与微结构光子学，包括半导体集成光子 学、微结构光子学等； • 5 生物医学光子学，包括生物光子学、医学光 子学等。 31
1 基础光子学
• 在光子学形成和发展过程中，光子学在诸多技术领域 中的重要应用都建立在与光子产生、传输和探测有关 的基础上。基础光子学主要包括量子光学、分子光子 学、光量子信息论、超快光子学、非线性光学等几个 部分。 • 原子冷却与俘获、原子光学； • 量子计算机、量子通信、量子态的制备与检测； • 光电与电光转换器件（电致发光、微腔光学）、近场 光学（SNOM）； • 飞秒激光系统、超快超强激光物理； • 光学非线性新材料； 32
14
21世纪--蓬勃发展的光子学年代
• 1906年，爱因斯坦提出光子学说，用来解释光电效应； • 1970年，荷兰科学家波德沃尔特(Poldervaart)定义光子 学为“研究光子为信息载体的科学”，几年后他又补充为 “以光子作为能量载体的”也应属光子学的研究范畴；
• 1976年，美国物理学公报(Physics Bulletin)给出“光子学” 定义为“与电子学相似，光子学是描述光子在信息传输 中的应用，包括光子束的产生、波导、偏转、调制、放 大、成象处理、存贮和探测”。 • 贝尔实验室Ross教授：电子学是“关于电子的科学”，光 15 子学是“关于光子的科学”。
• 集成电路技术的成熟及其产业化，为改变人类 文明进程做出了巨大贡献。在我们的生活中， 到处是“电子”：电子信箱、电子计算机、电子 商务、电子游戏、电子对抗、电子侦察机、电 子手套、电子靴。离开了微电子，我们难以想 象人类社会将成为什么样子。 • 但是，随着微电子技术研究的不断深入，该技 术的发展和应用遇到了难以逾越的障碍：摩尔 (G·Moore)定律！事实证明了摩尔定律的准确 性，但也同时显现出集成电路技术趋于物理极 限。
11
Todays transistors in the nano-era
cheaper
faster
12
more
年份 1970年 1985年 2000年 2010年
特征尺寸 10μm 1μ m 0.1μm 0.05μm
头发丝截面尺寸上的奇迹 相当于在一根头发丝的截 面上能集成5个晶体管 相当于一根头发丝截面上 能集成500个晶体管 相当于一根头发丝截面上 能集成50000个晶体管 相当于一根头发丝截面上 能集成3,000,000个晶体管 表一
4
5
本课程讲义参考了多项他人 的学术论文、专著、教材或 讲稿等文献中的文字或图片 等内容。只用于课程教学的 目的，并仅提供给参加课程 学习的同学学习参考，没有 商业目的！授课教师向文献 版权人表示感谢！
6
绪
论：
• 光子学：发展及其分支
7
本节提纲：
从光电子与微电子相似的发展规律出发,阐述微 电子对于信息技术的重要作用以及对发展光电子 产业的启迪。