光电子技术第一章讲解
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第一章-光辐射与发光源
W／(m2·μm)
二、光度的基本物理量
• 光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光 辐射计量单位。
（人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，辐射
度单位不能正确反映人的亮暗感觉。）
• 辐射度学的基本物理量Qe、Φe、Ie、Me、Le、Ee • 光频区光度基本物理量Qv、Φv、Iv、Mv、Lv、Ev
• 定义完全一一对应，其关系如表l—2所示。
光视 效 率
0.4
0.2
0.0 400
500
600
700
800
波 长 (nm)
• 光通量与辐射通量之间的关系
v Kme V
• 光度量与辐射度量的关系式的一般函数式
X v
Km
780 380
X
e
V
d
• 在光度学体系中，基本单位是发光强度Iv，其单位 是坎德拉cd。
• 坎德拉cd定义： • 当单色辐射光源频率为540×1012Hz，
表1-2 辐射度量和光度量之间的对应关系
辐射度物理量
光度量物理量
物理量名称
符号 定义或定义式
单位
物理量名称 符号 定义或定义式
单位
辐射能
Qe
hν
J
辐射通量
Φe
Φe=d Qe/dt
W
光量
Qv
Qv=∫Φvdt
lm·s
光通量
Φv
Φv=∫ IvdΩ
lm
辐射出射度
Me Me＝dΦe／dS W／m2
光出射度
Mv Mv＝dΦv／dS lm／m2
3. 绝对黑体(简称黑体)：
• 在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收 率等于l，即αλ（T）≡l
光电子技术(第5版)第一章 光辐射与发光光源
➢ 色温度是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相
同的黑体的温度；
➢ 色温度并非热辐射光源本身的温度；
➢ 色温度相同的热辐射光源的连续谱也可能不相似，若规定的
波长不同，色温度往往也不相同；
➢ 非热辐射光源，色温度只能给出这个光源光色的大概情况，
一般来说，色温高代表蓝、绿光成分多些，色温低则表示橙
光电子技术（第5版）
第一章
本章内容
1.1 电磁波谱与光辐射
1.2 辐度学与光度学基本知识
1.3 热辐射基本定律
1.4 激光基本原理
1.5 典型激光器
1.6 光频电磁波的基本理论和定律
1.1.1 电磁波的性质与电磁波谱
EH k
横波特性
电场、磁场、传播方向构成右手螺旋系
偏振特性
电场、磁场分别在各自平面内振动
T 2698μm K
➢
时，
维恩公式与普朗克公式的误差小于1%。
M v (T )
0 得到
➢ 单色辐射出射度最大值对应的波长λm,由
mT 2897.9(μm K)
1.3.7 斯忒藩-玻尔兹曼定律
➢ 黑体的辐射出射度
0
0
M eb (T ) M eb (T )d
黑体：物体在任何温度下，对任何波长
的辐射能的吸收比都等于1，即αλ (T)
恒等于1。
1.3.2 基尔霍夫辐射定律
• 在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射
出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑
体对同一波长的单色辐射出射度。
M e1 (T ) M e 2 (T )
e1 (T ) e 2 (T )
同的黑体的温度；
➢ 色温度并非热辐射光源本身的温度；
➢ 色温度相同的热辐射光源的连续谱也可能不相似，若规定的
波长不同，色温度往往也不相同；
➢ 非热辐射光源，色温度只能给出这个光源光色的大概情况，
一般来说，色温高代表蓝、绿光成分多些，色温低则表示橙
光电子技术（第5版）
第一章
本章内容
1.1 电磁波谱与光辐射
1.2 辐度学与光度学基本知识
1.3 热辐射基本定律
1.4 激光基本原理
1.5 典型激光器
1.6 光频电磁波的基本理论和定律
1.1.1 电磁波的性质与电磁波谱
EH k
横波特性
电场、磁场、传播方向构成右手螺旋系
偏振特性
电场、磁场分别在各自平面内振动
T 2698μm K
➢
时，
维恩公式与普朗克公式的误差小于1%。
M v (T )
0 得到
➢ 单色辐射出射度最大值对应的波长λm,由
mT 2897.9(μm K)
1.3.7 斯忒藩-玻尔兹曼定律
➢ 黑体的辐射出射度
0
0
M eb (T ) M eb (T )d
黑体：物体在任何温度下，对任何波长
的辐射能的吸收比都等于1，即αλ (T)
恒等于1。
1.3.2 基尔霍夫辐射定律
• 在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射
出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑
体对同一波长的单色辐射出射度。
M e1 (T ) M e 2 (T )
e1 (T ) e 2 (T )
光电子技术---清华大学
边界条件表示界面两侧的场以及界面上电荷电流的 制约关系,它实质上是边界上的场方程。由于实际问题往 往含有几种介质以及导体在内，因此，边界条件的具体 应用对于解决实际问题十分重要。
平面电磁波的性质
电磁波是横波，电矢量E、磁矢量H和传播方 向K（K为传播方向的单位矢量）两两垂直。
E和H幅度成比例、复角相等
激光的基本原理、特性和应用 ——粒子数正常分布
按这个正则分布规律：
N2 exp(E2 / kT) N1 exp(E1 / kT) exp[(E2 E1) / kT] 1
在热平衡状态中，高能级上的粒子数N2一定小于低能 级上的粒子数N1，两者的比例由体系的温度决定。
三种跃迁过程(自发辐射)
电场与磁场的激发
B
D
t
t
不符合右手法则（为负）
符合右手法则
电磁波的传播
电场
电场
电场
磁场
电场
磁场
磁场
波源
磁场
磁场
边界条件
n
E2 E1
0
n
H 2 H 1
n •
D 2 D 1
n • B2 B1 0
▪ 界面两侧电场的切向分量连续 ▪ 界面两侧磁场的切向分量发生了跃变 ▪ 界面两侧电场的法向分量发生了跃变 ▪ 界面两侧磁场的法向分量连续
（1）当（N2/N1）＜1时，粒子数按波尔兹曼正则分布。 此时有dN12＞dN21，宏观效果表现为光被吸收。
（2）当（N2/N1）＞1时，高能级E2上的粒子数N2大于低能 级E1上的粒子数N1，出现所谓的“粒子数反转分布”情况。 形成激光的必要条件。此时有dN21＞dN12，宏观效果表现 为光被放大，或称光增益。
激光的基本原理、特性和应用 ——玻尔假说
光电子技术全套课件
光电子技术精品课程
§3 纵模的概念
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§3 纵模的概念
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§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
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§4 光腔的损耗
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§4 光腔的损耗
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§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
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§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
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§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
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
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§1 腔与模
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§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
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§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
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§8 方形镜共焦腔的行波场
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光电子技术复习要点
第一章 绪论1. 光电子技术（optoelectronic technology ）准确地应该称为信息光电子技术，是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。
2. 本课程主要讲了四大部分分别是：激光光源、光波的传输、光波的调制与控制、光波的探测。
第二章 激光原理与半导体光源1. 世界上第一台激光器是1960年梅曼制作的红宝石激光器。
2. 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：n m n m E E h E E hνν-=-=或。
3. 处于热平衡状态的原子体系，设其热平衡绝对温度为T ，则原子体系的各能级上粒子数目的分布将服从波尔兹曼分布律：exp(/)n n N E kT ∝-，其中N n 为在能级E n 上的粒子数，k 为波尔兹曼常数， k=1.3807×10-23 J·K -1。
即，随着能级增高，能级上的粒子数N n 按指数规律减少。
4. 爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。
该文提出的受激光辐射理论是激光理论的核心基础。
在这篇论文中，爱因斯坦将光与物质的作用分为三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。
5. 在二能级系统中，粒子在高能级E 2 能级上停留的平均时间称为粒子在该能级上的平均寿命，简称寿命6. 下面三个图分别描述了二能级系统中光与物质的作用的三种过程：它们可以由下面三个方程描述：对于受激辐射过程（E2→E1 ）：21212()dN B u v N dt= 对于受激吸收过程（E1→E2）：12121()dN B u v N dt= 对于自发辐射过程（E2→E1 ）：21212dN A N dt = 其中u(v)为辐射场中单色辐射能量密度：()()30348(),exp 1h u v T c c hv kT πνγν==-7. 二能级系统中，当（N 2/N 1）＞1时，高能级E 2上的粒子数N 2大于低能级E 1上的粒子数N 1，出现所谓的“粒子数反转分布”情况，它是形成激光的必要条件之一。
光电子技术复习
光电⼦技术复习第⼀章1、光电⼦技术的定义光电⼦技术是光学技术与电⼦技术结合的产物，是电⼦技术在光频波段的延续和发展。
是研究光（特别是相⼲光）的产⽣、传输、控制和探测的科学技术。
2、电磁波的性质1.电磁波的电场和磁场都垂直于博得传播⽅向，三者相互垂直，电磁波是横波，和传播⽅向构成右⼿螺旋关系。
2.沿给定⽅向传播的电磁波，电场和磁场分别在各⾃平⾯内振动，称为偏振。
3.空间个点磁场电场都做周期性变化，相位同时达到最⼤或最⼩。
4.任意时刻，在空间任意⼀点，H E µε=5.电磁波真空中传播速度为001µε=c ，介质中的为εµ1=v3、⾊温的概念规定两波长处具有与热辐射光源的辐射⽐率相同的⿊体的温度。
4、辐射度学与光度学的基本物理量作业：1、2第⼆章⼀、光波在⼤⽓中的传播1、光波在⼤⽓中传播时，引起的光束能量衰减和光波的振幅和相位起伏因素光波在⼤⽓中传播时，⼤⽓⽓体分⼦及⽓溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空⽓折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏2、⼤⽓分⼦散射的定义、特点；瑞利散射的定义和特点定义：当光线穿过地球周围的⼤⽓时，它的⼀些能量向四⾯⼋⽅反射。
特点：波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被散射。
瑞利散射定义：在可见光和近红外波段，辐射波长总是远⼤于分⼦的线度，这⼀条件下的散射为瑞利散射。
瑞利散射特点：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
所以天空呈蓝⾊。
3、⼤⽓⽓溶胶的定义、瑞利散射、⽶-德拜散射；⼤⽓⽓溶胶：⼤⽓中有⼤量的粒度在0.03 µm到2000 µm之间的固态和液态微粒，它们⼤致是尘埃、烟粒、微⽔滴、盐粒以及有机微⽣物等。
由这些微粒在⼤⽓中的悬浮呈胶溶状态，所以通常⼜称为⼤⽓⽓溶胶。
瑞利散射：散射粒⼦的尺⼨远⼩于光波长时，散射光强。
⽶德拜散射：散射粒⼦的尺⼨⼤于等于光波长时，散射光强对波长的依赖性不强。
⼆、光波在电光晶体中的传播1、电光效应的定义及分类电光效应：在外电场作⽤下，晶体的折射率发⽣变化的现象。
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。
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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
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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
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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
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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
电子科大研究生《光电子技术》讲义(待续)
光电子技术课程介绍教材：课程定制参考书：•《光电子技术》，梅遂生，国防工业出版社，2008•《光电子技术》姚建铨，于意仲主编，高等教育出版社，2006•《光纤通信系统》，顾皖仪，北京邮电大学出版社，2006•《光电子器件和组件》，黄章勇编著，北京邮电大学出版社，2001课程目录第1章半导体发光器件§1 半导体能带理论§2 光源概述§3 LED照明技术§4 光源驱动技术第2章激光技术及应用§1 激光原理和谐振腔技术§2 半导体激光器§3 激光应用技术（1）§4 激光技术与应用（2）第3章光纤通信器件§1 光有源器件§2 光无源器件§3 光纤光栅器件第4章光电传感与成像器件§1 光电探测器件§2 光纤传感器§3 光电成像器件§4 光电图像信号采集与处理第5章光电显示技术§1 显示技术基础§2 LED显示屏§3 液晶显示技术§4 触摸屏§5 投影显示技术一 光电子技术所涉及的范围激光技术及应用：二氧化碳激光器、YAG:Nd激光器、半导体激光器；（激光在各个领域有广泛的应用）光通信：光发射和光接收机、光调制器、光纤、光放大器、光耦合器和光开关等各种光无源器件；光电显示：LCD、PDP、触摸屏、大屏幕LED显示屏和投影显示等；光电照明：各种电光源，半导体照明；光存储：光驱、光盘、全息存储；光传感：CCD及图像信号采集设备（数码相机、摄像头、扫描仪、热像仪和夜视仪）、激光打印机。
其它： 集成光电子学——在一个芯片上的光发射、光接收、光传导、光调制和解调、光放大、光处理。
二 光电子技术与电子技术的关系区别：电子技术是研究电子的运动规律，并应用于电子器件、电子电路和设备的技术。
光电子技术则是同时研究光与电、即光子或光波与电子的相互作用的一门技术，它包括光电子能源技术和光电子信息技术。
光电子发光与显示技术 第一章 阴极射线管显示PPT课件
❖ 进入90年代后期，我国彩电业无论是生产技术、产销量、企业管理等已全面 进入成熟期，彩电市场已形成综合性品牌竞争。1998年市场占有率前10名的 彩电品牌，已占据了80%以上的市场份额。
❖ 在技术创新方面，这一时期的CRT电视品种已彻底告别黑白电视进入彩色世 界，并由模拟向数字化迈进，显示器由球面转向平面，以至于大屏幕等离子、 背投、立体、高清晰度等彩电技术大量涌现，创新的步伐越走越快。
▪ 荧光粉层完成显像管内的光电转换功能，黑白显像管要求在电子 轰击下荧光粉发白光，一般采用颜色互补的两种荧光粉混合起来 发白光。如将发蓝光的ZnS[Ag]与发黄光的ZnS、CdS[Ag]以55： 45的比例混合制得P4荧光粉，或直接采用单一白色荧光粉。荧光 粉的另一个重要参数是余辉时间，余辉时间定义为亮度减少到 1/10时所用的时间，余辉时间长于0.1秒的叫长余辉荧光粉，介于 0.1~0.001秒的称为中余辉荧光粉，短于0.001秒的称为短余辉荧 光粉。余辉太长运动画面会有拖影，余辉太短平均亮度降低，电 视采用中余辉荧光粉，示波器等则采用长余辉荧光粉。
一束发散角不大的带电粒子束，当它们在磁场B的方向上具有大致相同的速度分量时， 它们有相同的螺距。经过一个周期它们将重新会聚在另一点，这种发散粒子束会聚到一 点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似，因此叫磁聚焦。
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3.静电偏转
偏转角度在30度和53度两种
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4.磁偏转
飞出聚焦系统的电子束立即进入偏转区，在偏转磁场作用下发生偏转
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对穿过其间的电子束产生水平方向的作用力F，在屏幕上产生左右偏转。为得到比较 均匀的磁场，通过计算，线圈匝按余弦规律分布。因行输出管的输出功率较大，需 要较大的电流流过行偏转线圈，在偏转线圈外部套有铁氧体磁环，使磁力线通过磁 环形成闭合回路，可使内部磁场强度提高，磁环同时起屏蔽作用。为减小漏磁场线 匝形状做成马鞍形
❖ 在技术创新方面，这一时期的CRT电视品种已彻底告别黑白电视进入彩色世 界，并由模拟向数字化迈进，显示器由球面转向平面，以至于大屏幕等离子、 背投、立体、高清晰度等彩电技术大量涌现，创新的步伐越走越快。
▪ 荧光粉层完成显像管内的光电转换功能，黑白显像管要求在电子 轰击下荧光粉发白光，一般采用颜色互补的两种荧光粉混合起来 发白光。如将发蓝光的ZnS[Ag]与发黄光的ZnS、CdS[Ag]以55： 45的比例混合制得P4荧光粉，或直接采用单一白色荧光粉。荧光 粉的另一个重要参数是余辉时间，余辉时间定义为亮度减少到 1/10时所用的时间，余辉时间长于0.1秒的叫长余辉荧光粉，介于 0.1~0.001秒的称为中余辉荧光粉，短于0.001秒的称为短余辉荧 光粉。余辉太长运动画面会有拖影，余辉太短平均亮度降低，电 视采用中余辉荧光粉，示波器等则采用长余辉荧光粉。
一束发散角不大的带电粒子束，当它们在磁场B的方向上具有大致相同的速度分量时， 它们有相同的螺距。经过一个周期它们将重新会聚在另一点，这种发散粒子束会聚到一 点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似，因此叫磁聚焦。
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偏转角度在30度和53度两种
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4.磁偏转
飞出聚焦系统的电子束立即进入偏转区，在偏转磁场作用下发生偏转
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对穿过其间的电子束产生水平方向的作用力F，在屏幕上产生左右偏转。为得到比较 均匀的磁场，通过计算，线圈匝按余弦规律分布。因行输出管的输出功率较大，需 要较大的电流流过行偏转线圈，在偏转线圈外部套有铁氧体磁环，使磁力线通过磁 环形成闭合回路，可使内部磁场强度提高，磁环同时起屏蔽作用。为减小漏磁场线 匝形状做成马鞍形
光电子技术 Chap0 第1-2章知识要点
D(r , t) 0E(r, t) P(r, t) (r , t)E(r , t)
极化强度
P
(
0)E
( 0
1)0E
( r
1)0E
0 E
极化率 r 1
相对介电常数 r 1
折射率 n r 1
电介质分类：简单介质、各项异性介质、色散介质、谐振介质
5 麦克斯韦方程组 麦克斯韦总结了库仑、安培和法拉第等人的电磁学研究成果，用两个基本假设【涡旋电
4
《光电子技术》知识要点（2015 版） 场和位移电流，其基本思想是认为变化的磁场会产生电场，变化的电场也会产生磁场】 将电磁学理论统一起来，归纳出了电磁场的基本方程组。
感应电场与静电场，位移电流与传导电流的异同 麦克思维方程组中每一个方程的物理含义
通常所说的光学区域(或光学频谱)包括红外线、可见光和紫外线；由原子外层电子跃迁 产生
2
《光电子技术》知识要点（2015 版） 中、远红外等是物体发射的一种热辐射，所以也叫热红外 可见光的波长范围 400nm-760nm；人眼对于不同波长的光的相对灵敏度不同，可见光区 中心波长约为 555nm 的黄绿光，人眼感觉最敏感 紫外线的粒子性较强，能使各种金属产生光电效应
r 柱面波： E(r ) A eikr
r
9 利用电磁学知识推导折射反射定理 s 分量、p 分量 菲涅耳公式 反射系数、透射系数 反射率、透射率 会分析 s、p 分量反射系数、透射系数曲线（两种情况）
根据全反射时候，透射波电场：
Et
Eto
exp[ki (sin2 i
n22 n12
1
)2
光电子学第一章
例如： 可见光对应能量：3.1~1.65eV 光通信常用波长（1.3m和1.55m），对应能量为 0.8eV和0.95eV 光盘存储用激光波长650nm，对应能量为1.91eV
一、光波和光子
光的粒子性—光子
光是粒子 它具有能量E 和动量P
按爱因斯坦假设 能量 E=h，因为E=mc2
P E h h
子运动，使其减速，从而降
光学粘胶的实验系统
低了原子温度。
1995年，24pK(2.4×10-11K)
一、光波和光子
日本的“伊卡洛斯”太阳帆
“太阳帆”是“依靠太阳辐射加速的星 际风筝-飞行器 ”的缩写，发音听起来
很像是希腊神话人物伊卡洛斯 （Icarus），他曾借助鸟羽飞翔。
美国“光帆1号”
由特种铝材和太空塑料制成，总重量 不超过4.5公斤。由四个小帆板组成， 530．93平方米，厚度小于50μm，光压
h h 1.781010 (米)
2mE 2mk BT
常温下中子的波长大约比光波长小三个数量级。
一、光波和光子
粒子的波动性
速度为10米/秒的棒球，质量为1.0kg。试求其德布洛
意波长?
h p
h mv
6.61034焦耳 秒 1.010千克米/ 秒
6.6 1035 米
电子显微镜的线分辨率约等于德布洛意波长，使用的 电压为100仟伏，求这台电子显微镜的理论极限?
光子动量：
c c
光子质量： m E h 1
c2 c
光子质量与波长成反比
一、光波和光子
粒子的波动性
1924年法国物理学家德布洛意(de Broglie)在光的二象性的 启发下，提出实物粒子，例如：电子、原子、中子等也具 有波粒二象性的假设。粒子的能量E和动量P与 “粒子波” 的频率ν和波长λ之间，德布洛意借用了光子的波粒二象关 系式把物质波也表示为：
一、光波和光子
光的粒子性—光子
光是粒子 它具有能量E 和动量P
按爱因斯坦假设 能量 E=h，因为E=mc2
P E h h
子运动，使其减速，从而降
光学粘胶的实验系统
低了原子温度。
1995年，24pK(2.4×10-11K)
一、光波和光子
日本的“伊卡洛斯”太阳帆
“太阳帆”是“依靠太阳辐射加速的星 际风筝-飞行器 ”的缩写，发音听起来
很像是希腊神话人物伊卡洛斯 （Icarus），他曾借助鸟羽飞翔。
美国“光帆1号”
由特种铝材和太空塑料制成，总重量 不超过4.5公斤。由四个小帆板组成， 530．93平方米，厚度小于50μm，光压
h h 1.781010 (米)
2mE 2mk BT
常温下中子的波长大约比光波长小三个数量级。
一、光波和光子
粒子的波动性
速度为10米/秒的棒球，质量为1.0kg。试求其德布洛
意波长?
h p
h mv
6.61034焦耳 秒 1.010千克米/ 秒
6.6 1035 米
电子显微镜的线分辨率约等于德布洛意波长，使用的 电压为100仟伏，求这台电子显微镜的理论极限?
光子动量：
c c
光子质量： m E h 1
c2 c
光子质量与波长成反比
一、光波和光子
粒子的波动性
1924年法国物理学家德布洛意(de Broglie)在光的二象性的 启发下，提出实物粒子，例如：电子、原子、中子等也具 有波粒二象性的假设。粒子的能量E和动量P与 “粒子波” 的频率ν和波长λ之间，德布洛意借用了光子的波粒二象关 系式把物质波也表示为：
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
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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，提出谐振腔，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的应 用，激光的军事应用被优先考虑。
1961年 第一台激光测距仪问世。
激光熔凝处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔化一凝 固过程，所获得的熔凝层为铸态组织。
T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布
同步送料法激光熔覆示意图
熔覆层的截面示意图
常用激光熔覆材料包括镍基、铁基、钻基、铜基自熔合 金、以及上述合金与碳化物(WC、TiC、SiC等)颗粒组成的 金属陶瓷复合粉末以及Al203、ZrO2等陶瓷材料。常用的基材 包括钢铁、铝合金、铜合金、镍合金和钛合金等。
用激光很容易对一些普通焊接技术难以加工的如脆性大、硬 度高或柔软性强的材料实施焊接。
（d）激光快速成型技术
用计算机控制下的激光束有选择性地固化或粘接某一区域， 从而形成构成零件实体的一个层面。这样逐渐堆积形成一个 原型（三维实体）。
(3)激光医学 （a）临床上激光的用途:切割、分离；汽化、融解；烧灼、止 血；凝固、封闭；压电碎石；局部照射等，这些治疗种类是利 用激光对生物体的光热作用、压电作用和光化学作用。
美国科学院建议建造“诺瓦”升级系统，称为国家点火计 划(NIF)。该计划于1996年启动，预计2021年将开始建造演 示反应堆。这中间的关键技术就是更高水平的激光技术。
3. CCD器件及其应用 (1)文字阅读与图像识别
条码识别，货币识别，传真机
(2)遥感系统 地球表面监视，地球资源勘探，气象和环境监测等。
(4)激光核聚变
原子能的获得有两种方法，一种是重原子核的裂变，如铀 235的裂变(原子弹和核电站)；一种是轻原子核的聚变，主 要是氢原子同位素氘的聚变反应(氢弹、太阳内部运动)。
氘存在于海水中，利用高能脉冲激光并聚焦在直径百分之 几到千分之几毫米范围内，产生几百万度高温、几百万个大 气压和每平方厘米几千万伏的强电场，要采用多束这样的高 能激光来实现点火条件。
（b）激光束经聚焦后形成极小的光点，由于能量或功率的高 度集中，人们把它当作手术刀用来切割组织。激光的高温还起 了杀菌的作用。 （c）激光是非常可靠的黏着工具，眼科利用激光凝结视网膜 剥离症和眼内封闭止血已经有几十年的历史。
（d）治疗近视是利用烧蚀对角膜表面进行精密加工，控制折 光率（矫正）的过程。目前近视矫正有对角膜表面进行二维切 削手术使其曲率半径增大（作成平坦的）的PRK方法和将角 膜表面放射状切开的方法两种，以副作用小的PRK方法为主
2. 激光器及其应用 (1) 光通信 激光器+光纤 （a）巨大的传输带宽。单根光纤的可用频带几乎达到 200THz，又可以波分复用，巨大的传输带宽和传输容量是 任何其它传输介质所无法提供的。
（b）极低的传输损耗。在1.55um波段已降到0.2db/km， 加上掺铒光纤放大器的应用可有效补偿损耗。
（c）抗强电磁干扰，不向外辐射电磁波，可提高保密性，也 不会产生电磁污染。（d）成本低，资源丰富。
无人侦察机频繁出动,它装备了 合成孔径雷达和高分辨率CCD 摄像机。
一种无人侦察机
激光摧毁导弹
激光制导打 击目标
红
激
外
光
夜
制
视
导
仪
导
弹
激光武器是利用高能量密度激光束代替子弹的新型武 器，是武器装备发展历程中继冷兵器、火器和核武器等之 后又一个重要里程碑。它以光束作战的迅速反应能力，外 科手术式杀伤的高效作战方式。以及特别适合于反卫星和 破坏敌方信息系统，使其成为新一代主战兵器。
50年代：可见光波段的硫化镉(CdS)，硒化镉(CdSe)光 敏电阻和短波、红外硫化铝光电探测器投入使用。
美国将探测器用于代号为响尾蛇的空-空导弹。
红外探测器自60年代以来快速发展，50多年来美、英、 法等大力开发了中波(3-5μm)和长波(8-14μm)红外多元探 测器，并广泛应用于夜视、侦察和制导系统等领域。
(3)天文学应用 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。 1985美国和法国的联合水下探险队在海下4000米深处发现钛矿
1991年意大利使用水下电视摄像机，变焦镜头彩色摄像机等 在水下拍摄到1980年因空难坠毁于地中海331.78米海底的一 架意大利民用客机的残骸碎片图像。
(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.光存储及其应用
以光盘为代表的光学存储技术飞速发展。
优点：存储密度高、容量大；非接触式读/写；寿命长；不受 电磁场的干扰；信息位价格低。
第一代光盘具有能耗低、色温可控等优点，已应用于室内、室外 及道路照明，是国家极力推广的节能新产品。
水立方景观照明 鸟巢景观照明
6. 太阳能电池
21世纪3T目标: 传输速度 处理速度 存储速度
光纤通信__已经取得辉煌成就的领域 光计算__努力的方向 光存储__努力的方向 光传感__部分方面取得实用性成就
光子（光）的特性 光子与物质的相互作用 光子在自由空间或物质中的运动与控制
光电子技术的研究对象：光与物质中的电子相互作用及其 能量相互转换的相关技术,也是光波段的电子技术。
以光源激光化、传输波导化、手段电子化、现代电子学中 的理论模型和电子学处理方法光学化为特征。
1.2 光电子技术发展简史
第一部分： 光电探测器 1873年：英国人史密斯发现了硒的光电导特性。 1888年：德国人赫兹观察到紫外线照射到金属上时，能使
（b）激光去除材料技术 激光打孔：在高熔点的钼板上加工微米量级的孔；在硬质合金 上加工几十微米的小孔；在红蓝宝石上加工几百微米的深孔。 激光切割：大多数合金结构钢和合金工具钢都能够用激光切割 方法得到良好的切边质量。
筛孔板为105*110mm，材料是0.2mm厚的不锈钢板，孔的 直径0.2mm，打25000个孔，用时20分钟。 （c）激光焊接
1992年起，用红外焦平面阵列在各种成像技术中取代多元 探测组件。
第二部分: 激光器诞生及发展
1917年：爱因斯坦在《关于辐射的量子理论》中，提出光的 受激辐射及光放大的概念，为激光器的产生提供理论基础。 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（MASER)。
1960年12月研制氦氖激光器，1962年半导体激光器， 1964二氧化碳激光器，1965年YAG激光器。
1961年，我国第一台红宝石激光器
1960年，诞生第一台红宝石激光器
望远镜式激光测距仪
第三部分：低损耗光纤和长寿命激光二极管问世
1.光纤通信 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”。
第一章 绪论
1.1 光电子技术 1.2 光电子技术发展简史 1.3 信息光电子技术与器件 1.4 光电子技术应用
1.1 光电子技术
光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术
电子的特性 电子技术的研究对象 电子与物质的相互作用
电子在自由空间或物质中的运动与控制
光子技术的研究对象
容量： 640ＭＢ
第二代光盘存储 光源： GaAlInP半导体激光器 波长： 0.65 um
容量： 4.7GＢ
第三代光盘存储 光源： GaN半导体激光器 波长： 0.41 um
容量： >10GＢ
1.4 光电子技术应用
5.半导体照明（LED照明） 利用半导体发光二极管（LD)发出的蓝、紫光激发荧光粉发
光纤传感技术的应用
导线周围的磁场与电流有关， 光的偏振面与磁场有关。
重庆大佛寺长江大桥采用 光纤法珀应变传感器测量 昼夜温差变化及季节温差 变化时，桥梁主梁的内部 应变。
第四部分：光存储和显示 光存储技术：1972年荷兰飞利浦公司演示了模拟式激光视盘。 1982年飞利浦公司同日本索尼公司合作，推出了第一台数字 式激光唱机。 目前CD、VCD、DVD迅速进入千家万户。光存 储容量不断提高，已达到或超过衍射极限，并向三维体存储发 展。
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，光纤放大器和光波分复用技术诞生。
21世纪，以智能化超高速计算机系统和全光网络为代表的超 高速、超大容量信息处理和传输成为未来信息科学发展的两 个重大方向。
各种光纤
2.光纤传感技术及应用
利用光纤中传输的光波对外界环境的敏感性，制成测量温 度、应力、流量、电流、电压等传感器。
1. 军事方面的应用 光电子技术像其它高新技术一样，始终受到军方的高度重视，
在军事方面的应用不可忽视。 激光作为武器在军事上应用的形式千变万化，但是基本上可
以分为三个主要部分：追踪、寻的系统（即正确判定攻击目标 的位置和性质的系统）；发射实施摧毁性打击的高能激光系统； 辅助的控制和通信系统。
1991年的海湾战争，广泛使用各种星载、机载和车载光电 子装备，包括高分辨可见光和红外侦察照相机、激光半主动制 导航弹、红外成像制导导弹、红外夜视、夜间低空导航和目标 侦察红外系统、激光测距和目标指示器、激光致盲武器、激光 光点跟踪器、激光告警器、红外对抗装置等。
每隔几年光通信技术就上升到一个新台阶，由最初的第一 代城市局间中继的光通信系统，发展到了以DWDM与掺铒 光纤放大器相结合的第四代光通信系统和以光孤子为信息载 体的第五代光纤通信系统。传输速率由当初的Mbit/s发展到 当今的10Tbit/s以上。
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的应 用，激光的军事应用被优先考虑。
1961年 第一台激光测距仪问世。
激光熔凝处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔化一凝 固过程，所获得的熔凝层为铸态组织。
T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布
同步送料法激光熔覆示意图
熔覆层的截面示意图
常用激光熔覆材料包括镍基、铁基、钻基、铜基自熔合 金、以及上述合金与碳化物(WC、TiC、SiC等)颗粒组成的 金属陶瓷复合粉末以及Al203、ZrO2等陶瓷材料。常用的基材 包括钢铁、铝合金、铜合金、镍合金和钛合金等。
用激光很容易对一些普通焊接技术难以加工的如脆性大、硬 度高或柔软性强的材料实施焊接。
（d）激光快速成型技术
用计算机控制下的激光束有选择性地固化或粘接某一区域， 从而形成构成零件实体的一个层面。这样逐渐堆积形成一个 原型（三维实体）。
(3)激光医学 （a）临床上激光的用途:切割、分离；汽化、融解；烧灼、止 血；凝固、封闭；压电碎石；局部照射等，这些治疗种类是利 用激光对生物体的光热作用、压电作用和光化学作用。
美国科学院建议建造“诺瓦”升级系统，称为国家点火计 划(NIF)。该计划于1996年启动，预计2021年将开始建造演 示反应堆。这中间的关键技术就是更高水平的激光技术。
3. CCD器件及其应用 (1)文字阅读与图像识别
条码识别，货币识别，传真机
(2)遥感系统 地球表面监视，地球资源勘探，气象和环境监测等。
(4)激光核聚变
原子能的获得有两种方法，一种是重原子核的裂变，如铀 235的裂变(原子弹和核电站)；一种是轻原子核的聚变，主 要是氢原子同位素氘的聚变反应(氢弹、太阳内部运动)。
氘存在于海水中，利用高能脉冲激光并聚焦在直径百分之 几到千分之几毫米范围内，产生几百万度高温、几百万个大 气压和每平方厘米几千万伏的强电场，要采用多束这样的高 能激光来实现点火条件。
（b）激光束经聚焦后形成极小的光点，由于能量或功率的高 度集中，人们把它当作手术刀用来切割组织。激光的高温还起 了杀菌的作用。 （c）激光是非常可靠的黏着工具，眼科利用激光凝结视网膜 剥离症和眼内封闭止血已经有几十年的历史。
（d）治疗近视是利用烧蚀对角膜表面进行精密加工，控制折 光率（矫正）的过程。目前近视矫正有对角膜表面进行二维切 削手术使其曲率半径增大（作成平坦的）的PRK方法和将角 膜表面放射状切开的方法两种，以副作用小的PRK方法为主
2. 激光器及其应用 (1) 光通信 激光器+光纤 （a）巨大的传输带宽。单根光纤的可用频带几乎达到 200THz，又可以波分复用，巨大的传输带宽和传输容量是 任何其它传输介质所无法提供的。
（b）极低的传输损耗。在1.55um波段已降到0.2db/km， 加上掺铒光纤放大器的应用可有效补偿损耗。
（c）抗强电磁干扰，不向外辐射电磁波，可提高保密性，也 不会产生电磁污染。（d）成本低，资源丰富。
无人侦察机频繁出动,它装备了 合成孔径雷达和高分辨率CCD 摄像机。
一种无人侦察机
激光摧毁导弹
激光制导打 击目标
红
激
外
光
夜
制
视
导
仪
导
弹
激光武器是利用高能量密度激光束代替子弹的新型武 器，是武器装备发展历程中继冷兵器、火器和核武器等之 后又一个重要里程碑。它以光束作战的迅速反应能力，外 科手术式杀伤的高效作战方式。以及特别适合于反卫星和 破坏敌方信息系统，使其成为新一代主战兵器。
50年代：可见光波段的硫化镉(CdS)，硒化镉(CdSe)光 敏电阻和短波、红外硫化铝光电探测器投入使用。
美国将探测器用于代号为响尾蛇的空-空导弹。
红外探测器自60年代以来快速发展，50多年来美、英、 法等大力开发了中波(3-5μm)和长波(8-14μm)红外多元探 测器，并广泛应用于夜视、侦察和制导系统等领域。
(3)天文学应用 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。 1985美国和法国的联合水下探险队在海下4000米深处发现钛矿
1991年意大利使用水下电视摄像机，变焦镜头彩色摄像机等 在水下拍摄到1980年因空难坠毁于地中海331.78米海底的一 架意大利民用客机的残骸碎片图像。
(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.光存储及其应用
以光盘为代表的光学存储技术飞速发展。
优点：存储密度高、容量大；非接触式读/写；寿命长；不受 电磁场的干扰；信息位价格低。
第一代光盘具有能耗低、色温可控等优点，已应用于室内、室外 及道路照明，是国家极力推广的节能新产品。
水立方景观照明 鸟巢景观照明
6. 太阳能电池
21世纪3T目标: 传输速度 处理速度 存储速度
光纤通信__已经取得辉煌成就的领域 光计算__努力的方向 光存储__努力的方向 光传感__部分方面取得实用性成就
光子（光）的特性 光子与物质的相互作用 光子在自由空间或物质中的运动与控制
光电子技术的研究对象：光与物质中的电子相互作用及其 能量相互转换的相关技术,也是光波段的电子技术。
以光源激光化、传输波导化、手段电子化、现代电子学中 的理论模型和电子学处理方法光学化为特征。
1.2 光电子技术发展简史
第一部分： 光电探测器 1873年：英国人史密斯发现了硒的光电导特性。 1888年：德国人赫兹观察到紫外线照射到金属上时，能使
（b）激光去除材料技术 激光打孔：在高熔点的钼板上加工微米量级的孔；在硬质合金 上加工几十微米的小孔；在红蓝宝石上加工几百微米的深孔。 激光切割：大多数合金结构钢和合金工具钢都能够用激光切割 方法得到良好的切边质量。
筛孔板为105*110mm，材料是0.2mm厚的不锈钢板，孔的 直径0.2mm，打25000个孔，用时20分钟。 （c）激光焊接
1992年起，用红外焦平面阵列在各种成像技术中取代多元 探测组件。
第二部分: 激光器诞生及发展
1917年：爱因斯坦在《关于辐射的量子理论》中，提出光的 受激辐射及光放大的概念，为激光器的产生提供理论基础。 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（MASER)。
1960年12月研制氦氖激光器，1962年半导体激光器， 1964二氧化碳激光器，1965年YAG激光器。
1961年，我国第一台红宝石激光器
1960年，诞生第一台红宝石激光器
望远镜式激光测距仪
第三部分：低损耗光纤和长寿命激光二极管问世
1.光纤通信 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”。
第一章 绪论
1.1 光电子技术 1.2 光电子技术发展简史 1.3 信息光电子技术与器件 1.4 光电子技术应用
1.1 光电子技术
光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术
电子的特性 电子技术的研究对象 电子与物质的相互作用
电子在自由空间或物质中的运动与控制
光子技术的研究对象
容量： 640ＭＢ
第二代光盘存储 光源： GaAlInP半导体激光器 波长： 0.65 um
容量： 4.7GＢ
第三代光盘存储 光源： GaN半导体激光器 波长： 0.41 um
容量： >10GＢ
1.4 光电子技术应用
5.半导体照明（LED照明） 利用半导体发光二极管（LD)发出的蓝、紫光激发荧光粉发
光纤传感技术的应用
导线周围的磁场与电流有关， 光的偏振面与磁场有关。
重庆大佛寺长江大桥采用 光纤法珀应变传感器测量 昼夜温差变化及季节温差 变化时，桥梁主梁的内部 应变。
第四部分：光存储和显示 光存储技术：1972年荷兰飞利浦公司演示了模拟式激光视盘。 1982年飞利浦公司同日本索尼公司合作，推出了第一台数字 式激光唱机。 目前CD、VCD、DVD迅速进入千家万户。光存 储容量不断提高，已达到或超过衍射极限，并向三维体存储发 展。
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，光纤放大器和光波分复用技术诞生。
21世纪，以智能化超高速计算机系统和全光网络为代表的超 高速、超大容量信息处理和传输成为未来信息科学发展的两 个重大方向。
各种光纤
2.光纤传感技术及应用
利用光纤中传输的光波对外界环境的敏感性，制成测量温 度、应力、流量、电流、电压等传感器。
1. 军事方面的应用 光电子技术像其它高新技术一样，始终受到军方的高度重视，
在军事方面的应用不可忽视。 激光作为武器在军事上应用的形式千变万化，但是基本上可
以分为三个主要部分：追踪、寻的系统（即正确判定攻击目标 的位置和性质的系统）；发射实施摧毁性打击的高能激光系统； 辅助的控制和通信系统。
1991年的海湾战争，广泛使用各种星载、机载和车载光电 子装备，包括高分辨可见光和红外侦察照相机、激光半主动制 导航弹、红外成像制导导弹、红外夜视、夜间低空导航和目标 侦察红外系统、激光测距和目标指示器、激光致盲武器、激光 光点跟踪器、激光告警器、红外对抗装置等。
每隔几年光通信技术就上升到一个新台阶，由最初的第一 代城市局间中继的光通信系统，发展到了以DWDM与掺铒 光纤放大器相结合的第四代光通信系统和以光孤子为信息载 体的第五代光纤通信系统。传输速率由当初的Mbit/s发展到 当今的10Tbit/s以上。