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张永林第二版《光电子技术》课后习题答案解析
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：1.6~3.2eV1.2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量？为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+dλ范围内发射的辐射通量dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.362 1.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v v v v v K V lmd I d S Rh R RI cd dI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v v v v v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
光电子技术(前言)
20
光传感器
15
30
激光加工设备
10
5 20
0
10
显示元件 发光元件 光纤 光敏元件 复合光元件 光传输网络 太阳能电池 0
前言——全球光电产业发展趋势（日本）
▪
按美国光电子工业发展协会的看法，日本在显示器、光
存储、光通讯及硬拷贝组成的光电子产业中已超过了美国和
欧洲，在世界上占主导地位。日本在光电子领域之所以能创
4500亿美元
2010年
前言——全球光电产业发展趋势（美国）
▪
美国政府将光电子技术列入“美国国家关键技术”、
“商务部新兴技术”和“国防部关键技术”的研究计划。
1995年，美国光电子工业发展协会（OIDA）在考察和对
比了美国和日本的光电子技术发展情况后，认为美国在
光通信产业要注意市场开发，在光电显示领域要加强制
其领先地位一直没有被动摇，特别是在
▪ 消费光电子领域，如激光音响、影碟机、激光打
印机、传真机、数码相机、平面显示器、光驱、光纤
组件系统等。
▪ 据日本光产业技术振兴协会（OITDA）发表 的光学产业日本市场产值统计与预测，2003年度 （2003/4～2004/3）总产值达7.8万亿日元，年 增率19.8％；2004年度（2004/4～2005/3）产值 可望达8.4万亿日元，年增率13.8％；而2005年 度预计增长10.4％，总产值突破9万亿日元。对
最终成绩结构
▪ 平时成绩50%+期末考试成绩50%
平时成绩
▪ 1、出勤：缺3次以上课，平时成绩为零， 直接重修；
▪ 2、作业：缺3次以上，平时成绩为零，直 接重修；
前言
全球光电产业背景 全球光电产业发展趋势 我国光电产业的诞生 我国光电产业概况 光电子学科发展史
张永林第二版《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：1.6~3.2eV1.2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量？ 为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
张永林第二版《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：1.6~3.2eV1.2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量？ 为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
《光电子技术基础》(第二版)Chap
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
《光电子技术基础》第二版朱京平Chap3-113页精选文档
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
《光电子技术基础》(第二版) 第6章 光电探测技术基础
出电流为： 其功率信噪比
ic
(t)
GPs e
hνs
2m c osωmt
SNR Pc
Pn
Pns
Pnb
Pc Pnd
PnT
2( GPse hνs )2 RL
in2s in2b in2d in2T RL
式Pn中d ，和GP为nT光分探别测是器光的电内倍部增增管益的，信ib号为光背噪景声光功电率流、，i背d 景为光光噪电声阴功极率暗、电暗流电。P流ns产，生P的nb 噪，
第6章 光电探测技术基础
主要内容
6.1 光探测器性能参数 6.2 光电探测方式 6.3 光电探测的物理效应 6.4 光电探测器
光电探测技术基础
光电探测技术就是把被调制的光信号转换成电信号并将信息提取出来的技术。光 探测过程可以形象地称为光频解调，光探测器就是将光辐射能量转换成为一种便于测 量的物理量的器件。光探测器的发展可追溯到1873年，英国的Smith和 May在大西洋 横断海底电信局所进行的实验中发现，当光照射到用作电阻的Se棒后，其电阻值约改 变30%，同年Simens将白金绕在这种Se棒上，制成了第一个光电池；1888年，德国的 Hallwachs在作Hertz的电磁波实验中，发现光照射到金属表面上会引起电子发射， 1909年，Richtmeyer发现，封入真空中的Na光电阴极所发射的电子总数与照射的光子 数成正比，奠定了光电管的基础；接着美国的Zworkyn研制出各种光电阴极材料，并制 造出了光电倍增管，并于1933年发明了光电摄像管；1950年，美国的Weimer等人研制 出光导摄像管，1970年Boyle等人发明了CCD(电荷耦合器件)。如今，激光的发展进一 步促进和刺激了光电探测领域的发展，各种光电探测器件大都已工业化、商品化，摄 像机等已微型化。由于现阶段的激光系统可提供巨大的带宽与信息容量，因而光电探 测技术在信息光电子技术中也就有了特别重要的意义。
《光电子技术基础》(第二版)
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
《光电子技术基础》(第二版)朱京平Chap2.PPT课件
3、电介质
4、波动方程
5、光波的表示与传播特性
6、高斯光束
7、热辐射概念（度量学）
-
1
2.1 光学的基础知识
从光学到光电子学
“光”是人类首先最想要弄清楚的东西。
神话中，往往是“一道亮光”劈开了 混沌与黑暗。
《圣经》里，神要创造世界，首先要 创造的就是“光”。
“光”在人们心目中，永远代表着生 命、活力与希望！
电位移矢量法向跃变： D D
2n
1n
磁感应强度矢量法向连续：B B 0
2n
1n
电场强度矢量切向连续： E E 0
2t
1t
磁场强度矢量切向跃变： H H
2t
1t
其中， 为
自由电荷面
密度， 为
自由电流面 密度。
场量跃变的原因是面电荷-电流激发附加的电磁场 18
2.3 电介质
根据P和E的关系，电介质呈现的特性有： 线性特性、非色散特性、均匀性、各向同性 、空间非色散性
z0 02 /
散焦使束半径达到(z) 20时，相应的距离成为焦深
2z0202/
一定波长的光 束，束腰越小， 焦深越小，散 焦情况越严重。
-
34
4、相位、波前和曲率半径
高斯光束的波函数：
E (x ,y ,z ) A 0 (z 0 )e x p [ 2 ( 2 z )]e x p { j[k (z 2 R ( 2 z ))(z ) ] }
3、可见光的波长范围
: 3900~7600A 1A1010m108cm
: 7.51014~4.110 -14H z
12
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
光电子技术1
价带被空穴占据(zhànjù)的概 率
• 在价带中，如电子的占据概率为1（被电子占满）， 则空穴占据的概率为0（不存在(cúnzài)空穴）。
• 空穴的占据概率也就是不被电子占据的概率，则空 穴的占据概率为：
f p (E)
1
fn (E)
1
1
exp
E
f kT
E
第十六页，共34页。
(2m*p )3/ 2 (Ev
E)1/ 2
• me*
为自由电子的有效质量；m
* p
为自由空穴的有效质量；
h 为普朗克常数。
第十三页，共34页。
能级被电子(diànzǐ)占据的概 率
• 在热平衡条件下，半导体中能级被电子的占据率
• 分布(fēnbù)服从费米统计分布(fēnbù)规律，能量为E 的能级被
•
Nc
exp
Ec
E kT
fi
Nv
exp
E
fi kT
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱEv
• 本征半导体的费米能级
E fi
1 2
(
Ec
Ev
)
1 2
kT
ln
Nv Nc
Ei
3 4
kT
ln
m*p me*
• 式中 〜1；
Ei为中间能级，对于硅m*p、m锗e* / = 0.5
•
m
对于砷化镓
* p
/me*
=7.4， 第二项很小，可以忽略
• 受主原子易从价带中获得电子，价带中的自由空穴浓度 (nóngdù)将高于本征半导体中的自由空穴浓度(nóngdù)。
• 室温下价带中的空穴浓度(nóngdù)p
《光电子技术基础》(第二版)Chap1资料
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）
张永林第二版《光电子技术》课后习题答案解析.doc
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：1.6~3.2eV1.2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量？为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
《光电子技术基础》(第二版)Chap2
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
《光电子技术基础》(第二版)Chap2
椭圆偏振光和圆偏振光
椭 圆 偏 振 光
线偏光
圆偏振光
定义：光矢量末端的运动轨迹是椭圆或圆。
在迎光矢量图上，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为 左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。
新坐标系下为标准椭圆，利用交叉项等于零，得
0.5arctan[(2E0x Eoy cos ) / (E
没有优势方向
自然光的分解
v
E
符号表示
部分偏振光
定义：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振 动占优势的光为部分偏振光 .
振动各个方向都有，但是方向的振幅大小不同。 可以看作是偏振光与自然光的混合。
符号表示
椭圆偏振光和圆偏振光
方向相互垂直，相位差为 / 2的两列波的叠加： E1 =E 0 cos( kz wt )ex E2 E0 sin( kz wt )e y E E1 E2 E0 [cos(kz wt )ex sin( kz wt )e y ] 运动轨迹为一个圆。当两列波振幅不同时 ， 为椭圆轨迹。 当相位差不是 / 2有什么结果?
我们把能产生相干叠加的两束光称为相干光，相 干叠加必须满足振动频率相同，振动方向相同， 相位差恒定的必要条件。
光波的干涉特性
当具有相同频率和振动方向、具有相同相位或 固定相位差的光波相遇时，在相遇的区域内产 生干涉现象。 光波的干涉可以这样来描述：两列光波在空间 相遇，叠加波形成有规律的光强分布的现象。
介质ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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 0 E P E
B 0 H 0 M H
J E J s
必须指出：以上关系式只适用于某些介质。实验指出存在许多不同类 型的介质，例如许多晶体属于各向异性介质，在这些介质内某些方向 容易极化，另一些方向较难极化，使得D与E一般具有不同方向，关 系就变成较为复杂的张量式。在强场作用下许多介质呈现非线性现象， 使得D不仅与E的一次式有关，而且与E的二次式、三次式等都有关系。 铁磁性物质的B与H的关系也是非线性的，而且是非单值的。
张永林第二版《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：1.6~3.2eV1.2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量？ 为了定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、光度的定量计算，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。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，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0.38~0.78um 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，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、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。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6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 的升高而减小。
《光电子技术基础》(第二版)朱京平第4章光波导技术基础
rnn11ccooss11 nn22ccooss22
r//
n2cos1n1cos2 n2cos1n1cos2
r：振幅反射系数，角标“⊥”和“∥”分别表示电矢量垂直和平行于入射面。
4.1.1 光在介质界面的传播特性
n1 n2 且 1 c 时，产生全反射，其中：
光密媒质：反射波在界面发生相位突变，光强反射率 RR//rr*1，
光密媒质中的场由入射波和反射波叠加而成。入射波电矢量垂直入射面时：
入射电场：E y ( r , t ) E y e i ( t x k 1 r ) E p y e i ( t x k 1 x c 1 p k 1 o z s 1 ) i s
合成波电场 E 1 y r , t E y r , t E y r , t 2 A c h o e x i t s z
同理可得合成磁场：
H 1 xr,t2A si1 n co h sx eit z 1
H 1 zr,t i2A co 1ssih n x ei t z 1
光波导技术基础
学习重点： 平面波导：结构最为简单、直观与精练，便于建立清晰概念 光 纤：应用最广光波导，并且是典型的柱面结构。
电磁场分布特性： 芯区：集中 衬底与覆盖层：紧贴着芯区，沿芯区底外法线方向场指数衰减。
条件： 光波导：无源、无荷、线性、均匀、各向同性、不导电、无损介质界面 入射光：均匀平面波
又由于
Ey Ey
~r expi2
于是有
4.1.2 光密媒质中的波场——导波
E y r , t E y e i e x i t h x p z x p A e i t h x z x p E y r , t E y e i e x i t h x p z x p A e i t h x z x p
《光电子技术基础》(第二版) 第七章 光电显示
(2) CIE-XYZ标准计色系统
任意彩色光F的配色方程为：
F X (X ) Y (Y ) Z(Z) mx(X ) y(Y ) z(Z)
(3) 电子空穴对复合发光过程
• 激活剂离子A能级上的电子与G能级上的空穴复合 并向外辐射光子。上述a过程中的电子在导带中停 留时间少于0.1ns即复合发光，因而称短时复合发 光；而b、c过程的电子由于存在T能级 (即亚稳态) 俘获过程，因而复合发光滞后于电子受激发跃迁， 存在余辉时间，称为长时复合发光。
分类：
• 根据发光体化学结构可将发光现象分为无机化合物、有机 化合物、晶态磷光体发光；
• 根据发光时间长短可分为长余辉(>0.1s)、中余辉(1ms0.1s)、短余辉(<1ms)发光；
• 根据发光机理不同可分为分立中心发光、复合发光 • 根据激励方式可分为光致发光、阴极射线发光、场致发光、
化学发光。
• 在接收端，用矩阵电路实现解码，用取出的三基 色图像信号控制彩色显像管的三个电子束，激发 相应荧光粉发光，即可实现彩色重现。
7.2阴极射线显示
7.2.1发光机理 1 复合发光
晶态发光体：复合发光，特点：能量吸收 在基质中进行，而能量辐射则在激活剂上 产生，即发光过程在整个晶体内完成。由 于全过程中晶体内伴随有电子和空穴的漂 移或扩散，从而常常产生特征性光电导现 象，因而这类发光一般又称光电导型发光。
• 硫化物型发光体是这类发光体的典型代表。发光 过程中，除了基质ZnS本身提供的导带(由Zn2+构 成)和价带(由S2-构成)外，不仅需要激活剂(最有效 的有Cu,Ag,Au)提供基态能级G，还需要协同激活 剂(最有效的有Cl,Ar,I 等)提供陷阱能级T。
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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。
●光盘
播放专用设备：CD、CD-ROM、MD、激光盘、DVD、 DVD-ROM。 记录、播放设备： 可加写型 [CD-R、DRV-R、其它] ； 可擦写型 [光磁盘(MD，MO), 相变型盘(CD-RW, PD, DVD-RAM, DVD-RW)]
光盘库： 播放专用媒体（CD、CD-ROM、MD、激光盘、 DVD、DVD-ROM）。
光电子技术
➢ 第1章 光源 ➢ 第2章 光辐射的调制 ➢ 第3章 光探测器 ➢ 第4章 光电成像器件 ➢ 第5章 光存储器 ➢ 第6章 平板显示器件 ➢ 第7章 光电子技术在现代社会中的应用 ➢ 第8章 发展中的纳米光电子技术
绪论
光电子学
20世纪-电子学世纪
电子：是信息和能量的载体。 电子学—电子技术—电子产业，特别是电子信息 产业：通信、微电子-大规模集成电路、计算 机……。20世纪，电子学、电子技术取得了令 人瞩目的成就。 然而，电子技术突破不了光的衍射极限，芯片集 成度不能再提高。
●光传输仪器、设备
干线系统；用户系统；光通信局域网（光LAN）； 影像传输（CATV等）；光调制解调器；空间传输 设备；光纤放大器。
●光测量仪器
波长计（光谱分析仪、中心波长计）；光源（标准 可变波长、半导体光源）；故障位置探测仪；功率 计；波形测量仪；基带传输特性测量仪等。
●布线用设备
光纤熔接器。
●光传感器设备
光电开关；人体传感器；温度传感器；辐射温度计； 火灾、烟雾传感器；旋转编码器；线性刻度计；位置 传感器；长度传感器；速度传感器；角度传感器；角 速度传感器；颜色传感器；激光雷达；激光显微镜； 表面检测仪；电流传感器；电压传感器；磁场传感器； 电场传感器；振动传感器；压力传感器；声音传感器， 煤气传感器；图象遥感器。
863;973.ppt
根据国家统计资料显示，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 业已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产业。
光电子产业（简称光产业）：
应用光电子技术原理的元器件生产制造业， 或利用这些光学元器件作为主要部件的仪器、 设备的生产制造业，以及为这些产品提供软件 的产业。
光电子技术在现代科技、经济、军 事、文化、医学等各个领域发挥着极 其重要的作用。
以它为支撑的光电子产业是当今世界 各国争相发展的支柱产业，是竞争激烈、 发展迅速的高科技企业的主力军。
美国政府已将光子学与光子技术列为国 家发展的重点，认为该领域“在国家安全 与经济竞争方面有深远的意义和潜力”， 并肯定“通信和计算机研究与发展的未来 世界属于光子领域”，美国商务部指出： “20世纪90年代，全世界光子产业以比微 电子产业高得多的速度发展，谁在光子产 业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖 端科技的较量中夺魁。”
（1）光学元器件（应用光电子技术 原理的元器件）
●发光器件 半导体激光器；气体激光器；固体激光器；其 他激光器（染料激光器）；发光二极管等。
●光检测器 分立型光检测器；阵列型光检测器等。
●复合光器件 光耦合器；光终端机；光接口等。 ●光传输引接器 ●显示器件 液晶显示器（LCD）；等离子体显示面板（PDP）； 荧光屏（VFD）等。
光电子技术
OPTOELECTRONIC TECNOLOGY
（第二版）
主讲人：周金运
课程类别 ：必修课 或选修课 教学对象 ：光电信息科学与工程
电子信息工程 电子科学与技术 应用物理学等专业本科生 总学时数 ：60学时 学分数 ：3学分 教材 ：《光电子技术》（第二版） 张永林、狄红卫编著 高等教育出版社 2012年
优点。
光电子学就是这样一个学科，它研究光子和电子的
相互作用，使它们优势结合，是光子学的第一个阶
段。
光电子技术
以光电子学为基础，光子技术与电子 技术相互渗透、优势结合而产生。包括:
光电子信息技术:
光电检测与信息处理；光通信；光传感；光 存储；光显示
光电子能源技术：
太阳能利用；高效节能光源；激光核聚变 高功率激光器；激光加工；激光生命科学