光电子技术(2)(激光技术)
光电子技术的发展与应用
光电子技术的发展与应用光电子技术，作为一门交叉学科，融合了光学、电子学和信息技术的研究成果，为现代科技发展提供了重要的支持和推动力。
本文将探讨光电子技术的发展历程以及在不同领域中的广泛应用。
一、光电子技术的发展历程光电子技术的起源可以追溯到19世纪末的电磁理论发展。
随着光学、电子学和信息技术的不断进步，光电子技术逐渐成为一个独立的研究领域，并得到了广泛的应用。
以下是光电子技术的一些重要里程碑：1. 光电效应的发现1905年，爱因斯坦提出光电效应的理论，该理论解释了材料受光照射时产生的电子排斥现象。
这一重要发现对于后来的光电子技术的发展起到了关键作用。
2. 半导体器件的发展20世纪50年代，半导体技术的快速发展为光电子技术的进一步发展提供了基础。
半导体材料的特殊性质使其在光电子器件的制造中具有独特的优势。
3. 光纤通信技术的突破20世纪60年代末，光纤通信技术的突破标志着光电子技术的新时代的到来。
光纤通信以其大带宽、低损耗和高速率的优势，使得信息传输变得更加便捷和高效。
4. 激光技术的应用激光技术的发展在光电子技术中占据着重要地位，激光器的出现使得光电子在通信、医疗、测量和材料加工等领域都有了广泛的应用。
二、光电子技术的应用领域1. 光通信光通信是光电子技术的重要应用之一。
利用光纤传输信息具有大带宽、低损耗和高速率的优势，可以满足现代社会对大容量、高速率通信的需求。
光通信技术已经广泛应用于长距离通信、数据中心互连和宽带接入等领域。
2. 光存储技术光存储技术是指利用光的记忆和存储功能来实现信息的存储和检索。
光存储器件具有容量大、读写速度快和耐久性强的优点，目前已经广泛应用于光盘、蓝光光盘、固态硬盘等储存介质。
3. 光电显示技术光电显示技术是利用光电效应将电信号转换为光信号，实现信息显示的技术。
目前常见的光电显示技术包括液晶显示、有机发光二极管（OLED）和量子点显示。
这些技术在平板电视、智能手机和电子书等电子产品中得到广泛应用。
光电子技术的重大进展及未来前景
光电子技术的重大进展及未来前景光电子技术是指利用光子与电子相互作用的原理进行信息传输、控制、处理和谱学分析等领域的研究。
它是光学、电子学、数据处理和通讯技术的综合应用。
在过去的几十年中，光电子技术一直处于快速发展的过程中，不断地带来许多新的创新和突破，推进了我国社会经济的发展，也深刻地影响了人们的生活方式和思考方式。
今天，我们将一起探讨光电子技术的重大进展及未来前景。
一、光电子技术的重大进展在过去的几十年中，光电子技术一直处于不断的研究和发展之中，也带来了许多的重大进展。
下面，我们就来看看光电子技术的重大进展有哪些。
1、激光技术的发展激光技术是光电子技术中的一个重要分支领域，它的发展也得到了广泛的应用。
例如，激光器可以用于制造半导体芯片、显示屏、光纤通信和医学等方面，可以说激光技术是研究和运用光电子技术的核心。
2、光通信的发展光通信是当前世界最重要的交流技术之一，其技术特点是利用光信号代替电信号进行信息传输。
光纤通信技术可以实现长距离传输，高速率传输和大容量传输等优点，是信息技术领域中不可或缺的重要技术。
3、光电存储器的发展随着计算机系统的不断升级，光电存储器技术越来越显得重要，它可以提高计算机存储容量和运行速度，与传统的硬盘、内存和固态硬盘相比，光电存储器具有更高的数据存储容量、更快的读写速度和更长的使用寿命等优点。
4、光学测量技术的发展光学测量技术是一种利用光学原理进行测量的技术，早期主要应用于工业领域，如机械设备的精度检测、零部件的精度测量和生产流水线的质量控制等，现在已广泛应用于航空航天、建筑工程、医疗诊断、地质勘测和环境监测等。
二、光电子技术的未来前景随着人们对科技创新和新兴产业的追求，光电子技术将在未来取得更大的突破和发展，其未来前景也必将十分广泛且光明。
1、光电子技术在通信领域的应用未来，光电子技术将在通信领域发挥越来越重要的作用。
随着5G技术的不断完善和普及，同时光通信技术的提高，光电子技术将更好的应用在移动通信和物联网等领域，为人们的生活带来更高效、更舒适和更安全的体验。
光电子技术简介
4、我国的光电子技术
我国已经逐步实现了量子阱材料和器件、 DFB激光器、光电集成芯片和光子集成芯片 等关键技术的突破，进而研制成功了用于高 速光通信、光存储和光显示的几十种关键器 件，并形成了商品化。目前我国18个光电子 产业化基地蓬勃兴起，正在形成独具特色的 “中国硅谷”。
4.2 光电子技术
一、概念
1、含义： 含义：
是继微电子技术之后发展的新型高技术， 是继微电子技术之后发展的新型高技术， 是电子技术与光子技术自然交叉与扩展而成 的新兴学科。 的新兴学科。
2、发展历程：
（1）开端:1960年世界第 一台红宝石激器的问世， 标志着这一学科的开端。 （2）突破性发展：20世纪70年代“双异质 结半导体激光器”和“石英光纤”两大技 术思想的提出，使光电子技术有了突破性 的发展。
二、应用
1、、信息存 储、信息显示、激光加工、军用光电技术
2、光通信技术：
特点： （1）通信容量大； （2）通信质量高，抗干扰性 强； （3）保密性好； （4）原料足，价格低。
3、光盘：
（1）特点：存储密度高，存储时间长，非接触式读写信 息及信息的信噪比高。 （2）发展方向： 第一，在不改变现有光盘尺寸的同时，极大地 提高 光盘的存储密度和容量。 第二，向三维方向发展。 （3）蓝光光盘： 作为DVD光盘的下一代光盘格式，用以存储高 画质的影音以及高容量的资料。一个单层的蓝光光盘的容 量为25GB或27GB，目前已经研发出4层容量为100GB 的光 盘。
激光与光电子技术
通信方面，1964年9月用激光演示传送电视图像，
1964年11月实现3～30公里的通话。 工业方面，1965年5月激光打孔机成功地用于拉丝 模打孔生产，获得显著经济效益。 医学方面，1965年6月激光视网膜焊接器进行了动 物临床实验。 国防方面，1965年12月研制成功激光漫反射测距机 （精度为10米/10公里），1966年4月研制出遥 控脉冲激光多普勒测速仪。 在起步阶段我国的激光技术发展迅速，无论是数量 还是质量，都和当时国际水平接近。
3. 测量衍射效率
4. 测量超声光栅的光栅常数 思考：1.如何由声光晶体制作声光调制器 2.解调器应具备怎样的物理性质？
§4 表面等离子体共振技术 一、现实中的等离子体 太阳风
日冕
宇宙中99％的已知物质是等离子体
数密度：103 m-3 ---- 1033 m-3 温度：10-1ev --- 106 ev (104 K---- 1010 K) 1ev ~ 11600 K
稍后，美国物理学家查尔斯· 汤斯以及前苏联物理学家 马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受 激辐射原理来产生和放大微波的设计。
1954年，第一次实现了氨分子微波量子谐振器，由此诞 生了一个新的学科：量子电子学，开辟了利用粒子中的 束缚电子与电磁场的相互作用来放大电磁波的新路。 1958年，汤斯和肖洛提出了利用尺度远大于波长的开 放式光谐振腔实现激光器的思想。布隆伯根提出了利 用光泵浦三能级原子系统实现粒子数反转分布的构想。
2. 光源的调制 此调制方法也适于音 内调制：信号直接控制光源的工作电流 频信号光纤传输实验 光源的 特点：易于实现，适于中低速传输 调制 外调制：利用光通过介质时的电光、声光、 磁光等效应实现信号对光强的调制。 特点：光源输出功率恒定，适于高 本实验采用 速传输 内调制 V+ V+ P R1 LED R LED 直流偏置点 调制 信号 调制信号 R2 I
光电子技术
放电特点,选择一个合适的驱动波形,可以提高PDP 显示器的性能。
本文采用流体模型,分析了多种驱动电压波形下,PDP的放电过程和放电效率。
为选择合适的外驱动电压提供帮助。
参30617008一种高稳定度速调管聚焦磁场电源的研制刊,中/蔡宝龙//雷达与对抗.2006,(1).6870(D)介绍了一种高稳定度速调管聚焦磁场电源的具体性能指标和实现方案,着重讨论了主回路、驱动电路、保护电路的原理,实际调试中所需要注意的问题,以及关键元器件的设计和选择方法。
参20617009真空管道运输真空产业发展的新机遇刊,中/张耀平//真空.2006,43(2).5659(D)0617010两种以Znq2为基体的新型电致发光材料的合成与性能刊,中/王华//发光学报.2006,27(2).249 253(E)0617011基于Alq3的有机发光器件的发光特性刊,中/陈文彬//发光学报.2006,27(2).243248(E)0700光电子技术0617012栅极模单光子探测器量子效率评价方法=Quantum efficiency evaluation method for gated mode single photon detector刊,英/A.Yoshizawa,R.Kaji//Electronics Letters.2002,38(23).1468(E)0617013基于USB2.0接口在线变速调焦应用系统的设计刊,中/高世杰//计算机测量与控制.2006,14(4). 521523(C)与传统的摄影调焦系统相比较,针对焦距可以在线调整的要求,提出了基于USB接口的可在线变速调焦应用系统的设计方案,利用USB2.0接口芯片为数据传输核心,通过主机端应用程序设置调焦曲线,实现了变速调焦的功能,实验结果表明,该系统调焦曲线拟合度较好,拍摄已知运动轨迹的目标,达到了满意效果。
参50617014相对论激光固体靶作用中超热电子能谱测量刊,中/张双根//光电子激光.2006,17(3).347351 (E)0617015红外焦平面阵列失效元动态检测与校正算法刊,中/李怀琼//红外与激光工程.2006,35(2).192196 (E)0617016大口径非球面计算全息检测系统刊,中/刘华//红外与激光工程.2006,35(2).177182(E)0617017基于高阶统计量的红外焦平面非均匀校正算法刊,中/徐田华//西安电子科技大学学报.2006,33 ()3(D)根据高斯噪声高于二阶累积量为零的特性,提出基于高阶统计量的红外焦平面非均匀校正算法,可从图像场景中自适应估计阵列单元的增益和偏置参数。
激光技术习题及答案
光电子技术（2）上篇：“激光技术”习题1、在电光调制器中,为了得到线性调制,在调制器中插入一个1/4波片,它的轴向应该如何设置为佳?若旋转1/4波片,它所提供的直流偏置有何变化?2、为了降低电光调制器的半波电压,采用4块z 切割的KD *P 晶体连接(光路串联,电路并联)成纵向串联式结构。
试问:(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加,各晶体x 和y 轴取向应如何?(2)若,/106.23,51.1,628.012630V m n m -⨯===γμλ计算其半波电压,并与单块晶体调制器比较之.3、试设计一种装置,如何检验出入射光的偏振态(线偏光,椭圆偏光和自然光),并指出是根据什么现象?如果一个纵向电光调制器没有起偏器,入射的自然光能否得到光强调制?为什么?4、一钼酸铅(4PbMoO )声光调制器,对He-Ne 激光器进行调制。
已知声功率,1W P s =声光互作用长度mm L 8.1=,换能器宽度13152103.36,8.0--∙⨯==kg s M mm H ,试求钼酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。
5、在锁模激光器中,工作物质为YAG,m μλ06.1=,棒尺寸Φ,504mm ⨯腔长,100,75.0MHz fm m L ==选择熔凝石英(n=1.46)作声光介质,声速s cm V S /1095.55⨯=,采用布拉格衍射,驻波形式,设计声光锁模调制器的尺寸,并求出布拉格角。
6、有一带偏振棱镜的电光调Q YAG 激光器,试回答或计算下列问题:(1) 画出调Q 激光器的结构示意图,并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的相对方向。
(2) 怎样调整偏振棱镜的起偏方向和晶体的相对位置才能得到理想的开关效果?(3) 计算1/4波长电压)./106.23,05.1,25(176304/V m n n mm l V e -⨯====γλ7、声光调Q 为什么运转于行波工作状态,一般只适用于连续激光器的高重复频率运行?加到电声换能器上的高频信号还要用频率为f 的脉冲电压进行调制?8、当频率的超声波MHz f s 40=在熔凝石英声光介质(n=1.54)中建立起超声场时)/1096.5(5s cm v s ⨯=,试计算波长为m μλ06.1=的入射光满足布拉格条件的入射角θ。
《光电子技术》课程教学大纲
《光电子技术》课程教学大纲课程代码：ABJD0511课程中文名称:光电子技术课程英文名称：PhotonicsTechno1ogy课程性质：必修课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时授课对象：电子科学与技术专业本课程的前导课程：大学物理、高等数学、半导体物理一、课程简介《光电子技术》是电子科学与技术专业设立的一门核心专业课。
本课程旨在系统介绍光电子学基本概念、基本原理和基础理论，并阐明各种效应间的内在联系，分析几种常用光电器件的工作原理，以便学生掌握光电子学基本概念、基本原理与基础理论，对光电子技术的全貌有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。
二、教学基本内容和要求1、绪论了解光电子学的历史沿革、发展动态、应用领域等，重点掌握光电子学研究内容及其发展动态2、光学基础知识与光场传播规律教学内容：光学基础知识（光的基本属性，反射、折射，偏振，干涉，衍射），光的电磁理论和波动光学的相关知识（麦克斯韦方程，波动方程，高斯光束）。
重点：光的基本属性，波动方程，高斯光束。
难点：波动方程，高斯光束。
教学要求：复习掌握光学基础知识（光的基本属性，反射、折射，偏振，干涉，衍射）；掌握光的电磁波理论；理解和掌握麦克斯韦方程、波动方程、高斯光束的概念与应用。
3、激光原理与技术教学内容：激光原理（光与物质相互作用的经典和量子理论，激光产生的条件及激光的特点，激光器的基本结构及输出特性，激光器的种类）和激光技术（脉冲技术、选模技术、稳频技术等）。
重点：光与物质相互作用的基本理论;；激光产生的条件；调Q和锁模技术。
难点：光与物质相互作用的基本理论；激光产生的条件。
教学要求：掌握激光原理，包括光与物质相互作用的经典和量子理论，激光产生的条件及激光的特点，激光器的基本结构及输出特性，激光器的种类；掌握激光技术包括脉冲技术、选模技术、稳频技术等。
4、光波导技术基础教学内容：光波导基础、平板光波导射线光学分析、平板光波导中光导波的物理光学分析、光纤中光导波的射线光学分析、光纤中光导波的物理光学分析、光纤通信基础。
军事高技术
军事高技术1.高技术概述一、高技术概念与分类二、高技术与军事高技术的主要特征三、高技术对现代作战的影响四、科学技术与战争的关系2、军事高技术基本分类如果从军事高技术与武器装备的关系出发，军事高技术还可细分为两个层次或两种类型的新技术群：（1）军事基础高技术（2）军事应用高技术（1）军事基础高技术军用新材料技术、军用生物技术、军用航天技术、军用信息技术、军用核技术、海洋开发技术、定向能技术、军用计算机和人工智能技术等。
（2）军事应用高技术侦察监视技术、隐身技术、夜视技术、激光技术、电子对抗技术、制导技术、常规武器技术、作战平台技术、军事航天技术、军用计算机技术、军队指挥自动化技术、核生化武器技术、新机理武器技术等。
二、高技术与军事高技术的主要特征（一）高技术的主要特征（二）军事高技术的主要特征（一）高技术的主要特征1、高智力高技术是知识密集型技术，它的发展必须依靠创造性的智力劳动，依靠富有创新意识、创新能力的高素质人才，体现了高智力的特性。
2、高投资高技术的研究开发需要昂贵的设备和较长的研制周期，因而研制过程需要耗费巨额资金。
3、高竞争高技术的时效性决定了谁先掌握技术、谁先开发出产品并抢先投放市场或用于战场，谁就能获得优势，占据主动。
4、高风险高技术竞争的失败，对企业而言，意味着投资的失败；对国家而言，意味着国家利益将要受到损害。
5、高效益高技术产品是高附加值产品，其形态是知识的物化形式，所以其价值远远超过所消耗的原材料和能源的价值。
6、高渗透高技术本身具有极强的综合性和技术辐射性或渗透性，不仅可以用于新兴产业的创立，还可以用于传统产业改造，成为政治、经济、军事、外交和社会生活等各个领域发展变化的驱动力。
7、高速度高技术产业是目前发达国家经济中最活跃也是增长最快的经济部门。
高技术产业的成功，不仅表现在产值、产量的发展高速度上，而且还突出表现在产品性能更新的高速度上。
（二）军事高技术的主要特征1、发展的超前性军事上的需要是军事高技术发展的主要推动力。
光电子技术在通信与信息处理中的应用
光电子技术在通信与信息处理中的应用光电子技术是指将光与电子相结合的技术领域，它在通信与信息处理领域具有广泛的应用。
随着信息社会的发展，人们对高速、高效、高质量的通信需求越来越强烈，光电子技术的应用也越来越被重视。
本文将介绍光电子技术在通信与信息处理中的应用，并探讨其对现代社会的影响。
一、光纤通信光纤通信是光电子技术的重要应用之一。
光纤通信利用光信号在光纤中传输数据，具有大容量、低损耗、抗干扰等优点。
现代通信网络普遍采用光纤作为主要传输介质，使得数据传输速度大幅提升，网络质量大幅改善。
光纤通信的快速发展极大地推动了信息社会的进程。
二、激光技术激光是光电子技术的核心之一，它具有高亮度、高单色性和高方向性等特点。
激光技术在通信与信息处理中有着广泛的应用，如光存储、激光打印、激光扫描等。
光存储技术以其高速、高密度的特点，成为数字信息存储的重要手段。
激光打印和激光扫描技术则大大提高了印刷和扫描的效率和质量。
三、光电子器件与器材光电子器件与器材是光电子技术的基础。
例如，光电二极管、激光二极管等光电子器件的应用使得通信设备更加小型化、高效化。
高性能的光电子器件和器材的不断发展，为通信与信息处理提供了更加可靠和高质量的硬件支持。
四、光子晶体与光学薄膜光子晶体和光学薄膜被广泛应用于光电子技术中。
光子晶体是一种周期性的光学结构，拥有较大的禁带宽度和调制特性。
光子晶体的应用使得光纤通信系统的波长分离、滤波和调制等处理技术更加高效可靠。
光学薄膜具有较高的透过率和反射率，使得光学器件的性能得到提升。
五、光学传感器光学传感器是光电子技术在通信与信息处理中的另一个重要应用。
光学传感器通过测量光的特性来感知物理和化学量，具有高灵敏度、高分辨率和快速响应等特点。
光学传感器广泛应用于温度测量、电流测量、压力测量、化学成分分析等领域，为工业自动化和生命科学领域带来了巨大的进步。
综上所述，光电子技术在通信与信息处理中的应用涵盖了光纤通信、激光技术、光电子器件与器材、光子晶体与光学薄膜以及光学传感器等多个方面。
激光技术及应用介绍
RGB TV SET
Diode Pumped Laser 转换产生 RGB
Diode Pumped MicroLaser
Diode Pumped MicroLaser
DPL Projection TV
绪论
激光在各领域中的广泛应用及发展前景：
在医学领域的应用 1、激光眼科手术 2、激光牙科手术
20世纪50年代初， 电子学和微波技术的应用提出了 将无线电技术从微波推向光波的要求。 1952年 美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理 论去放大电磁波。 从微波振荡器到光波振荡器 微波振荡器的实现原理：
一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔； 利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大 和振荡。
激光技术发展简史
普通光源-----自发辐射 激光光源-----受激辐射 激 光 (Laser) （镭射） (Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation) “辐射的受激发射光放大”
“激光”——钱学森在1963年提出标准译法
激光技术发展简史
1954年，美国的汤斯(Charles H.Towns)、苏联的巴索 夫(Nikolai G.Basov)和普洛霍洛夫(Aleksander M.Prokhorov)第一次实现了氨分子微波量子振荡器 (Maser), 抛弃了 利用自由电子与电磁场的相互作用实 现电磁波的放大和振荡，利用原子或分子中的束缚电 子与电磁场的相互作用来放大电磁波。 1958年，汤斯和肖洛(Arthur L.Schawlow)抛弃了一个 尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔，提出了利用尺度 远大于波长的开放式光谐振腔，实现了激光器的新思 想。 布隆伯根(Nicolaas Bloembergen) 提出了利用光 泵浦三能级原子系统实现原子数反转分布的新构想。 汤斯和肖洛在Physis Revies 上发表论文，指出了实 现受激辐射为主的可能性，并给出了实现这个愿望需 要满足的条件。
光电子技术电子课件-激光器的结构及工作原理
2.工作物质
• 在大干世界里，各种各样的物质都是由分子、原
子、电子等微观粒子组成的，如果有了强大的激 励是不是都能在物质中实现粒子数反转而产生激 光呢?不是的，激励只是一个外部条件，激光的产 生还取决于合适的工作物质，也称之为激光器的 工作介质，这才是激光产生的内因。前面我们所 讲到的都是以二能级系统为例来讨论的，也就是 说工作物质只有高、低两个能级。实际上目前所 有已实现的激光辐射都是三能级或四能级系统。
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• 当外界强光激励置于两镜间的激光介质时，就在亚稳态级与
稳态级之间实现了粒子数反转。处于亚稳态级的粒子当自发
地跃迁到低能级时将自发辐射光子，但这种发射是无规律的
，射向四面八方，其中一部分可以诱发激发态上的粒子产生
受激辐射。从图上可以看出，凡非腔轴方向的自发辐射，尽
管它也可以诱发激发态上的粒子产生光放大，但因介质体积
增益媒质，它可以是气体、液体、固体或半导体
。现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括
从真空紫外线到远红外线，非常广泛。在这种介
质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必
要条件。显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数
反转世非常有利的。激光工作物质的主要要求，
是尽可能在其工作粒子特定能级间实现较大程度
的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射过
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激励的方法很多，一般可以用气体放电的方 法来利用具有动能的电子去激发介质原子， 称为电激励，如图a;也可以用脉冲光源来照射 工作介质，称为光激励，如图b。
a.气体放电激励
b.光激励
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利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片 、高能粒子或放射线来激励工作物质并 实现粒子数反转叫核能激励。还有热激 励、化学激励等。各种激励方式被形象 地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光 输出，必须不断地“泵浦”以维持处于 上能级的粒子数比下能级多。
光电子技术课件二激光原理和技术
其他非线性光学效应简介
光学整流
光学整流是指利用非线性光学效应将交流光信号转换为直 流电信号的过程。它在光通信、光计算等领域有潜在应用 。
光学参量振荡（OPO）
OPO是一种基于非线性光学效应的频率转换技术，可以实 现宽调谐范围、高效率的激光输出。它在激光雷达、光谱 学等领域有广泛应用。
四波混频（FWM）
工作原理
通过电流注入半导体芯片，使芯片内的电子和空穴复合并释放出能 量，形成激光振荡并输出激光。
特点
具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于通信、 工业加工等领域。
03
激光束特性及参数测 量
激光束空间分布特性
高斯光束
基模高斯光束是激光束的 典型空间分布形式，具有 中心光强最大、向外逐渐 减小的特点。
相位调制与解调方法
相位调制
通过改变激光束的相位来加载信息。这通常使用电光调制器（如Pockels效应调制器）来实现。
相位解调
从接收到的激光信号中提取相位变化的信息。常见的方法包括使用干涉测量技术，如Mach-Zehnder干涉仪或 Michelson干涉仪。
05
非线性光学效应在激 光技术中应用
二次谐波产生（SHG）原理及应用
02
激光器结构与工作原 理
固体激光器
固体激光器的构成
特点
通常由激光工作物质、泵浦源、光学 谐振腔等部分组成。
具有体积小、重量轻、效率高、寿命 长等优点，广泛应用于科研、工业、 医疗等领域。
工作原理
通过泵浦源提供能量，使激光工作物 质中的粒子实现粒子数反转，然后在 光学谐振腔的作用下，产生激光振荡 并输出激光。
新型高功率高能量密度激光技术
随着新型激光材料、新型激光器等技术的不断发展，高功率高能量密度激光技术将不断取 得新的突破。
光电子技术电子课件-激光的产生和特性
激光的产生和特性1.激光的产生（1）原子能级和辐射跃迁分子由原子组成，原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成。
1）核外电子的特征：①质量很小，是中子或质子质量的1/1836（质子质量为 1.673×10-27kg,中子质量为1.675×10-27kg）②体积很小③运动速度很快，接近光速即3×108米/秒2)核外电子运动特征：①电子在原子核外运动并不遵循宏观物体的运动规律，无一定的运动轨迹②电子在核外运动所处的位置及运动速度不能准确确定，但可以用统计的方法确定电子在核外某处出现的机会③具有一定能量的电子在原子核外一定区域内运动，在同一区域内运动的电子的能量大致相同3）电子具有的量子数不同，表示有不同的电子运动状态2.原子的能级电子具有的量子数不同，表示有不同的电子运动状态(1)电子的能级，依次用E0，E1，E2，…En表示；(2)基态：原子处于最低的能级状态；(3)激发态：能量高于基态的其它能级状态。
3.激发和辐射在通常情况下，它们处于于最低能级，叫基态．当各种频率的光照射到物体上时，原子中的电子就从基态跃迁到激发态．如果某种频率的光子的能量h恰好等于原子的两个能级的能量差时，这一光子将被吸收、使原子从低能级跃迁到高级能，原子处于激发态：当电子重新回到低能级即基态时，就向外辐射光子，辐射出来的光子决定了我们看到的物体的颜色．从低能级到高能级的这一过程称为激发或抽运，这个吸收能量的过程称作光的受激吸收。
从高能级回到低能级的过程称为跃迁，跃迁时释放的能量即为辐射。
4. 光与物质的作用受激吸收自发辐射受激辐射5.粒子数反转和激光的形成在一般情况下，处于低能级的原子数目远远超过处于高能级的原子数目。
低能级E1原子数目，高能级E2原子数目少，受激吸收占优势。
要使受激辐射占优势，就必须先使原子（或离子、分子）激发到高能级。
人为地施加一定能量，使高能级E2上具有较多的粒子数分布。
光电子技术期末考试试卷及其知识点大汇总
光电⼦技术期末考试试卷及其知识点⼤汇总⼀、选择题（20分，2分/题）1、光电⼦技术在当今信息时代的应⽤主要有（abcd ）A.信息通信B.宇宙探测C.军事国防D.灾害救援2、激光器的构成⼀般由（a ）组成A.激励能源、谐振腔和⼯作物质B.固体激光器、液体激光器和⽓体激光器C.半导体材料、⾦属半导体材料和PN结材料D. 电⼦、载流⼦和光⼦3、光波在⼤⽓中传播时，引起的能量衰减与（abcd ）有关A.分⼦及⽓溶胶的吸收和散射B.空⽓折射率不均匀C.光波与⽓体分⼦相互作⽤D.空⽓中分⼦组成和含量4、10⽉6⽇授予华⼈⾼锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ a ）A.传输损耗低B.可实现任何光传输C.不出现瑞利散射D.空间相⼲性好5、激光调制器主要有（abc ）A.电光调制器B.声光调制器C.磁光调制器D.压光调制器6、电光晶体的⾮线性电光效应主要与（ac ）有关A.外加电场B.激光波长C.晶体性质D.晶体折射率变化量7、激光调制按其调制的性质有（cd ）A.连续调制B.脉冲调制C.相位调制D.光强调制8、光电探测器有（abc ）A.光电导探测器B.光伏探测器C.光磁电探测器D.热电探测元件9、CCD 摄像器件的信息是靠（ b ）存储A.载流⼦B.电荷C.电⼦D.声⼦10、LCD显⽰器，可以分为（abcd ）A. TN型B. STN型C. TFT型D. DSTN型⼆、判断题（20分，2分/题，对⽤“√”、错⽤“×”标记）11、世界上第⼀台激光器是固体激光器。
( T )12、在辐射度学中，辐射能量Q是基本的能量单位，⽤J(焦⽿)来度量。
( T )13、在声光晶体中，超声场作⽤像⼀个光学的“相位光栅”，其光栅常数等于光波波长。
(F) 14、在磁光晶体中，当磁化强度较弱时，旋光率α与外加磁场强度是成正⽐关系。
( T ) 15、为了获得线性电光调制，通过引⼊⼀个固定2/π相位延迟，⼀般该调制器的电压偏置在T＝50％的⼯作点上。
医疗设备中的光电子技术应用
医疗设备中的光电子技术应用在现代医学领域中，科技的不断进步不仅提高了医疗水平，也为医疗设备的发展带来了许多新的可能性。
光电子技术作为其中的重要一环，其应用在医疗设备中已经日益广泛。
本文将探讨光电子技术在医疗设备中的应用，并着重介绍一些具体的案例。
一、光电子技术在激光治疗中的应用激光技术作为光电子技术的一个重要分支，在医疗设备中有着广泛的应用。
激光手术系统是其中的一个典型例子。
以激光治疗近视为例，通过激光在角膜表面产生微小的形变，可以改变眼角膜的曲率，从而实现近视的矫正。
这种技术不仅可以提高患者的生活质量，还大大降低了手术的风险和并发症的发生率。
二、光电子技术在影像诊断中的应用医学影像诊断技术是诊断疾病的重要手段之一。
光电子技术在医学影像领域的应用，使得医生可以更加清晰地观察患者的内部结构和病变情况。
例如，数字化X线摄影技术可以将X光片数字化，利用计算机对图像进行处理和分析，大大提高了诊断的准确性和效率。
此外，光电子技术还可以应用于CT扫描、MRI等医学影像设备中，使得医生可以获得更加精细的影像信息，为诊断和治疗提供更准确的依据。
三、光电子技术在生物医学仪器中的应用除了激光手术系统和医学影像设备外，光电子技术还在其他生物医学仪器中得到了广泛应用。
例如，光电子技术在心电图仪、血氧饱和度监测仪等设备中的应用，可以实现对患者心电信号和血氧水平的测量和监控。
这些设备可以帮助医生准确判断患者的病情，为治疗提供指导。
四、光电子技术在生物传感器中的应用生物传感器作为一种能够将生物或化学信号转换为电信号的装置，在医疗设备中起到了重要的作用。
光电子技术在生物传感器领域的应用非常广泛。
举例来说，血糖仪就是一种常见的生物传感器，通过血液中葡萄糖含量对糖尿病患者进行监测。
光电子技术可以应用于血糖仪中，实现对血液中葡萄糖浓度的精确测量。
综上所述，光电子技术在医疗设备中的应用是多样化且广泛的。
从激光手术系统到医学影像设备，再到生物医学仪器和生物传感器，光电子技术为医疗行业带来了许多创新和改进。
光电子技术中篇激光器件习题
光电子技术（2）中篇：“激光器件”习题1、某厂家脉冲氙灯参数如下：试计算，当闪光时间tp ＝1.6ms ，输入能量Ein ＝1KJ 时，灯寿命和最高重复频率？2、一RLC 谐振充电电路，已知：V0=1KV,ω0=1KHz ，C=100uF, 求:（1）R 在2～10Ω围调节时，充电电压的调节围是多少？（2）R 在多少Ω以下才能实现谐振充电？3、一脉冲氙灯Φ7.5×80mm2，峰值放电电流2000A ，等离子体电阻系数K ＝1.13ΩA1/2。
求：氙灯的等效电阻Req 和灯阻系数K0？4、电容，电感氙灯放电电路中，氙灯Φ8×80mm2，K ＝1.13ΩA1/2，闪光时间T0＝0.23ms ，电容储能Ein=144j ，阻尼系数α=0.8求：电感L ，电容C 和充电电压Vc ？5、双椭圆柱腔，焦上泵浦，求证：010121[()]2cos 1R ge L r ηααθπr e αe ⎧=-+⎪⎪⎨⎪=⎪+⎩6、单椭圆柱腔，焦上泵浦：7、一台连续YAG 激光器，激光棒尺寸为Φ5×50mm2，冷却水温度TF ＝20℃，激光棒的热耗散功率Pd ＝600W ，YAG 的热导率K ＝0.11Wcm-1℃-1，冷却水与激光棒之间的热传递系数h ＝3Wcm-2℃-1。
求：T(0)，T(r0)。
8、求证：稳定腔的判据为：9、求证：对于高斯光束10、稳定腔球面输出镜如图所示：为使输出面处的等相位面为平面，（光从左向右传播）求证： 'ge32,140.44,5,4R L a c e r r η=====求：120()()1b b a d R R <--<2121(1)1112q q z q q F=+=-自由空间传播：（）过薄透镜：211()(1)R R d n=+-。
光电子技术在医学领域中的应用
光电子技术在医学领域中的应用随着科技的发展和进步，越来越多先进的技术被应用到各个领域之中。
光电子技术是指将光学和电子学相结合的一种技术。
在日常生活中，我们可以看到许多光电子技术的应用，比如玻璃、电视、橡胶、光纤等等。
然而，随着科技不断的进步，光电子技术日益地被应用到医学领域中。
本文将会探讨光电子技术在医学领域中的应用。
一、激光技术随着时代的变迁，激光技术已成为许多医学领域中应用广泛的一种技术。
激光技术的优势在于对组织的精准处理，极大地减小了手术的侵入性。
激光技术的应用范围十分广泛，比如近视手术、美容整形、烧伤恢复、白内障等。
其中，激光近视手术是目前应用最广泛的一种技术。
激光近视手术采用的是激光去除角膜的生物组织，依靠激光b光产生的光能量来切割组织。
该手术的优势在于可缩短手术时间，恢复时间快，术后感染率低，连续裂断和裂劈两种方法均能实现，可以完全减少或最小化功能损失，因此是目前治疗近视手术的首选方法。
二、光诊断技术通过细胞的自然生理特征或是某些病理特征能够反映出细胞实质的结构和生理情况。
因而通过定量分析细胞的结构、形态和表面的荧光等特征，使得光诊断技术在肿瘤、癌症等疾病的检测和诊断中发挥了重要的作用。
光诊断技术利用激光将射入体内的光强度反射回来进行扫描、感测、分析，能够实现癌细胞的早期筛查，同时还能够降低手术风险。
光诊断技术在医学上还被用到了生化蛋白的检测和神经系统异常的诊断等，使得医生可以在最早期进行精准的诊断并出具相应的治疗方案。
三、光纤技术光纤技术的应用范畴是很广泛的，除了在通讯领域被广泛应用之外，在医学领域中同样也起到了非常重要的作用。
通过光纤技术，可以将光源送至人体的深部组织，便于进行手术和检测。
同时，光纤技术还可以应用到心血管病、胃肠病等疾病的医学检测中。
通过植入光纤，可以使用内镜进行检测，同时还可以利用光纤在心脏、胃肠道、鼻腔等处进行切除和手术。
四、图像增强技术图像增强技术是指通过特殊的处理技术使得图像复原质量得到提高，能够让医生在看不清楚的情况下更好地进行诊断。
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信号－ 作为电路的信号。 ③电路系统。将误差讯号转成一直流电压加到压电陶
瓷上，以改变腔长。
3.工作过程：
✓dI是极重要的参量，叫误差信号。它是由激光器输出的
光强和标准频率 输出的光强比较得到的信号。 不同I不
同，可用曲线的斜率 dI / d 表示。
❖稳定度：s-1＝10-10比蓝姆凹陷高一个数量级,由于 0 有漂移，
受放电条件的影响R＝10-7。再现性差，稳定受到限制。
饱和吸收稳频
❖反蓝姆凹陷稳频： 1.反蓝姆凹陷：蓝姆凹陷是在中心频率处输出功率出现凹陷。反 蓝姆凹陷是在中心频率处输出功率出现尖峰。 反蓝姆凹陷主要在激光器中加入饱和介质，利用吸收介质的饱和 吸收特性来形成的。 2.结构原理：在结构上除了在激光腔内加一饱和吸收介质以外， 其他和蓝姆凹陷的结构完全相同。 稳频时，以 为标准频率，在 0 处输出的光强为I0。当频率偏离 时，输出的光强0 得到误差信号，通过电路系统的处理，改变压电 陶瓷上加 0的直流电压控制腔长L使 → 0 。 3.稳定度：s-1＝10-13比双频提高三个数量级10-10、10-9。复现性R ＝10-12 比双频蓝姆R＝10-7高的多。
激光器在不同的时间、地点等条件下频率重复或再 现的精度，用R表示。 ❖结论：频率稳定性表示激光频率在平均频率附近的漂 移，频率的再现性表示平均频率本身的变化。
❖影响激光频率稳定的因素： 频率的稳定性主要取决于n，L的稳定 1.引起n，L变化的外界因素： ① 温度变化的影响。 ② 大气变化的影响。 ③ 机械振动的影响。 ④ 磁场的影响。 2.引起频率变化的内部因素： ① 激光管内充气压比例不同，气压、放电电流变化引起频率 变化。 ② 由于原子自发辐射造成的无规则噪声影响到频率。
变化就能产生大的可以分辨的误差讯号dI，即要求 dI / d大--灵
敏度高。
①凹陷的深度越大，dI大，则 dI / d 大。
一般要求凹陷的深度大约等于输出光强1/8，稳定性好。 增加深度的办法：a.降低腔内损耗－降低阈值。b.提高信号增益， 可以调节放电电流，使工作在最佳状态。 ②要求凹陷线型对称。
激光强度的稳定
❖ 稳频实质是稳定腔长，而在稳频中通过激光输出光 强的变化作误差信号－通过电路的处理控制腔长从 而达到稳频的目的。
❖ 为了达到稳频的目的，要求激光输出的强度除了频 率的漂移造成的光强度变化之外，其他因素造成的 光强变化应该尽力避免。如放电电流、电压变化造 成的光强变化，否则干扰频率的稳定－甚至无法稳 频。
❖塞曼效应吸收稳频：
利用吸收介质的吸收中心 0 作标准频率，在吸收管上加 一磁场，产生塞曼效应，结果对不同旋光的光吸收差别 来稳定频率。
结构原理：吸收管中充有低压的Ne气，加磁场以后，由 于塞曼效应，吸收曲线分离成左右旋光的两条吸收线， 它对频率相同、旋光方向不同的圆偏光吸收不同。
稳频过程：利用吸收曲线的中心频率作标准频率，利用 左右旋光的光强差作误差信号dI，采用一套负反馈电路 控制系统。从激光器输出的线偏光通过加有交变的矩形 电压Vλ/4晶体，变成左右旋光。又因右旋光和调制讯号 同相位，dI大小和相位即可判别。
这样在 0 的两侧 dI / d 相同。如果两侧误差讯号不对称，小的
一侧dI小，灵敏度小。 ③ 利用蓝姆凹陷稳频最高可达s-1＝10-9。漂移再现性误差
R＝10-7塞曼效应： 1.定义：在磁场的作用下，光谱线发生分裂的现象。 2.稳频原理：由于原子谱线在磁场的作用下发生分裂， 因此利用V左、V右光强差别来进行稳频。 原理：利用塞曼分裂后左、右旋光增益曲线的交点 0
❖稳频的一般原理： 稳频的实质：保持n、L不变。
1.稳频的原理:采用负反馈电路控制稳频技术。选取一个稳定的 参考标准频率，当外界影响使激光频率偏离标准频率时，鉴频器 给出误差讯号,通过负反馈电路去控制腔长，使激光频率自动回 到标准频率上。
2.鉴频器：是稳频的关键部件。
①任务：a.提供标准频率。b.频率鉴别：当激光器振荡频率 偏离标准频率时，能够鉴别出来。
作为标准频率，当 偏离 0 时，根据V左、V右光强的变
化做误差讯号，利用电路反馈系统控制激光器腔长， 使 - 0 =0。 结构：①激光器-反射镜加到压电陶瓷上。②电光晶体。 ③P-检偏器 ④电路系统－给出偏差电压dv。⑤光电转 换装置。
3.工作过程：
在激光器上加磁场以后，由于塞曼效应，输出的左旋光和 右旋光进入电光调制器。
②对鉴频器的要求：a.中心频率要稳定，标准频率不能有漂 移。b.灵敏度要高，微小变化能鉴别。
③ 鉴频器的类型：以原子谱线本身作为鉴频器以外界标准 频率做鉴频器
蓝姆凹陷稳频
❖ 稳频原理： 1.蓝姆凹陷：对非均匀加宽激光介质，激光器输出的
功率（或光强）在中心频率处最小。
2.结构和原理：
主要由三部分组成： ①单纵模激光器。其中一块反射镜固定在压电陶瓷上，
✓dI的大小表明 d
的大小，相位表明
偏离
的方向。
0
✓dI由在压电陶瓷上加一调制电压得到，加一直流偏压和
频率为f的调制电压。
加偏压的目的是在工作前调整激光器的振荡频率为凹
陷的中心频率 ，因为标准频率并不是固定不变的。
加调制电压的目的是给出dI的大小和方向，对光强进
行低频调制。
❖稳定度： 稳频最关心的是稳定度。要提高频率的稳定度，希望频率微小的
电光调制器上加一交变的电压,由于在电光晶体上加频率为 f的调制电压，因此在光电接收器上收到的是一个周期变化的频 率为f的调制光。合成光强的大小和相位输出一直流电压去控制 压电陶瓷使L变化达到稳频。
稳频关键是左右旋光强的大小，即是激光振荡的频率是否偏 离及偏离多少，只要偏离，则左右旋光有差别，则合成光的大 小、相位改变可以鉴别出来 － 灵敏度比蓝姆凹陷高。
第六章 稳频技术
光电子技术(2)(激光技术)
第六章 稳频技术
基本概念 稳频方法
概述
❖稳频目的：使频率本身稳定，即不随时间、地点变化， 稳频是实际的要求。 ❖频率的稳定性和复现性 1.频率的稳定性
激光器连续运转时，在一定的时间间隔内平均频率v 与该时间内频率的变化量 v之比，用s表示。 2.频率的复现性