北京邮电大学光子学1、概要
北京邮电大学光电信息科学与工程专业
品牌专业北京邮电大学光电信息科学与工程专业北京邮电大学前身是1955年建立的北京邮电学院，是新中国建立的第一所邮电高等学府、首批博士学位授予单位，1993年更名为北京邮电大学，是教育部直属、工信部共建的全国重点大学，国家“世界一流学科建设高校”、“211工程”和“985优势学科创新平台”。
北京邮电大学光电信息与工程专业前身为2001年成立的光信息科学与技术专业， 2012年更名为此，是学校信息科技类专业的重要组成部分。
本专业依托信息光子学与光通信国家重点实验室、3个国家111学科创新引智基地和2个省部级重点实验室，支撑国家重点一级学科“电子科学与技术”和北京市重点一级学科“光学工程”。
2020年12月顺利完成了中国工程教育专业认证协会组织的专家组进校现场考查，在考查中，专家组对专业进行了全面、深入的评估，对专业的各项工作给予了高度评价，并提出了需要关注和改进的建议。
2021年被批准为国家级一流本科专业建设点。
本专业师资队伍雄厚，拥有以国家自然科学基金杰出青年基金获得者、国家级高层次人才、教育部高层次人才、北京市教学名师等为带头人的老中青相结合、教学科研相促进的师资队伍，专任教师38人。
目前承担国家级、省部级、横向科研项目60余项，其中国家自然科学基金创新群体项目1项、国家自然科学基金重大仪器项目1项、国家自然基金重点项目2项。
近年来，获国家科技进步二等奖1项、省部级等科研奖项十多项。
本专业大力推进教育教学综合改革，建设国家级精品资源共享课2门，国家级、北京市精品课程各2门，国家级实验教学示范中心1个，国家级工程实践教育中心1个，国家级虚拟仿真实验教学中心1个，开展实验教学和创新活动，获北京市教学成果二等奖1项等。
本专业面向国家战略、信息通信及光电信息行业发展需求，以立德树人为根本、建设世界一流专业为目标，依托信息网络科学与技术一流学科群，基于OBE培养理念，培养在光电信息科学与工程领域具备国际视野、创新创业意识和终身学习能力的宽口径高级专业技术人才。
光子学基础知识
光子学基础知识光子学是研究光的产生、传播和控制的学科，是光学的一个重要分支。
光子学及其应用在现代科技领域中发挥着重要作用，如通信技术、材料科学、生物医学等。
本文将介绍光子学的基础知识，包括光的性质、光的传播、光的相互作用等内容。
一、光的性质光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
根据电磁谱，光波长范围从红外线到紫外线。
光的波长决定了光的颜色，短波长的光呈蓝色，长波长的光呈红色。
光的粒子性可通过光子来描述。
光子是光的能量量子，具有能量和动量。
光子的能量与光波长成反比，即能量越大，波长越短。
光子的动量与光的频率成正比，即频率越高，动量越大。
二、光的传播光的传播有两种方式：直线传播和衍射传播。
直线传播发生在光在均匀介质中传播时。
在同一介质中，光的传播是直线传播。
当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射角、传播介质的折射率和出射角之间存在一定的关系。
衍射传播发生在光通过边缘或孔径时。
当光通过一个小孔或扩展到一个尺寸与其波长相当的孔径时，光波会发生衍射现象。
衍射使得光以扩展的方式传播，形成衍射图样。
三、光的相互作用光与物质之间存在多种相互作用，包括吸收、反射、折射和散射。
吸收是指当光与物质相互作用时，光的能量被物质吸收并转化为其他形式的能量，如热能。
物质的颜色是由其吸收和反射特定波长的光所决定的。
反射是指光在遇到物体表面时，一部分光被物体表面反射回来。
反射现象使我们能够看到周围的物体。
根据光的入射角和物体表面的性质，反射可以分为漫反射和镜面反射两种。
折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，发生方向的改变。
折射现象可通过斯涅尔定律来描述，根据入射角和两种介质的折射率之间的关系。
散射是指光在与物质微观结构相互作用时，改变传播方向并散射到不同的方向。
散射现象是太阳光在大气中形成蓝天和彩虹的原因。
四、光子学的应用光子学在众多领域中有着广泛的应用。
在通信技术中，光纤通信是一种高速传输信号的方法。
光子理论知识点总结
光子理论知识点总结光子理论是描述光的基本粒子的量子力学理论，它解释了光的行为和性质。
光子理论的发展对于电磁学和量子力学的发展起了关键作用。
在这篇文章中，我们将介绍光子的基本概念、光子的性质和行为，以及光子在不同领域的应用。
光子的基本概念光子是光电磁场的基本粒子，也是电磁场相互作用的传递者。
光子的量子数是其能量和动量。
根据普朗克量子理论，光子的能量和频率成正比，其能量公式为E=hf，其中E为光子的能量，h为普朗克常数，f为光的频率。
光子的性质1. 光子是不带电的粒子：光子没有电荷，因此它不受电磁场的作用，也不产生电磁场。
2. 光子是波粒二象性的体现：光子既可以表现为波动，也可以表现为粒子。
这一性质在实验中得到了充分的验证，光子可以表现出干涉和衍射的现象，同时又能够和物质粒子发生碰撞。
3. 光子的能量是量子化的：光子的能量只能取离散的数值，这体现了能量在量子力学中的离散性质。
4. 光子的速度是光速：光子在真空中的速度是常数c，即光速。
光速是绝对不变的，这也是相对论的基本假设之一。
光子的行为1. 光子的发射和吸收：光子的发射和吸收是光的基本现象。
当原子或分子处于高能级时，它们可以通过发射光子来释放能量；当原子或分子吸收光子时，它们会被激发到更高的能级。
2. 光子的传播：光子通过电磁场的相互作用传播。
在真空中，光子的速度是常数，光子可以沿直线传播，也可以发生反射、折射等现象。
3. 光子的相互作用：光子与物质粒子的相互作用是量子力学的重要研究对象。
通过这种相互作用，我们可以了解光的性质、光的激发和退激发过程，以及光与物质的相互作用。
光子在不同领域的应用1. 光子在光学领域的应用：光子在光学领域有着广泛的应用，包括激光、光纤通信、光学仪器等。
激光是一种高亮度、高相干性的光束，它在医学、材料加工、通信等领域都有重要的应用。
2. 光子在半导体电子学中的应用：在半导体电子学中，光子可以激发出电子-空穴对，产生光电流和光电压，从而实现光探测器、光电转换器等器件。
2018年北京邮电大学光学工程考研招生专业目录、考研大纲、考试科目、参考书目-新祥旭考研
2018年北京邮电大学光学工程考研招生专业目录、考研大纲、考试科目、参考书目一、招生信息招生院系：信息光子学与光通信研究院招生人数：14招生专业：080300 光学工程二、研究方向01 (全日制)光纤通信技术、三维显示02 (全日制)全光信号处理与光纤传感03 (全日制)光电子器件与光信息处理04 (全日制)光通信与宽带网技术三、考试科目①101思想政治理论②201英语一③301数学一④801通信原理⑤805物理学④⑤选一四、专业课大纲（1）801通信原理一、考试要求要求学生熟练掌握通信理论的基本概念，掌握通信系统的基本工作原理和性能分析方法，具有较强的分析问题和解决问题的能力。
二、考试内容1、预备知识希尔伯特变换、解析信号、频带信号与带通系统、随机信号的功率谱密度、高斯白噪声、窄带平稳高斯过程、匹配滤波器。
2、模拟调制模拟线性调制（DSB-SC、AM、SSB）的基本原理、频谱特性、抗噪声性能；模拟角度调制（PM、FM）的基本原理、FM与PM的关系、卡松公式，FM抗噪声性能；频分复用。
3、数字基带传输数字基带信号，PAM信号的功率谱密度；常用线路码型；加性高斯噪声信道条件下数字基带信号的接收；符号间干扰、奈奎斯特准则、升余弦滚降、最佳基带系统、眼图；信道均衡的基本概念；第一类部分响应系统；符号同步的基本概念。
4、数字信号的频带传输二进制数字调制（OOK、2FSK、2PSK、2DPSK）的基本原理、调制解调方法、功率谱密度、错误率性能，平方环及科斯塔斯环；QPSK及OQPSK的原理、功率谱密度、误比特率及误符号率；信号空间及最佳接收理论；MASK、MPSK、MQAM的星座图、调制解调框图、功率谱密度，MASK及矩形星座MQAM的误符号率分析，格雷映射；MFSK的星座图、频谱及误符号率特性。
5、信源及信源编码信息熵、互信息；哈夫曼编码；采样，标量量化，脉冲编码调制，时分复用。
6、信道及信道容量无失真信道；衰落信道；信道容量的定义、BSC信道及AWGN信道的容量。
光学和光子学概述PPT讲稿
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四、光的衍射
• 1. 基本概念
• ① 衍射定义 • 光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，
并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。
• ② 衍射条件
障碍物的线度和光的波长可以比拟
• ③ 衍射的分类
a. 菲涅耳衍射：近场、求和、点光源。 b. 夫琅和费衍射：远场、积分、平行光。
表2 霾、云和降水天气的物理参数
天气类型
霾M 霾L 霾H 雨M 雨L 冰雹H 积云C.1 云C.2 云C.3 云C.4
N (cm-3) 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 1000 m-3 10 m-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3 100 cm-3
m 0.827 N A3 / 4
(9)
式中，m为瑞利散射系数（cm-l）；N为单位体积中的分 子数（cm-1）；A为分子的散射截面（cm2）；为光波长 （cm）。
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由于分子散射波长的四次方成反比。波
长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
故可见光比红外光散射强烈，蓝光又比红光
现在您浏览的位置是第八页，共三十八页。
三、光的干涉
• 1. 基本概念 • ①光的电磁理论 • 光是某一波段的电磁波， 其速度就是电磁
波的传播速度；可见光在电磁波谱中只占很小 的一部分，波长在 390 ~ 760 nm 的狭窄范围 以内。
• ②相干条件
• 频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
• ③干涉的分类
O2
4.7
9.6
从表1不难看出，对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸
光子学的研究进展与应用
光子学的研究进展与应用光子学是研究光子与其它物质间相互作用的学科，涵盖了发展迅速的光学技术和光电子学等领域。
随着物理学和工程技术的不断进步，光子学在科技领域的应用日益广泛，成为了科学研究和技术进步的一大重要分支。
一、光子学概述光子学作为一门新兴的交叉学科，在物理、化学、电子技术和材料科学等领域中占据了重要地位。
它主要研究光与物质的相互作用，以及光在材料中的传输、调制、控制和放大等现象，是研究光学器件和光电子器件的基础。
光子学研究的核心在于将光纤、光电子元件、光学传感和光学成像等技术应用于不同领域。
比如，光电子元件可以用于制造更高效的太阳能电池、更快速的计算机芯片和更精密的光学传感器等。
二、光子学的发展历程随着传输介质的更迭、电子元件的升级以及人们对信息的渴求，光子学在过去几十年内得到了极大地发展。
而这一进步主要集中在以下几个方面：1、光纤通信技术光纤通信技术的出现，极大地改变了通讯领域。
通过将信息转换为光信号并在光纤中传输，大大提高了通信传输速度。
光纤通信技术也广泛应用于军事和医疗等领域。
2、激光技术激光技术是一种利用特定能级间跃迁过程所产生的光来实现特定目的的技术。
它广泛用于工业、医疗、军事等领域，其应用范围极其广泛。
例如：激光切割材料、激光治疗人体疾病等。
3、光学成像技术随着人们对高清晰度视像的需求，光学成像技术的发展也日益壮大。
而这一技术的进步也极大地推动了许多领域的发展。
如医学成像学、地震勘测等。
三、光子学未来的展望光子学的未来发展趋势是更加注重实际应用，探求更多新的光学特性，并开发相应的器件和材料。
比如，人工孔径雷达系统和光纤传感技术的发展，将会使得我们能够更加准确地掌握地球的气候变化和内部结构。
此外，随着人工智能技术的飞速发展，光子学在该领域中应用也会越来越广泛。
它可以用于研究光学传感和成像技术，并探索潜在的机器学习应用。
四、光子学在生活中的应用光子学不仅影响了科学发展领域，其在我们生活中的应用也十分广泛。
物理学中的光子学
物理学中的光子学光子学，指的是研究光子性质的一门学科。
在物理学中，光子属于基本粒子之一，是电磁辐射的一种形式。
光子学的研究对象是光子的光学、电学、热学等性质及其应用。
下面将对光子学做一些简要的阐述。
一、光子学的起源光子学的起源可追溯到量子力学的诞生。
20世纪初，科学家们在研究光和辐射时发现，光和辐射是由一个个能量分立的“小颗粒”组成的。
这些“小颗粒”被称为光子。
光子学的概念也由此而来。
二、光子学的基本原理光子学的基本原理是量子力学。
光子被认为是很小的能量分立单位，具有粒子的特性。
与此同时，光子也具有波动的特性。
这种既有粒子又有波动的特性被称为波粒二象性。
光子学的研究重点是研究光子在物质中的相互作用和光子的运动规律。
三、光子学的研究领域1. 光子电子学光子电子学是研究光子和电子相互作用的学科。
其中最广泛的应用是激光技术。
利用激光束进行切割、打孔、焊接等加工过程已成为现代工业中不可或缺的一部分。
2. 光子生物学光子生物学是研究光子在生物体中的应用及其生物效应的学科。
因为光子能与生物体互相作用，可以用于医学治疗，在癌症治疗、心脑血管病等方面都具有广泛的应用前景。
3. 光子计算机光子计算机是利用光子来进行数据传输和计算的一种新型计算机。
它将光转化为数字信号，并将其传输到各个组件中。
相比传统计算机的电子传输方式，光子计算机具有更高的传输速度和数据处理能力。
4. 光通信技术随着互联网的发展，人们对通信技术的需求也不断增加。
目前，光通信技术已成为了高速通信技术的主流。
光通信技术利用光子进行数据传输，其传输速度远高于传统的通信方式。
同时，光通信技术还具有更好的安全性。
四、光子学的发展前景随着近年来科技的不断发展，光子学已成为应用前景极为广阔的一个领域。
光子学不仅在通信、医疗、工业等领域具有广泛的应用前景，还被广泛应用于探测、测量、显微成像等领域。
总之，光子学在物理学领域中占有相当重要的地位，是一个十分复杂和高深的学科。
北邮考博辅导班：2019北京邮电大学光学工程考博难度解析及经验分享 (2)
北邮考博辅导班：2019北京邮电大学光学工程考博难度解析及经验分享根据教育部学位与研究生教育发展中心最新公布的第四轮学科评估结果可知，全国共有57所开设光学工程专类专业的大学参与了排名，其中排名第一的是浙江大学，排名第二的是华中科技大学，排名第三的是天津大学。
作为北京邮电大学实施国家“211工程”和“985工程”的重点学科，光电信息学院的光学工程一级学科在历次全国学科评估中均名列第二十五。
下面是启道考博辅导班整理的关于北京邮电大学光学工程考博相关内容。
一、专业介绍光学工程专业是一门历史悠久而又年轻的学科。
它的发展表征着人类文明的进程。
它的理论基础——光学，作为物理学的主干学科经历了漫长而曲折的发展道路，铸造了几何光学、波动光学、量子光学及非线性光学，揭示了光的产生和传播的规律和与物质相互作用的关系。
在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业。
这些技术和工业至今仍然发挥着重要作用。
北京邮电大学光电信息学院的光学工程专业在博士招生方面，划分为4个研究方向080300光学工程研究方向：01光信息处理与光纤传感02信息光电子器件03量子保密通信系统04高速光纤通信信号处理考试科目：①1101英语②2201概率论与随机过程③2204数学物理方法二、申请材料1)《北京邮电大学“申请-审核”制招收博士生申请表》。
2)英语水平成绩证明复印件。
3)两名与申请学科相关的具有副高职（含）以上职称专家的推荐书各一份（网上报名时下载）。
4)已取得的科研成果（含专利、公开发表的学术性论文、专著等）复印件。
5)获奖证书或其他可以证明申请人科研能力和学术水平的证明材料。
6)已获硕士学位申请人须提供硕士学位论文的概要、研究生毕业证和硕士学位证复印件。
7)应届硕士生须提供学校研究生管理部门出具的申请人为全日制双证硕士研究生证明信。
8)拟攻读博士学位的科学研究计划书，由申请人自行拟定（不少于3000字，含对所申请学科的认识）。
北京邮电大学光纤通信完整版精品课件
本课程教学计划
信号源 信号源
电端机
光纤
光纤
光发 送机
中继
光接 收机
电端机
课程内容
□光纤 □光发送机 □光接收机 □系统,系统设计 □新技术 □测量!!
本课程教学计划
课程安排
□51学时 □其中测量及实验约12学时!!
教材
□《光纤通信系统》顾畹仪 北邮出版社
本课程教学计划
课程特点
□内容多 □涉及知识多 □与实际工程联系紧密
光缆
第二章
光源和光调制
第二章 光源和光调制
光源：实现电→ 光变换。
半导体光源:
□半导体激光器 LD □发光二极管 LED
特点：
□发射波长合适 □可进行直接调制 □体积小，耦合效率高 □可靠性高
§2.1 激光原理的基础知识
原子的能级
E4
E3
+14e
E2
电子轨道量子化条件：
E1
2πr•mv=nh n=1,2,3,...
光纤通信发展现状
国际
□整个行业2003年起全面复苏 □大量新技术出现及进入实用 □全球已敷设5亿公里光缆
国内
□90年代已实现大的网络布局(“八纵”, “八横”) □2006年西藏实现“镇镇通光缆” □已铺设5千万公里光缆 □国内厂商纷纷国外“拿单”
光纤通信的特点
容量大 中继距离长 不怕电磁干扰 保密性好，无串话干扰 尺寸小，重量轻 原料丰富 (节约有色金属) 经济 !!!
φ>φc 光在纤芯与包层间发生全反射.
最大入射角 θmax
sinθmax = n1sin(90º-φc)=(n1²-n2²)½
4. 光的传输(阶跃多模,几何光学)
育明考博-北京邮电大学信息光子学与光通信研究院光学工程考试大纲保录报录比参考书复习方法
作文 300~400 词
20 分
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北京邮电大学光学工程专业考博备考指导
一、北京邮电大学信息光子学与光通信研究院考博资讯
北京邮电大学信息光子学与光通信研究院（简称光研院）成立于 2008 年 10 月，是在 北邮自建校以来围绕光通信与光电子等方向长期研究与发展的基础上组建而成，是与信息 光子学与光通信国家重点实验室一体化运行的科研机构。光研院设电子科学与技术、光学 工程一级学科博士点（含硕士点）和通信与信息系统二级学科博士点（含硕士点）。
04 信息光电子器件
①1101 英语②2204 数学物理方法③3306 光波导技术理 吴 强 论基础④3309 电磁场理论
备注
③④选一 院士
③④选一
③④选一 ③④选一 兼职导师
三、2014 年北邮信息光子学与光通信研究院博士录取人数及考试内容
专业
招生方式
初试考试科目汇总
复试内容
080300 光学工程 080900 电子科学与技术
七、育明考博部分辅导课程介绍
考博英语全程班：
阶段课程
开课时间
课时
价格
备注
A 班：8月21日-25日 40课时授课+12 一、基础夯实
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。
光子学技术的基础知识及原理概述
光子学技术的基础知识及原理概述光子学技术是研究光的产生、传播、操控和应用的学科。
光子学技术的应用领域非常广泛，包括通信、能源、医学、材料科学等多个领域。
了解光子学技术的基础知识和原理，对于理解和应用光子学技术具有重要意义。
一、光子学技术的基础原理1.光的性质光是一种电磁波，具有粒子和波动的性质。
光的电磁波性质决定了它能够在真空中传播，具有波长、频率、振幅等特性。
2.光的产生光的产生主要有自然光和人工光两种形式。
自然光是由太阳或其他天体辐射而来，而人工光则是由光源产生的，如激光、LED等。
3.光的传输光的传输是指光在介质中的传播过程。
常见的光传输介质有空气、水、光纤等。
光在介质中传播的速度与介质的折射率有关，折射率越大，光的传播速度就越慢。
4.光的衍射和干涉光的衍射是指光通过一个孔或绕过边缘时的偏离现象。
光的干涉是指两束或多束光波相互叠加时产生的干涉条纹。
二、光子学技术的应用1.光通信光通信利用光纤传输光信号，具有传输距离远、容量大、抗干扰能力强等优势。
光通信是现代通信网络中广泛采用的传输技术，其高速、稳定的传输速度满足了人们对于大容量、远距离通信的需求。
2.光存储技术光存储技术利用光的特性来存储和读取信息。
光存储技术有着高密度、高速度和长寿命的特点，被广泛应用于光盘、DVD、蓝光光盘等信息存储媒介。
3.激光技术激光技术是光子学技术的重要应用领域。
激光是一种具有高度相干性、单色性和直线传播特性的光源。
激光技术在医学、制造业、科学研究等领域发挥着重要作用，如医疗激光、激光切割、激光制造等。
4.光谱技术光谱技术是一种利用光的特性对物质进行识别和分析的方法。
通过测量光的波长和强度，可以获得物质的成分、浓度和结构等信息。
光谱技术广泛应用于化学、生物、环境等领域，如红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱等。
三、光子学技术的前景及挑战1.前景随着信息时代的到来，对于高速、大容量、安全的通信需求不断增加，光子学技术的发展前景非常广阔。
大学光子知识点总结
大学光子知识点总结一、光子的基本概念1. 光子的概念光子是光的微观粒子，也可以理解为光的量子。
在经典物理学中，光被认为是一种电磁波，但是在量子力学中，光被认为是一种由光子组成的粒子流。
光子的能量与频率成正比，其能量E和频率ν的关系可以由普朗克公式E=hν（其中h为普朗克常数）来描述。
光子的波粒二象性使得光在某些情况下表现出粒子的特性，而在另一些情况下又表现出波动的特性。
光子的波长与频率之间的关系由光速c来描述，即λ=c/ν。
2. 光子的性质光子具有能量和动量，而且是不稳定的粒子，其寿命很短。
光子的能量和动量可以被多种物质所吸收和发射，这种特性使得光子在通信、传感、显示、医疗等领域有广泛的应用。
此外，光子还具有自旋和偏振等量子特性，这些特性对光子的相互作用和检测起着重要的影响。
3. 光子的产生和检测光子的产生通常是通过光源（如激光器、LED等）发射出去的，而光子的检测则需要利用光电探测器或者光子计数器等设备来进行。
利用这些设备，可以精确地测量光子的能量、数量、方向等参数，从而实现对光子的控制和利用。
二、光子的物理原理1. 光子的波动和粒子性质光子既具有波动性，也具有粒子性，这一点是量子力学的基本原理。
光子的波动性质可以通过干涉、衍射等实验来观测，而其粒子性质则可以通过光电效应、康普顿散射等实验证实。
光子的波动性和粒子性的统一描述需要量子力学的形式体系，如波函数、概率分布等。
2. 光子的与物质相互作用光子与物质相互作用是光子学的重要研究领域。
光子在与物质相互作用时可以产生能量转换、激发电子、诱导化学反应等现象，这些现象在光电子学、光化学、半导体等领域有着重要的应用价值。
光子与物质相互作用的机制包括电磁相互作用、光学激发等，这些机制对于材料的光学性能和电子结构有着重要的影响。
3. 光子与电磁场的相互作用光子与电磁场之间存在着相互作用，这种相互作用可以通过光子的偏振、振幅、相位等参数来描述。
光子的偏振状态可以影响光波的传播方向和极化状态，而光子的振幅和相位则对光波的密度和频谱特性产生重要影响。
光子学的基本原理与应用
光子学的基本原理与应用光子学是研究光子性质和光子在材料和器件上的相互作用的科学，是现代光电学和信息学的核心领域之一。
本文将从光子学的基本概念、量子光学理论和光子学应用等方面进行讨论。
一、光子学的基本概念光子学是以光子为主要研究对象的交叉学科，它研究的是光子在物质和器件上产生的相互作用和应用。
首先从光子的本质开始，光子是一种基本粒子，具有电磁波粒二象性。
按照普遍公认的观点，光子是一种没有质量的稳定粒子，其能量E与频率ν成正比，即E=hν（h是普朗克常数）。
另外，光子在空间中以光速均匀地传播，并遵从波尔兹曼分布，其能态密度与频率成正比。
光子还具有相位和极化等性质，其中相位决定了光的干涉和衍射现象。
二、量子光学理论光子学的理论基础是量子光学，它主要研究光的微观特性和量子效应。
在量子光学中，光被视为由光子组成的粒子流，可以用波函数描述。
光的能量和动量可以用光子的能量和波矢来表示，即E=hf，p=h/λ，h是普朗克常数，f是光子的频率，λ是光子的波长。
量子光学也研究光的相干性和纠缠性等量子现象。
量子纠缠是指两个或多个光子的量子态不能被分解成各自的态的乘积，纠缠态的测量结果是相关的。
量子纠缠在量子计算和量子通信中具有非常重要的应用。
三、光子学应用光子学的应用广泛涉及通信、信息处理、传感、医疗、军事等领域。
光子学应用最为广泛的是在通信领域，其中最主要的是光纤通信。
利用光纤传输的光信号能够快速、远程、高效地传输信息，因此已被广泛应用于各种网络和通讯设施中。
另外，在信息处理领域，光子学也有广泛的应用，如光学存储器、光学图像处理和光学计算机等。
利用光子学技术可以实现高速、低功耗和大容量的信息处理。
光子学在传感器领域应用也很广泛，如光纤传感技术、光学传感器等。
光纤传感技术已被用于检测物理量、环境变化和安全监控等方面。
此外，在医疗领域，光子学也有应用，如光动力疗法、近红外光成像和激光治疗等。
光子学技术可以用于医学诊断和治疗，具有非侵入性、高分辨率和低损伤等优点。
光子学技术入门指南
光子学技术入门指南引言：在现代科技的发展中，光子学技术正逐渐崭露头角。
光子学涉及利用光子（光的粒子性）的性质和行为来研究和应用光的技术。
它在通信、光学传感器、激光技术、光存储和医学成像等领域有广泛的应用。
本篇文章将带您入门光子学技术，介绍其基本原理和应用。
一、光子学技术简介光子学技术是研究光子和光的性质以及将其应用于科学和工程中的学科。
它在包括光学、电子学和信息科学等多个学科中发展起来。
光子学技术的基本原理来源于光和电磁波的性质，涉及光的发射、传播、调制、接收和检测等过程。
二、光子学技术的基本原理1. 光的本质：光是电磁波的一种，它由光子组成，光子是光的粒子性质。
光的颜色由其频率决定，而光的强弱则由其能量决定。
2. 光的传播：光在各种介质中传播时，会出现折射、反射和散射等现象。
这些现象使得光子可以实现信息传输。
3. 光的调制与激光技术：光的调制可以使光信号携带信息。
激光技术则利用光同步发射、频率纯净和强度稳定等特点，应用于通信、医学和材料加工等领域。
4. 光的接收与检测：光的接收和检测是光子学应用中十分重要的环节。
光探测器能够将光信号转化为电信号，进而进行数据处理和分析等操作。
三、光子学技术的应用1. 光通信：光子学技术在光纤通信中有着广泛应用。
光纤光学信号传输的高速、大带宽和低衰减等特点，使得光通信成为现代信息传输的重要技术。
2. 光学传感器：光学传感器利用光的散射、吸收和反射等特性，实现对环境变量的检测和测量。
例如，光纤传感器可以用于测量温度、压力和应变等。
3. 光存储：在信息存储方面，光子学技术也有广泛应用。
光存储器利用激光束对光敏介质进行写入和读取，实现数据的存储和检索。
4. 医学成像：光子学技术在医学成像方面有重要应用，如光学相干成像（OCT）可对病变组织进行高分辨率成像，激光手术可实现高精度的组织切割。
五、光子学技术的发展趋势1. 高速光通信：随着信息技术的发展，对大带宽和高速率的需求日益增加。
北京邮电大学信息光子学与光通信研究院
北京邮电大学信息光子学与光通信研究院历史沿革“信息光子学与光通信”国家重点实验室的历史渊源可以追溯到上世纪60年代。
其前身为1988年成立的“电磁场与微波技术”邮电部重点实验室极其以后的同名信息产业部重点实验室（1998年邮电部更名信息产业部）。
2003年，实验室根据新的发展需求进行了整合和扩充，并向教育部提出了建设“光通信与微博技术”教育部重点实验室（北京邮电大学）的立项申请：同年11月，教育部批准该实验室立项建设；2004年10月，实验室通过了由教育部组织的建设计划专家论证；2005年07月，实验室顺利通过了由教育部组织的专家验收并以此标志进入了开放运行阶段；同年11月，教育部正式聘任实验室主任和实验室学术委员会主任文件下达；2006年11月，教育部正式批准实验室开放运行的文件下达。
2006年9月，实验室顺利通过了教育部组织的信息领域教育部重点实验室评估。
2007年3月，经教育部推荐，实验室又作为特许接受评估的部级重点实验室参加了信息领域国家重点实验室的评估，评定成绩良好。
2009年3月，为了更好的体现实验室的定位，经教育部批准，实验室更名为“信息光子学与光通信”教育部重点实验室（北京邮电大学）。
2011年实验室被科技部正式批准立项建设“信息光子学与光通信国家重点实验室”。
2008年10月，学校成立信息光子学与光通信研究院，作为支撑实验室建设和发展的实体结构。
实验室与研究院实行一体化的运行机制。
在叶培大院士、徐大雄院士等老一代科学家的带领下，实验室于1964年率先在国内开展光通信科学与技术的研究，为国家光通信事业的发展贡献了一系列的“国内第一”，包括：第一个光纤通信专业、第一本光纤通信教材、第一期光纤通信培训班、第一次光纤通信国际会议、第一个大气光通信实验系统、第一个高速光纤通信实验系统、第一个相干光纤通信实验系统。
长期以来，实验室已形成一支年龄结构和知识结构合理、学术思想活跃、创新精神强的研究团队。
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电子学或电子技术是研究利用电子或 电磁波为信息载体，在回路中传输、控 制等以实现信息的获取、传输、处理、 存储、显示等功能的一门科学技术。
光子学的定义
光子学：以光子作为信息和能量载体的科学 光子学： 研究光子的产生、传输、探测、处理、 以及 与物质相互作用的科学。 微米光子学 — 微米尺度的光子学
光学和电子学两个学科的相互交融，促成了 光子学的建立，可以说光子学是发展到现阶段的 光学。由于激光的发明，低损耗光纤的研制成功 和半导体光电器件的发展，使光学迅速进入近代 高新技术舞台，并对近代科学技术和人类社会生 活产生巨大的影响。
光子学在形成过程中出现了若干新的学科名称： 量子电子学、光电子学、光波技术等。这些学科名 称、本质和内涵是相容的，因此，人们拟用覆盖学 科范围更为广泛的光子学加以概括，如同电子学是 发展到现阶段的电学那样。其对应的产业可名为光 子产业或光电子产业。
纳米光子学 — 纳米尺度的光子学
3
光和电
电学（或电子学）和光学（或光子学）在表面看来是
两个独立的学科。在深入研究的过程中，人们发现两者有 着非常密切的内在联系。
光与电的第一次结合是19世纪初麦克斯韦提出的光的
电磁波理论，他明确指出无线电波和光波都是电磁波。
4
通信波段划分及相应传输媒介
频率，Hz
101 102
6
电子技术的发展
从微波波段拓展到光频波段受激辐射的产生与放 大的研究过程中，逐步发展出量子电子学这一新 兴的交叉学科，标志着电学与光学的相互渗透、 相互融合进入到一个新的阶段，并为光子学的建 立奠定基础。
7
第二次结合
光与电第二次结合是1905年爱因斯坦将 量子论用于解释光电效应，并提出了光子的 概念。他明确提出当光作用于物质时，光是 以“光子Photon”（光的能量会集成一个个 的“能包”）作为最小单位进行的。光电探 测器（光转电）和半导体激光器（电转光） 分别是光子——电子转换器和电子——光子转 换器，它们是光电相互依存和相互转化的典 型例子。
• 光电子集成芯片技术——光电子学的核心技术。
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纳米光子学
• 时间：2000年— • 形成：由于近场光学的进展，突破了光的衍射
极限，促进了纳米尺度下光与物质相互
作用的研究，光子学与纳米科学结合形 成了纳米光子学。 • 结论：光子学 + 纳米科学 = 纳米光子学
24
纳米光子学主要研究内容
1. 纳米光子材料：
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微米光子学与纳米光子学比较
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微米光子学（光电子学）
• • 微米光子学：1970年微米尺寸的光纤、室温半导体 激光器和集成光学的发明，促进了光 纤通信技术的发展，诞生微米光子学 • 光电子学： 微米光子学的主要器件是电子驱动的 光子器件，故称为光电子学 微米光子学 = 光电子学
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光电子学主要研究内容
电子学的 “瓶颈”
开关(弛豫)时间~1ns (瓶颈) 最高频率~100GHz (瓶颈) 微波 (特别是 10GHz m 9 .1110 克以上) 的电 子设备价格昂贵
31 e
16
光子具有的优异特性
光子具有极高的信息容量和效率：光频为 5×1014Hz ；电频率仅为1010Hz量级。光子在光纤中 能够直接传播上百公里以上，因此，前者可承载信 息的容量起码比后者高出3～4个量级，即千倍以 上。 光子具有极快的响应能力 ：电子脉冲脉宽最窄限 度在纳秒(ns，10-9s) ，电子通信中信息速率被限定 在Gb/s (109 bit/s )量级 。光子脉冲可轻易做到脉宽 为皮秒(ps，10-12s)量级 ，小于10个飞秒(fs,10-15s)量 级 ，光子为信息载体，信息速率能够达到每秒几 十、几百个 Gb，甚至几个、几十个Tb( 1012bit / s)
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半导体物理的发展促成光电效应的应用，从
光电池、光电探测器，发展到发光二极管和半导
体激光器，于是形成了以光电元件及其应用为主
要内容的狭义的光电子学。而光纤在通信中的成
功应用又出现光波技术（Lightwave Technology） 和导波光学技术（Waveguide optics）等分支学 科。
10
30
光通信器件材料统一的可能途径
1、光子与电子器件硅基共集成 （1）解决硅材料发光困难问题，采用纳米硅做激光器 （2）解决硅材料非线性低问题，用纳米尺寸全光开关 2、采用其它纳米光子技术 （1）光子晶体器件的集成 （2）金属-电介质表面等离子激元器件的集成
总之，实现光子器件材料的统一，实现集成，要靠纳光子 技术。
微型化，并按照新的物理观点将这些元器件或 系统“集成”，以形成具有多种功能的集成光 学体系。
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集成光路（OIC或PIC）：通常利用光波导将发光
元件、透镜、光调制、光耦合以及光接收等器件 连接在一起，集成在衬底上，构成具有一定独立 功能的微型光学体系。
如果同时与电子器件（如场效应晶体管、电阻、 电容等）集成，则构成混合光电子集成体系 （opto-electronic integrated circuit, OEIC）。
光纤光学 集成光学 光纤通信
纳米光子学
近场光学 纳米光子材料 纳米光子器件
纳 米 科 学
光谱学
量子光学
量子光通信
全光信息技术
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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 光学 → 光子学 → 光子回路 → 光子 集成 → 光子系统 → 光子工程 →光 子产业
时间和空间上的超高分辩率测量技术：近场光学显微 镜、近场光学光谱仪、光镊技术、飞秒激光技术。
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集成光学
它要解决的实质问题: 获得具有不同功能、
不同集成度的集成光路，以实现光学信息处 理系统的集成化和微小化。
光通信 发射机
美国国家点 火装置NIF
26
集成光学的任务是将传统的光学元器件和系统
31
光子产业
光通信产业
光 通 信 测 试 设 备 光 通 信 系 统 设 备 激 光 器 与 发 光 管
光信息产业
打 光 印 盘 显 光 机 与 示 照 与 光 器 明 复 盘 印 机 机
激光产业
激 光 器 系 统 设 备 激 光 加 工 处 理 设 备 激 光 雷 达 测 距 仪
光学产业
光 纤 与 光 缆
ELF
103
VF
104
VLF
105
LF
106
MF
107
HF
108
VHF
109
UHF
1010 1011
SHF EHF
1012 1013 1014 1015
频段 划分 传 输 介 质
电力、电话
无线电、电视
AM无线电波
卫星/微波
红外
可见光
光纤
光纤
107
106
105
104
103
28
集成光学的主要应用
光纤、各种集成光学器件已被广泛应用于光通
信系统中。
非通信领域——传感技术方面的应用也有了很
大的发展。
将成为光计算机中的主要部分：集成光学是光 计算机的重要基础。类似于电子计算机中有大 量的集成电路一样，集成光路将成为光计算机 中的主要部分。
29
光纤通信系统发射端的光器件的材料不统一
11
光电子学主要研究内容
1. 信息光子学： 光通信、光计算、光显示、光存储、光传感等； 2. 能源光子学： LED光照明, 太阳能电池，激光加工技术等；
3. 生物光子学： 用光谱、声光等光电子技术研究生物学与医学； 4. 光电子集成： 光子与电子器件共集成的功能集成芯片技术。
例：光通信收发芯片、波分复用器芯片、光交换器芯片、 光照明LED芯片、太阳能电池芯片、生物芯片等。
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光子学与电子学的发展路线图
18世纪－ 1906年电子管 1948年晶体管 1960年集成电路 21世纪－
电磁学 物 理 学
电子学
微电子学
1970年光纤、 室温LD、集成光路
纳米电子学
21世纪－
18世纪－
1960年激光器
光学
几何光学 波动光学 工程光学
光子学
激光物理学 非线性光学 付里叶光学
光电子学
金属-电介质纳米结构、量子点和量子线、 以及纳米颗粒、纳米硅晶、纳米复合材料等。
2. 纳米材料加工：
半导体外延，电子、离子束刻蚀，多光子聚合， 胶体自组装，化学合成，溶胶－凝胶，模板压印等。
3. 纳米光子器件：
低功耗、高速度、光控光器件：纳米尺寸器件； 用纳米材料的器件；具有纳米结构的光电子器件。
4. 纳米测量技术：
102
101
100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
自由空间波长，m
5
电子技术的发展
电子学的发展，实质上就是人们不断地开拓 电磁波谱并加以应用的历史。近一个世纪以来， 从最简单的二极管、三极管，到后来相继发明的 束射功率管、闸流管、微波三四极管、行波管、 返波管、奥罗管、回旋管等，从而使电磁波波谱 由长波、中波、短波、超短波直至微波、毫米波 及亚毫米波波段，并正在向更短的波长进军，以 其与激光器件向长波长方向迈进相配合，共同占 领从亚毫米波与远红外波之间的空白波段（THz 波段)。
8
第三个回合
光与电打交道的第三个回合是 1960年激光的 发明 ( 激光的理论基础是： 1917 年爱因斯坦在辐 射理论中提出受激发射的概念 ) 。激光是光学上 的一项重大革命，也是20世纪最主要的重大科学 发明之一。激光器 (LASER) 是电子学中微波量子 放大器 (MASER) 在波长上的延伸。激光器的发明 不仅提供了光频波段的相干电磁波振荡源，而且 对时至今日的无线电频率下的许多电子学的概念、 理论和技术原则上均可延伸到光频波段，如振荡、 放大、倍频、混频、参量、调制、信息处理、通 信、雷达以至计算机等 。