(完整版)集成光学1

华南师范大学 集成光学
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主讲人：刘柳
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。
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主讲人：刘柳
红外 可见光
光纤
光纤
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长，m
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主讲人：刘柳
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)。
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主讲人：刘柳
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。
集成光学
Integrated Photonics
主讲人：刘柳 liuliuliu@scnu.edu.cn
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主讲人：刘柳
课程简介
• 中文名称：集成光学 • 英文名称：Integrated Photonics （Optics） • 总学时： 35个左右
– 其中：实践课8-10学时
通信波段划分及相应传输媒介
频率，Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
ELF VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
频段 电力、电话 划分
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线
参考书
• 英文：
– 《An introduction to optical waveguides》, Wileyinterscience, M. J. Adams, 1981.
– 《Optical waveguide theory》, Allan W. Snyder, Springer, 1983.
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主讲人：刘柳
课程目的
• 通过本课程的学习，掌握集成光学设计的基本理论 和方法；熟悉集成光学器件的基本工作原理和应用； 获得解决有关实际问题的能力。
• 通过本课程的学习为今后从事光通信、光信息处理、 光传感等方面的研究开发工作提供必要的基础知识， 培养出适应本世纪科技发展方向、掌握较为系统、 深入的集成光学基础理论和实践能力的高级工程技 术人才。
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主讲人：刘柳
课程内容
• 本课程理论、应用与实践并重，主要分为l 六个部分：
– 介质波导基础理论。
✓ 波导的结构、二维和三维波导的模式理论、耦合理论
– 无源集成光学器件。
✓ 耦合器、干涉仪、滤波器、隔离器、环行器等
– 有源集成光学器件，以及光电集成。
✓ 激光器、调制器、探测器、光开关等
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主讲人：刘柳
考试与成绩评定方式
• 学期总成绩包括平时成绩、实践成绩、 期末考试成绩三部分组成。
– 平时成绩包括平时记录的出勤情况、课堂课 间提问等，占1/3。
– 实践成绩占1/3。 – 期末考试成绩占1/3。
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主讲人：刘柳
第一章 绪论
主讲人：刘柳 liuliuliu@scnu.edu.cn
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主讲人：刘柳
课程内容
• 本课程理论、应用与实践并重，主要分为 六个部分：
– 集成光学器件加工制作方法。
✓光刻、镀膜、刻蚀…
– 集成光学器件数值模拟设计方法。
✓ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ束传播法、模式匹配法…
– 集成光学现代应用。
✓ 硅基光子器件、光子晶体、表面等离子体波…
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主讲人：刘柳
• 学 分：2 • 先修课程：物理光学、电磁理论、半导体物理、
基本编程
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主讲人：刘柳
集成光学简介
• 集成光学的概念由美国科学家于1969年最先提出， 虽只有30多年的发展，但发展迅速，已成为当今 光学和光电子学领域的发展前沿之一。
• 其应用领域包括光纤通信、光传感技术、光学信 息处理、照明与显示、光计算机与光存储、材料 科学研究、光学仪器、光谱研究等。
– 《Integrated Optics: Theory and Technology》，Fifth Edition, R.G.Hunsperger, Springer Verlag, 2002
• 中文：
– 《集成光学》，唐天同、王兆宏主编，科学出版社， 2005。
– 《集成光路》，作者：西原浩，译者：梁瑞林，科学 出版社。
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主讲人：刘柳
第一章 绪论
• 为什么叫光子学（Photonics）? • 什么是集成光学？ • 集成光学的历史发展 • 集成光学的优点 • 本门课主要讲述的内容概述
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主讲人：刘柳
第一章 绪论
• 为什么叫光子学（Photonics）? • 什么是集成光学？ • 集成光学的历史发展 • 集成光学的优点 • 本门课主要讲述的内容概述
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主讲人：刘柳
电子技术的发展
近二十多年发展的相对论电子学，使得利用自 由电子产生的受激辐射——自由电子激光器更 臻完善，进一步证实早已为人们所接受的光波 也是电磁波的科学结论。
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。