光电子技术绪论PPT课件
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光电子技术PPT1.4
d 2 ( 21 ) n2 B21 ( 21 ) h 21dt
d ( 21) (n2 B21 n1B12 ) ( 21) h 21dt
由爱因斯坦关系得：
d ( 21 ) ( n2 g2 n1 g1
B12 g1 B21g 2
) g 2 B21 ( 21 )h 21dt
形成粒子数反转的结构-----二能级系统
考虑一个二能级E2，E1 系统的粒子数的分布情 况。设有一光束通过此 系统，频率为：
21
E2 E1 h
由于受激吸收和发射的存在，光束的能量要发生变化。 经dt时间后有：（单位体积） 因吸收减少： 因发射增加： 能量总的变化为：
d1 ( 21 ) n1B12 ( 21 ) h 21dt
在给定体积内，组成光辐射的大量光子可按 一定方式分别处于不同的状态（模式）内。
同态光子是相干的，不同态光子是不相干的。
光子简并度越大 → 同态光 子数越多 → 相干光强越强
受激辐射可以产生相干光子，并且可 使光场得到放大。
问题：是否可以减少模式数（光子态）？
想法：使相干的受激辐射 光子集中在某个（某几个） 特定模式内，而不是均匀 分配在所有模式内。
外来光子
E h E2 E1
原子受外来光作用， 完全吸收外来光子， 并跃迁到E2能级。 N2 E2
N1
E1
两能级满足跃迁选择定则
光的受激吸收是同受激辐射相反的过程。 * 必须有外来光子
激光产生的条件
• 受激辐射为同态光子的产生提供了理论基 础。 • 是不是只要有受激辐射发生，就会产生激 光呢个？ • 激光的产生还依赖于哪些条件？
光放大的条件：粒子数反转分布
增强光同介质的相互作用
d ( 21) (n2 B21 n1B12 ) ( 21) h 21dt
由爱因斯坦关系得：
d ( 21 ) ( n2 g2 n1 g1
B12 g1 B21g 2
) g 2 B21 ( 21 )h 21dt
形成粒子数反转的结构-----二能级系统
考虑一个二能级E2，E1 系统的粒子数的分布情 况。设有一光束通过此 系统，频率为：
21
E2 E1 h
由于受激吸收和发射的存在，光束的能量要发生变化。 经dt时间后有：（单位体积） 因吸收减少： 因发射增加： 能量总的变化为：
d1 ( 21 ) n1B12 ( 21 ) h 21dt
在给定体积内，组成光辐射的大量光子可按 一定方式分别处于不同的状态（模式）内。
同态光子是相干的，不同态光子是不相干的。
光子简并度越大 → 同态光 子数越多 → 相干光强越强
受激辐射可以产生相干光子，并且可 使光场得到放大。
问题：是否可以减少模式数（光子态）？
想法：使相干的受激辐射 光子集中在某个（某几个） 特定模式内，而不是均匀 分配在所有模式内。
外来光子
E h E2 E1
原子受外来光作用， 完全吸收外来光子， 并跃迁到E2能级。 N2 E2
N1
E1
两能级满足跃迁选择定则
光的受激吸收是同受激辐射相反的过程。 * 必须有外来光子
激光产生的条件
• 受激辐射为同态光子的产生提供了理论基 础。 • 是不是只要有受激辐射发生，就会产生激 光呢个？ • 激光的产生还依赖于哪些条件？
光放大的条件：粒子数反转分布
增强光同介质的相互作用
光电子技术全套课件
光电子技术精品课程
§3 纵模的概念
光电子技术精品课程
§3 纵模的概念
光电子技术精品课程
§4 光腔的损耗
开腔的损耗及其描述
光子在腔内的平均寿命
无源谐振腔的Q值 无源腔的本征振荡模式带宽
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§4 光腔的损耗
光电子技术精品课程
§4 光腔的损耗
光电子技术精品课程
§4 光腔的损耗
光电子技术精品课程
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§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
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§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术精品课程
§5 开腔模式的物理概念及分析方法
光电子技术 精品课程
电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院
光电子技术 精品课程
激 光 原 理
第二章 光腔理论的一般问题
电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院
§1 腔与模
光腔的构成和分类
模的概念
腔的作用
光电子技术精品课程
§1 腔与模
光电子技术精品课程
§2 共轴球面腔的稳定性条件
传输矩阵
共轴球面腔的稳定性条件
§7 方形镜共焦腔的自再现模
光电子技术精品课程
§8 方形镜共焦腔的行波场
厄米 - 高斯光束
振幅分布和光斑尺寸
模体积
等相位面的分布
远场发散角
光电子技术精品课程
§8 方形镜共焦腔的行波场
光电子技术精品课程
光电子学完整PPT课件
第一章 电磁波与光波（理论基础） 第二章 激光与半导体光源 第三章 光波的传输 第四章 光波的调制 第五章 光波的探测与解调
.
未来是光通信的世界。
第一章 光波与电磁波
➢麦克斯韦方程组的积分形式 ➢高斯定理 斯托克斯定律 ➢麦克斯韦方程组的微分形式 ➢边界条件 ➢电磁波的性质 ➢电磁波谱
.
麦克斯韦方程组及其物理意义
E和H幅度成比例、复角相等
0E0 0H0
E H
电磁波的传播速度
v 1 k 00
C
1
00
3108.m/ s
介质中 真空中
为什么说光波是电磁波?
1) 根据麦氏方程推导, 电磁波在真空中的速度为
c 1 3.107 140 8ms
00
当时通过实验测得的真空中的光速也为 3108 m s
2) 根据麦氏方程: 电磁波在介质中的速度为
玻尔频率条件： h En Em 或 En Em
h
式中h为普郎克常数：
h 6 .6 2 1 3 0 J 4s
.
激光的基本原理、特性和应用 ——玻尔假说
原子能级
原子从高能级向低能 级跃迁时，相当于光 的发射过程；而从低 能级向高能级跃迁时， 相当于光的吸收过程； 两个相反的过程都满 足玻尔条件。
（对于非铁磁质）
v c
根据光学中折射率的定义，则
.
v c
nc vc vn
为什么说光波是电磁波?
如果光波是电磁波，比较上面两式：
v c 和v c
n
n
麦克斯韦 关系式
➢而当时测得的无极分子物质，按上式计算的折射率与测量的折射率 能很好的符合。 ➢当时测得的为有极分子物质，上式中的ε用光波频率时的值，则上式 就成立了。平时ε在低频电场下测量。 ➢所以麦克斯韦判定，光波是电磁波。
.
未来是光通信的世界。
第一章 光波与电磁波
➢麦克斯韦方程组的积分形式 ➢高斯定理 斯托克斯定律 ➢麦克斯韦方程组的微分形式 ➢边界条件 ➢电磁波的性质 ➢电磁波谱
.
麦克斯韦方程组及其物理意义
E和H幅度成比例、复角相等
0E0 0H0
E H
电磁波的传播速度
v 1 k 00
C
1
00
3108.m/ s
介质中 真空中
为什么说光波是电磁波?
1) 根据麦氏方程推导, 电磁波在真空中的速度为
c 1 3.107 140 8ms
00
当时通过实验测得的真空中的光速也为 3108 m s
2) 根据麦氏方程: 电磁波在介质中的速度为
玻尔频率条件： h En Em 或 En Em
h
式中h为普郎克常数：
h 6 .6 2 1 3 0 J 4s
.
激光的基本原理、特性和应用 ——玻尔假说
原子能级
原子从高能级向低能 级跃迁时，相当于光 的发射过程；而从低 能级向高能级跃迁时， 相当于光的吸收过程； 两个相反的过程都满 足玻尔条件。
（对于非铁磁质）
v c
根据光学中折射率的定义，则
.
v c
nc vc vn
为什么说光波是电磁波?
如果光波是电磁波，比较上面两式：
v c 和v c
n
n
麦克斯韦 关系式
➢而当时测得的无极分子物质，按上式计算的折射率与测量的折射率 能很好的符合。 ➢当时测得的为有极分子物质，上式中的ε用光波频率时的值，则上式 就成立了。平时ε在低频电场下测量。 ➢所以麦克斯韦判定，光波是电磁波。
《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
第一章绪论-光电子学ppt课件
Optoelectronics）：
光电子技术的特征：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。
光电子技术与微电子技术共同构成了信息技 术的两大重要支柱。
一.光电子学可发展历程
1883年，爱迪生在一次 改进电灯的实验中，将一 根金属线密封在发热灯丝 附近，通电后意外地发现， 电流居然穿过了灯丝与金 属线之间的空隙。 1884年，他取得了该发明 的专利权。这是人类第一 次控制了电子的运动，这 一现象的发现，为20世纪 蓬勃发展的电子学提供了 生长点。
电子开关的响应最短为10-7～10-9秒， 而光子开关的响应时间可以达到飞 秒数量级。光子属于玻色子，不带 电荷，不易发生相互作用，因而光 束可以交叉。光子过程一般也不受 电磁干扰。
光场之间的相互作用极弱，不会引 起传递过程中信号的相互干扰。这 些优点为光子学器件的三维互连、 神经网络等应用开拓了光明前景。
光调制器、光波导、光开关、 光放大器．以及光隔离器等各 种光学部件的发展。
在电子学技术中采用小尺寸的 光学零部件的组合。
光通信原理示意图
光技术的发展没能够 超过电子技术的发展
想得到更多的信息量、 更高的演算速度，用 现存电子技术是不可 能实现的。
光信号传输方式要比 用电布线好得多， 超并行计算机的配线 方式，
电子学已经出现不能适应新 的要求的征兆???
然而，历史却并没有简单地重演。
当电子通信容量达到最大限度而 不能继续扩大时，人们很自然地 把目光转向波长更短的光波。
光子学的信息荷载量要大得多，光的 焦点尺寸与波长成反比，光波波长比 无线电波、微波短得多，经二次谐波 产生倍频，激光可使光盘存贮信息量 大幅度增加。
发明了真空二级管整流器
光电子技术的特征：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。
光电子技术与微电子技术共同构成了信息技 术的两大重要支柱。
一.光电子学可发展历程
1883年，爱迪生在一次 改进电灯的实验中，将一 根金属线密封在发热灯丝 附近，通电后意外地发现， 电流居然穿过了灯丝与金 属线之间的空隙。 1884年，他取得了该发明 的专利权。这是人类第一 次控制了电子的运动，这 一现象的发现，为20世纪 蓬勃发展的电子学提供了 生长点。
电子开关的响应最短为10-7～10-9秒， 而光子开关的响应时间可以达到飞 秒数量级。光子属于玻色子，不带 电荷，不易发生相互作用，因而光 束可以交叉。光子过程一般也不受 电磁干扰。
光场之间的相互作用极弱，不会引 起传递过程中信号的相互干扰。这 些优点为光子学器件的三维互连、 神经网络等应用开拓了光明前景。
光调制器、光波导、光开关、 光放大器．以及光隔离器等各 种光学部件的发展。
在电子学技术中采用小尺寸的 光学零部件的组合。
光通信原理示意图
光技术的发展没能够 超过电子技术的发展
想得到更多的信息量、 更高的演算速度，用 现存电子技术是不可 能实现的。
光信号传输方式要比 用电布线好得多， 超并行计算机的配线 方式，
电子学已经出现不能适应新 的要求的征兆???
然而，历史却并没有简单地重演。
当电子通信容量达到最大限度而 不能继续扩大时，人们很自然地 把目光转向波长更短的光波。
光子学的信息荷载量要大得多，光的 焦点尺寸与波长成反比，光波波长比 无线电波、微波短得多，经二次谐波 产生倍频，激光可使光盘存贮信息量 大幅度增加。
发明了真空二级管整流器
光电子技术PPT 1.3
二、热辐射光源
发光机理：由于内部原子、分子的热运动转 变而来的体辐射器
非常接近于绝对黑体
太阳：直径为1.392 × 109 m的光球。它到地球的年 平均距离是1.496 × 1011 m。 因此从地球上观看太阳时， 太阳的张角只有0.533°。
四、氙灯
氙灯是由充有惰性气体氙的石英泡壳內两个钨电极之间的高温 电弧放电，从而发出强光。高压氙灯的辐射光谱是连续的，与 日光的光谱能量分布相接近（如图2-10），色温为6000K左右， 显色指数90以上，因此有「小太阳」之称。
辐射源发射光的颜色与黑体在 某一温度下辐射光的颜色相同, 则黑体的这一温度称为该辐射 源的色温。
图2-8是常用气体 放电灯的外形图。 表2-2列出了常用 的气体放电灯的种 类、性能以及它们 的主要应用领域。
气体放电灯的基本 结构是相似的.
一、汞灯 泡壳内充汞蒸汽
1.低压汞灯
汞灯在低压放电时主要辐射二条辐射线：253.7nm和 185.0nm。所谓共振辐射线是指从激发态跃迁到基态时 发出的辐射。当汞蒸气压为0.8Pa，玻璃壳温度40℃时， 253.7nm的辐射效率最大，约占输入电功率的60%，而可 见光只占2%。它的光谱分布如图⒜所示。
卤钨灯：
石英泡壳;泡壳内充入微量卤族元素或其化合物 （如溴化硼）;形成卤钨循环。 色温3200K以上,辐射光谱为0.25～3.5μm。 发光效率可达30 lm/W(为白炽灯的2～3倍)， 用作仪器白光源.
灯泡內充入卤钨循环剂（如氯 化碘、溴化硼等），在一定温 度下可以形成卤钨循环，即蒸 发的钨和玻璃壳附近的卤素合 成卤钨化合物，而该卤钨化合 物扩散到温度较高的灯丝周围 时，又分解成卤素和钨。这样， 钨就重新沉积在灯丝上，而卤 素被扩散到温度较低的泡壁区 域再继续与钨化合。这一过程 称为钨的再生循环。
发光机理：由于内部原子、分子的热运动转 变而来的体辐射器
非常接近于绝对黑体
太阳：直径为1.392 × 109 m的光球。它到地球的年 平均距离是1.496 × 1011 m。 因此从地球上观看太阳时， 太阳的张角只有0.533°。
四、氙灯
氙灯是由充有惰性气体氙的石英泡壳內两个钨电极之间的高温 电弧放电，从而发出强光。高压氙灯的辐射光谱是连续的，与 日光的光谱能量分布相接近（如图2-10），色温为6000K左右， 显色指数90以上，因此有「小太阳」之称。
辐射源发射光的颜色与黑体在 某一温度下辐射光的颜色相同, 则黑体的这一温度称为该辐射 源的色温。
图2-8是常用气体 放电灯的外形图。 表2-2列出了常用 的气体放电灯的种 类、性能以及它们 的主要应用领域。
气体放电灯的基本 结构是相似的.
一、汞灯 泡壳内充汞蒸汽
1.低压汞灯
汞灯在低压放电时主要辐射二条辐射线：253.7nm和 185.0nm。所谓共振辐射线是指从激发态跃迁到基态时 发出的辐射。当汞蒸气压为0.8Pa，玻璃壳温度40℃时， 253.7nm的辐射效率最大，约占输入电功率的60%，而可 见光只占2%。它的光谱分布如图⒜所示。
卤钨灯：
石英泡壳;泡壳内充入微量卤族元素或其化合物 （如溴化硼）;形成卤钨循环。 色温3200K以上,辐射光谱为0.25～3.5μm。 发光效率可达30 lm/W(为白炽灯的2～3倍)， 用作仪器白光源.
灯泡內充入卤钨循环剂（如氯 化碘、溴化硼等），在一定温 度下可以形成卤钨循环，即蒸 发的钨和玻璃壳附近的卤素合 成卤钨化合物，而该卤钨化合 物扩散到温度较高的灯丝周围 时，又分解成卤素和钨。这样， 钨就重新沉积在灯丝上，而卤 素被扩散到温度较低的泡壁区 域再继续与钨化合。这一过程 称为钨的再生循环。
光电子技术基础前沿ppt
第三阶段 低损耗光纤问世
·1966年 英籍华人高锟等提出了实现低损耗光纤的可能。
·1970年
美国研制出损耗为20dB/KM的石英光纤和室温下 连续工作的激光二极管,使光纤通信成为现实， 这一年被公认为“光纤通信元年”。
·80年代初 日本,美国,英国相继建成全国干线光纤通信网。 ·90年代初 光纤放大和波分复用技术诞生。
光学与电子学仍作为两门 独立的学科被研究。
·1916年 爱因斯坦在《关于辐射的量子理论》中,提出了光 的受激辐射及光放大的概念,这为激光器的产生提供了理论基 础。
·1954年 美国汤斯以制冷的氨分子作为工作物质，研制成了 微波激射器。稍后,苏联巴索夫和普洛霍洛夫以氟化铯为工作物 质制成了微波激射器。 ·1958年 汤斯和肖诺将微波受激辐射的原理推广到红外和可 见光波段, 引入了激光的概念。
·1960年 梅曼研制成功了世界的一台激光器——红宝石激光 器。随后,各种固体、气体、液体、半导体激光器相继出现.同
时从第一台激光器诞生之日起,人们就开始探索 激光器的应用。激光的军事应用被优先考虑。
红宝石激光器
激光的出现，对光与物质相互作用过程 的研究变得异常活跃，
导致了
半导体光电子学 波导光学 激光物理学 相干光学 非线性光学等新学科涌现学科之间交叉。
空间望远镜,陆基望远镜,跟踪行星，进行天文观察，探测宇宙 射线，监视黑洞，探索空间奥秘。
(4)水下应用
探索海洋奥秘,探测和开采海底矿藏,监视鱼群动向等。
(5)医学应用 医用内窥镜，数字化X射线摄像
(6)工业检测和机器人视觉
(7)交通监控应用
医用内窥镜
机器人
4. 光纤技术及其应用 (1)光纤传感器 (2)光纤图像传输内窥镜
光电子技术课件ppt2[1]
![光电子技术课件ppt2[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2af4091da9956bec0975f46527d3240c8447a13d.png)
22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带 半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
2024/10/13
光电子技术与应用
27
由 得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I
第三章光电子技术-PPT课件
LD的工作特性（模式特性）
（1）
提高LD性能的方法
（2）
单纵模（SLM）激光器 设计的基本思想
使
几种典型的SLM激光器
大功率光纤激光器
包层泵浦技术
光纤耦合技术
大功率光纤激光器
美 国 IPG Photonics 公 司 、 德 国 Jena 大 学 的 应 用 物 理 所 和 英 国 Southampton 的 ORC 研 制 的 单 根 双包层光纤激光器，连续输出功率 分别达到135W、150W、1000W、 4000W, 20000W
难点
控制能力差
电子技术的发展
半导体电子学的强大生 命力在于它能够实现集 成化
处理功能和运行速度得 到大幅度提高，功耗大 大降低
尺寸大大缩小
芯片的成品率、可靠性 和性价比极大改善
但是利用电子作为信息的载体， 由于路径延迟和电磁串扰效应 的存在，无论从技术局限或是 经济代价以及信息安全的角度 来考虑，电子技术都出现了它 的阶段局限性。
5、半导体光电探测器
5.1 PN光电二极管
5.2 PIN光电二极管
5.3 APD光电二极管
5.4 光电二极管工作特性和参数
原因：W越大，光子入射到该区域的可能性 越大，被吸收产生光电流的概率就越高。
5.5 光电二极管一般性能和应用
谢谢
半导体掺杂材料的选择原则: 如果掺入的杂质原子代替半导 体晶格中的原子后存在多余的价电子，该杂质为施主杂质；如 果掺入的杂质原子代替半导体晶格中的原子后尚缺乏成键所需 要的电子，即存在电子空位，该杂质为受主杂质。
3、激光基本原理
光发射和光吸收
T为热力学温度，k=1.381×10-23J/K为玻尔兹曼常数
光电子技术第一章 绪论 PPT课件
• 1 2 3 代表材料对外场的响应；
• P代表外场作用下对传播规律的影响； • P ~ E 关系是非线性的。
7
2光电子技术的主要领域及应用
8
光电子技术的主要领域及应用
9
光电子技术的主要领域及应用
主要应用
信息获取
信息传输
信息处理
其它应用
位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多 个物理化学量
17
•激光冷却和捕获原子技术
获得低温是科学家长期以来不断追求的一种技 术，它不但给人类带来实惠，如超导的发现和 应用，而且为研究物质的结构和性质创造了独 特的条件。在低温条件下，分子，原子热运动 的影响可以大大的减弱，原子更容易暴露出它 们的性质。20世纪80年代，借助激光技术获得 了中性气体分子的极低温状态。这种获得低温 的方法就叫激光冷却。
光学 电子学
光电子学
3
光电子技术 是光电子学在信息、能源、材料、航空航天、
生命科学和环境科学等领域的应用
4
光电子学与光电子技术
光电子学
激光与红外物理学 非线性光学
强 光 光
电 光
磁 光
()
弹 声
学效效光
效应应效
应
应
半导体光电子学
光 电 转 换 效 应
发 光 效 应
非 线 性 光 学 效 应
6
共同的基本规律
数学描述 波动方程：
电磁波源：
E
o o
2E t 2
o
E t
o
2P t 2
通常（线性）情况下
有外场作用（非线 性）情况下：
P oE
P o 1E 2EE 3EEE
• P代表外场作用下对传播规律的影响； • P ~ E 关系是非线性的。
7
2光电子技术的主要领域及应用
8
光电子技术的主要领域及应用
9
光电子技术的主要领域及应用
主要应用
信息获取
信息传输
信息处理
其它应用
位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多 个物理化学量
17
•激光冷却和捕获原子技术
获得低温是科学家长期以来不断追求的一种技 术，它不但给人类带来实惠，如超导的发现和 应用，而且为研究物质的结构和性质创造了独 特的条件。在低温条件下，分子，原子热运动 的影响可以大大的减弱，原子更容易暴露出它 们的性质。20世纪80年代，借助激光技术获得 了中性气体分子的极低温状态。这种获得低温 的方法就叫激光冷却。
光学 电子学
光电子学
3
光电子技术 是光电子学在信息、能源、材料、航空航天、
生命科学和环境科学等领域的应用
4
光电子学与光电子技术
光电子学
激光与红外物理学 非线性光学
强 光 光
电 光
磁 光
()
弹 声
学效效光
效应应效
应
应
半导体光电子学
光 电 转 换 效 应
发 光 效 应
非 线 性 光 学 效 应
6
共同的基本规律
数学描述 波动方程：
电磁波源：
E
o o
2E t 2
o
E t
o
2P t 2
通常（线性）情况下
有外场作用（非线 性）情况下：
P oE
P o 1E 2EE 3EEE
《光电子技术绪论》PPT课件
精选ppt
12
Gas Sensor
精选ppt
13
对燃烧过程的监测
通过对光吸收的测量，确定燃烧过程产生的CO、NO、H2O、 CO2等气体的浓度；
•对激光器进行调谐，可以测量吸收谱；
•通过吸收的比例，可以判断燃烧室的温度；
•“借用”波分复用技术，可以同时测量多个参量。
精选ppt
14
➢ 安全监测
太赫兹波（THz）：
实现和应用这些系统，需要多方面 的知识和技能。
精选ppt
17
与这些领域相关的技术就是光电 子技术; 支持这些技术的学科就是光电子 学。
精选ppt
18
光电子学包含：
激光与红外物理学
➢ 非线性光学: ➢ 强光光学效应、电光效应、磁光效应、弹(声)光
效应 ➢ 半导体光电子学： ➢ 光电转换效应、发光效应、非线性光学效应 ➢ 导波光学： ➢ 非线性光学效应介质导波效应 ➢ 傅立叶光学
100GHz～10THz
分辨率比X光要高
精选ppt
15
基本器件
激光器；
•光放大器；
•调制器；
•光隔离器；
•探测器；
•环形器；
•光纤；
•光衰减器；
•光栅；
•光滤波器；
•分光器；
•显示器；
•光开关；
•移频器；
•波分复用耦合器； •……；
•波长转换器；
精选ppt
16
了解和认识这些器件，需要多方面 的基础和专业知识；
精选ppt
19
光电子技术分类
➢ 包括两大类技术: ➢ 光电子信息技术: ➢ 激光在电子信息技术中的应用形成的技术。
包含：光电检测与信息处理;光通信;光存储; 光显示等等。 ➢ 光电子能量科学技术： 太阳能的利用; 高效节能光源； 高功率激光器；激光加工；激光生命科学
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信号
λ1
发射机
光放大器
λ1
功放
预放
λn 复用器
光通信：光波频率~ 1016Hz, 允许高频调制，
解复用器
λn 接收机
目前商用水平：每波长10~40Gb/s
通信容量大 不受电磁干扰 发展趋势：路数增多，信道间隔加密， 传输距离加长
信号
这个系统中都包含了哪些功能？这些功能都 是怎样实现的？
9
电视系统（CATV）
7
光电子技术
光通信
无线光通信
量子通信
宽带、高速、长距离（干线，点对点）
城域网
无线接入网
光传感
光纤传感
医疗诊断
生物信息
环境监测
安全监测
其它：光盘、存储、条形码、加工、武器……
8
波分复用光通信系统
Wavelength Division Multiplexing (WDM)Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)
5
绪论
➢ §1、问题的提出及概述 ➢ §2、光电子学与光电子技术简介 ➢ §3、 光电子信息产业的重要性 ➢ §4 、光电子技术的应用 ➢ §5 、本课程的主要内容 ➢ §6 、本课程学习方法、要求
6
§1、问题的提出及概述
•什么是“光电子学”； •什么是“光电子技术”； •什么是“光电子技术基础”；
19
光电子技术分类
➢ 包括两大类技术: ➢ 光电子信息技术: ➢ 激光在电子信息技术中的应用形成的技术。
包含：光电检测与信息处理;光通信;光存储; 光显示等等。 ➢ 光电子能量科学技术： 太阳能的利用; 高效节能光源； 高功率激光器；激光加工；激光生命科学
20
什么是“光电子”； •什么是“光电子技术”； •什•什么么是是““光光电电子子技技术术基基础础””
光电子技术
ELECTRONIC TECNOLOGY
暨南大学
1
课程类别 ：选修课 教学对象 ：电子系本科生 总学时数 ：36学时 学分数 ：2学分 教材 ：《光电子技术》
张永林、狄红卫编著 高等教育出版社 2005年第1版
2
课程简介 ：
光电子技术是光学、光电子科学中一门重 要的专业基础课。本课程介绍光电子技术 的理论和应用基础，介绍光电子系统中关 键器件的原理、结构、应用技术和新的发 展。通过课堂教学和实践环节，使学生掌 握光电子技术的基本知识和实用技术，能 够正确地选择和应用光电子器件来建立合 适的光电系统，培养运用光电子技术解决 实际问题的能力。
21
基础：各种技术共同的基本规律
•
•在外场作用下光和物质的相互作用 外场：电场、磁场、强光场、超声（应 变）场等
物理效应：电光效应、磁光效应、强光非线 性光学效应、声光效应
22
共同的基本规律
物理过程：
入射光场 电偶极子振动 辐射次波（频率相 同） 相干叠加——光的传播规律（线性） 外场和入射光场共同作用 改变了电偶极子振 动频率 辐射次波和入射波频率不同——光的 传播规律（非线性）
➢ 半导体微电子学——集成电路。
25
电子技术发展的历史
➢ 1903年，福雷斯特的三极电子管的发明：使电信
号的产生、放大、检测等功能成为可能，拉开了 现代电子学时代的序幕；
➢ 1949年，晶体管诞生：约翰·巴丁（John Bardeen）电子技术由此实现了“固体化”这个 具有革新意义的第二次飞跃；
➢ 1970年以后，集成电路产生：杰克·基尔比（Jack Kilby），首创集成电路（IC），被誉为信息时代 最为重要的发明之一.
15
基本器件
激光器；
•光放大器；
•调制器；
•光隔离器；
•探测器；
•环形器；
•光纤；
•光衰减器；
•光栅；
•光滤波器；
•分光器；
•显示器；
•光开关；
•移频器；
•波分复用耦合器； •……；
•波长转换器；
16
了解和认识这些器件，需要多方面 的基础和专业知识； 实现和应用这些系统，需要多方面 的知识和技能。
3
本书主要内容
绪论 第1章 光电系统中的常用光源 第2章 光辐射的调制 第3章 光辐射探测器 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
4
参考教材
１、安毓英等，光电子技术，电子工业出版光电子技术大
纲
２、黄德修，半导体光电子学，机械工业出版社 ３、朱京平，光电子技术基础(第二版），科学出版社 ４、周炳坤，激光原理，国防工业出版社 ５、刘德明等，光纤技术及其应用，电子科技大学出 版社 6、姚建铨等，光电子技术，高等教育出版社
17
与这些领域相关的技术就是光电 子技术; 支持这些技术的学科就是光电子 学。
18
光电子学包含：
激光与红外物理学
➢ 非线性光学: ➢ 强光光学效应、电光效应、磁光效应、弹(声)光
效应 ➢ 半导体光电子学： ➢ 光电转换效应、发光效应、非线性光学效应 ➢ 导波光学： ➢ 非线性光学效应介质导波效应 ➢ 傅立叶光学
EDFA中继放大
小区（楼） 接收
电视台演播室
EDFA功放
树状系统，广播式
这个系统中都包含了哪些功能？ 这些功能都是怎样实现的？
用 户
10
利用光纤光栅测量应变
➢ 应力应造力成造光成栅光移栅频移、频展、展宽宽
11
Raman 光谱技术测量 人体胡萝卜素
488nm；10mW；20s; 2mm光斑
12
Gas Sensor
23
绪论
§2 光电子学与光电子技术简介 一．光电子学 ➢ 定义:
➢ 光学和电子学相结合而形成的一门新的学科
24
➢ 电子学 Electronics (1910年)
➢ 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。
➢ 研究电波的振荡、传播；电信号的产生、 放大、变换，频率的稳定，混合，检波等 等
13
对燃烧过程的监测
通过对光吸收的测量，确定燃烧过程产生的CO、NO、H2O、 CO2等气体的浓度； •对激光器进行调谐，可以测量吸收谱； •通过吸收的比例，可以判断燃烧室的温度； •“借用”波分复用技术，可以同时测量多个参量。
14
➢ 安全监测
太赫兹波（THz）：
100GHz～10THz
分辨率比X光要高
➢ 电子技术进入半导体微电子技术时代
➢ 电子技术的发展遵循：信息处理经济学原理：
更快的速度、更微小的耗能、处理更多的信息
➢ 这也是21世纪信息技术发展ห้องสมุดไป่ตู้方向
26
➢ 光学 Optics ➢ 传统光学：以几何光学和物理光学为基础 ,
各种光学仪器和设备（显微镜、望远镜、照 相机、经纬仪、光谱仪）。 ➢ 现代光学：以电磁辐射为研究对象（黑体辐 射）, 以光与物质相互作用为主要研究内容 （新型光源、光电效应、光探测器等）。
λ1
发射机
光放大器
λ1
功放
预放
λn 复用器
光通信：光波频率~ 1016Hz, 允许高频调制，
解复用器
λn 接收机
目前商用水平：每波长10~40Gb/s
通信容量大 不受电磁干扰 发展趋势：路数增多，信道间隔加密， 传输距离加长
信号
这个系统中都包含了哪些功能？这些功能都 是怎样实现的？
9
电视系统（CATV）
7
光电子技术
光通信
无线光通信
量子通信
宽带、高速、长距离（干线，点对点）
城域网
无线接入网
光传感
光纤传感
医疗诊断
生物信息
环境监测
安全监测
其它：光盘、存储、条形码、加工、武器……
8
波分复用光通信系统
Wavelength Division Multiplexing (WDM)Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)
5
绪论
➢ §1、问题的提出及概述 ➢ §2、光电子学与光电子技术简介 ➢ §3、 光电子信息产业的重要性 ➢ §4 、光电子技术的应用 ➢ §5 、本课程的主要内容 ➢ §6 、本课程学习方法、要求
6
§1、问题的提出及概述
•什么是“光电子学”； •什么是“光电子技术”； •什么是“光电子技术基础”；
19
光电子技术分类
➢ 包括两大类技术: ➢ 光电子信息技术: ➢ 激光在电子信息技术中的应用形成的技术。
包含：光电检测与信息处理;光通信;光存储; 光显示等等。 ➢ 光电子能量科学技术： 太阳能的利用; 高效节能光源； 高功率激光器；激光加工；激光生命科学
20
什么是“光电子”； •什么是“光电子技术”； •什•什么么是是““光光电电子子技技术术基基础础””
光电子技术
ELECTRONIC TECNOLOGY
暨南大学
1
课程类别 ：选修课 教学对象 ：电子系本科生 总学时数 ：36学时 学分数 ：2学分 教材 ：《光电子技术》
张永林、狄红卫编著 高等教育出版社 2005年第1版
2
课程简介 ：
光电子技术是光学、光电子科学中一门重 要的专业基础课。本课程介绍光电子技术 的理论和应用基础，介绍光电子系统中关 键器件的原理、结构、应用技术和新的发 展。通过课堂教学和实践环节，使学生掌 握光电子技术的基本知识和实用技术，能 够正确地选择和应用光电子器件来建立合 适的光电系统，培养运用光电子技术解决 实际问题的能力。
21
基础：各种技术共同的基本规律
•
•在外场作用下光和物质的相互作用 外场：电场、磁场、强光场、超声（应 变）场等
物理效应：电光效应、磁光效应、强光非线 性光学效应、声光效应
22
共同的基本规律
物理过程：
入射光场 电偶极子振动 辐射次波（频率相 同） 相干叠加——光的传播规律（线性） 外场和入射光场共同作用 改变了电偶极子振 动频率 辐射次波和入射波频率不同——光的 传播规律（非线性）
➢ 半导体微电子学——集成电路。
25
电子技术发展的历史
➢ 1903年，福雷斯特的三极电子管的发明：使电信
号的产生、放大、检测等功能成为可能，拉开了 现代电子学时代的序幕；
➢ 1949年，晶体管诞生：约翰·巴丁（John Bardeen）电子技术由此实现了“固体化”这个 具有革新意义的第二次飞跃；
➢ 1970年以后，集成电路产生：杰克·基尔比（Jack Kilby），首创集成电路（IC），被誉为信息时代 最为重要的发明之一.
15
基本器件
激光器；
•光放大器；
•调制器；
•光隔离器；
•探测器；
•环形器；
•光纤；
•光衰减器；
•光栅；
•光滤波器；
•分光器；
•显示器；
•光开关；
•移频器；
•波分复用耦合器； •……；
•波长转换器；
16
了解和认识这些器件，需要多方面 的基础和专业知识； 实现和应用这些系统，需要多方面 的知识和技能。
3
本书主要内容
绪论 第1章 光电系统中的常用光源 第2章 光辐射的调制 第3章 光辐射探测器 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
4
参考教材
１、安毓英等，光电子技术，电子工业出版光电子技术大
纲
２、黄德修，半导体光电子学，机械工业出版社 ３、朱京平，光电子技术基础(第二版），科学出版社 ４、周炳坤，激光原理，国防工业出版社 ５、刘德明等，光纤技术及其应用，电子科技大学出 版社 6、姚建铨等，光电子技术，高等教育出版社
17
与这些领域相关的技术就是光电 子技术; 支持这些技术的学科就是光电子 学。
18
光电子学包含：
激光与红外物理学
➢ 非线性光学: ➢ 强光光学效应、电光效应、磁光效应、弹(声)光
效应 ➢ 半导体光电子学： ➢ 光电转换效应、发光效应、非线性光学效应 ➢ 导波光学： ➢ 非线性光学效应介质导波效应 ➢ 傅立叶光学
EDFA中继放大
小区（楼） 接收
电视台演播室
EDFA功放
树状系统，广播式
这个系统中都包含了哪些功能？ 这些功能都是怎样实现的？
用 户
10
利用光纤光栅测量应变
➢ 应力应造力成造光成栅光移栅频移、频展、展宽宽
11
Raman 光谱技术测量 人体胡萝卜素
488nm；10mW；20s; 2mm光斑
12
Gas Sensor
23
绪论
§2 光电子学与光电子技术简介 一．光电子学 ➢ 定义:
➢ 光学和电子学相结合而形成的一门新的学科
24
➢ 电子学 Electronics (1910年)
➢ 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。
➢ 研究电波的振荡、传播；电信号的产生、 放大、变换，频率的稳定，混合，检波等 等
13
对燃烧过程的监测
通过对光吸收的测量，确定燃烧过程产生的CO、NO、H2O、 CO2等气体的浓度； •对激光器进行调谐，可以测量吸收谱； •通过吸收的比例，可以判断燃烧室的温度； •“借用”波分复用技术，可以同时测量多个参量。
14
➢ 安全监测
太赫兹波（THz）：
100GHz～10THz
分辨率比X光要高
➢ 电子技术进入半导体微电子技术时代
➢ 电子技术的发展遵循：信息处理经济学原理：
更快的速度、更微小的耗能、处理更多的信息
➢ 这也是21世纪信息技术发展ห้องสมุดไป่ตู้方向
26
➢ 光学 Optics ➢ 传统光学：以几何光学和物理光学为基础 ,
各种光学仪器和设备（显微镜、望远镜、照 相机、经纬仪、光谱仪）。 ➢ 现代光学：以电磁辐射为研究对象（黑体辐 射）, 以光与物质相互作用为主要研究内容 （新型光源、光电效应、光探测器等）。