光電子器件基礎(chǔ)

光電子器件技術(shù)基礎(chǔ)---光電轉(zhuǎn)換的橋梁徐征徐征博士教授博士生導(dǎo)師

北京交通大學(xué)光電子技術(shù)研究所光學(xué)學(xué)會光電專業(yè)委員會委員中國儀器儀表學(xué)會光機(jī)電技術(shù)與系統(tǒng)集成分會理事《液晶與顯示》雜志編委《光電子·激光》雜志編委《光譜學(xué)與光譜分析》雜志編委《現(xiàn)代顯示》雜志編委國際SID學(xué)會會員研究方向

光電子材料及器件，平板顯示技術(shù)，太陽能電池，真空及薄膜技術(shù)等方面的科研與開發(fā)工作。光電轉(zhuǎn)換的橋梁光電子學(xué)光電子器件光電子材料電子學(xué)光學(xué)電阻電容二極管三極管等等凸透鏡、凹透鏡光學(xué)系統(tǒng)光的傳播等等

本門課程的主要目的是介紹各類光電子器件的基本原理、基本特性及各種應(yīng)用。主要包括以下內(nèi)容：概述光電探測器件光源器件光伏器件光傳輸器件顯示器件光控制器件光電子器件光存儲器件電磁波譜及主要產(chǎn)生方式電磁波譜頻率能量波長無線電波微波紅外線紫外線可見光X射線r射線光學(xué)光譜區(qū)遠(yuǎn)紫外近紫外可見近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外（真空紫外）10nm~200nm200nm

~380nm380nm

~780nm780nm~2.5m2.5m

~50m50m

~300m可見光譜光學(xué)是一門經(jīng)典科學(xué)，1960年激光的誕生使古老的光學(xué)獲得了新的活力。激光在信息電子技術(shù)中的應(yīng)用，是光學(xué)與電子學(xué)進(jìn)一步相互結(jié)合而形成了一門新興的交叉學(xué)科—光電子學(xué)，與之相應(yīng)的是光電子材料和光電子器件。光學(xué)與電學(xué)都是歷史悠久的學(xué)科，光與電打交道可分為三個(gè)回合：19世紀(jì)60年代，Maxwell提出：光也是電磁波；19世紀(jì)末－20世紀(jì)初，光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和理論發(fā)展。1887年赫茲（Hertz）在氣體放電實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用紫外光照射在電極上時(shí)，將加速兩電極間的放電。雷納德（Lenard）用紫外光照射陰極表面，引起了電子發(fā)射。這即光電效應(yīng)；

1960年第一臺激光器的誕生，它是光學(xué)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大的革命。也是20世紀(jì)最主要的重大發(fā)現(xiàn)之一。它將人類帶入了一個(gè)光電子時(shí)代。光電子器件發(fā)展簡史第一回合第二回合第三回合光電子技術(shù)的大量應(yīng)用雖然是20世紀(jì)50年代中以后的事，但歷史可追溯到100多年以前。最早出現(xiàn)的光電子器件是光電探測器，而光電探測器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和研究。

1873年，英國W.R.史密斯發(fā)現(xiàn)了硒的光電導(dǎo)性。

1888年，德國H.R.赫茲觀察到紫外線照射到金屬上時(shí)，能使金屬發(fā)射帶電粒子，但無法解釋。

1890年，P.勒納通過對帶電粒子的電荷質(zhì)量比的測定，證明它們是電子，由此弄清了外光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

1929年，L.R.科勒制成銀氧色光電陰極，出現(xiàn)了光電管。

1939年，蘇聯(lián)V.K.茲沃雷金制成實(shí)用的導(dǎo)體材料制光電倍增管。

光電子器件發(fā)展簡史20世世紀(jì)紀(jì)30年年代代末末，硫硫化化鉛鉛紅紅外外探探測測器器問問世世，，紅紅外外線線可可探探測測到到3μμm輻輻射射。。40年年代代初初,用半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料制制成成的的溫溫差差型型紅紅外外探探測測器器和和測測輻輻射射熱熱計(jì)計(jì)。。50年年代代中中期期，可可見見光光波波段段的的硫硫化化硒硒、、硫硫化化鎘鎘光光敏敏電電阻阻荷荷短短波波紅紅外外硫硫化化鉛鉛光光電電探探測測器器投投入入使使用用。。50年年代代末末，美美軍軍將將探探測測器器用用于于代代號號為為響響尾尾蛇蛇的的空空——空空導(dǎo)導(dǎo)彈彈，，取取得得明明顯顯作作戰(zhàn)戰(zhàn)效效果果。。1958年年英英國國勞勞森森等等發(fā)發(fā)明明碲碲鎘鎘汞汞紅紅外外探探測測器器。。在在軍軍事事需需求求牽牽引引和和半半導(dǎo)導(dǎo)體體工工藝藝技技術(shù)術(shù)驅(qū)驅(qū)動動下下，，紅紅外外探探測測器器自自60年年代代以以來來迅迅速速發(fā)發(fā)展展。。直到20世紀(jì)90年代代，美、英英、法等等國大力力發(fā)展了了中波（（3-5μm））和長波波（8-14μμm）紅紅外多元元器組件件，廣泛泛用于夜夜視、偵偵查、觀觀瞄、火火控和制制導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)。1992年年西方各各國又用用成熟起起來的紅紅外平面面陣列在在各種成成成像技技術(shù)中取取代多元元探測器器組件。。光電子器器件發(fā)展展簡史激光器是是光波段段的相干干輻射源源。理論基礎(chǔ)礎(chǔ)是愛因因斯坦在在1916年奠奠定的：：當(dāng)時(shí)他他提出了了光的發(fā)發(fā)射和吸吸收可以以經(jīng)過受受激吸收收、受激激輻射和和自發(fā)輻輻射等三三種基本本過程的的假設(shè)。。1954年，美國C.H.湯斯才才根據(jù)這這個(gè)假設(shè)設(shè)，以致致冷的氨氨分子作作為工作作物質(zhì)，，研制成成微波激激射器。。稍后，蘇聯(lián)H.T.巴索夫夫和A.M.普普羅霍洛洛夫研制制成一氟氟化銫為為工作物物質(zhì)的微微波激射射器。1958年，C.H.湯斯斯和A.L.肖肖洛將微微波受激激輻射的的原理推推廣到紅紅外和可可見波段段，引入入了激光光的概念念。1960年，美國T.H.梅曼研研制成紅紅寶石激激光器———世界界上第一一臺激光光器。這這個(gè)突破破在世界界上引起起了轟動動，并形形成了連連鎖反應(yīng)應(yīng)，在短短短的幾幾年之內(nèi)內(nèi)，氦氖氖激光器器、半導(dǎo)導(dǎo)體激光光器、釹釹玻璃激激光器、、氬離子子激光器器、CO2激光光器、化化學(xué)激光光器、染染料激光光器等相相繼出現(xiàn)現(xiàn)。光電子器器件發(fā)展展簡史激光器是光波段段的相干干輻射源源。理論基礎(chǔ)礎(chǔ)是愛因斯斯坦在1916年奠定定的：當(dāng)當(dāng)時(shí)他提提出了光光的發(fā)射射和吸收收可以經(jīng)經(jīng)過受激激吸收、、受激輻輻射和自自發(fā)輻射射等三種種基本過過程的假假設(shè)。同時(shí)，幾乎就就在第一一臺激光光器誕生生之時(shí)起起，人們們就開始始探索激激光的應(yīng)應(yīng)用，而而且激光光的軍事事應(yīng)用被被優(yōu)先考考慮，投投入了大大量的人人力物力力和財(cái)力力。1961年，第一臺臺激光測測距議問問世，并并很快推推廣應(yīng)用用，隨著著技術(shù)的的進(jìn)步，，不斷更更新?lián)Q代代。70年代代初，美軍在在侵越戰(zhàn)戰(zhàn)爭中用用激光制制導(dǎo)炸彈彈依據(jù)摧摧毀了曾曾用普通通炸彈付付出很大大代價(jià)都都沒有炸炸毀的一一座橋梁梁。同時(shí)時(shí)美軍在在越南戰(zhàn)戰(zhàn)爭中使使用了激激光致盲盲武器。。近20多多年來，激光器器的各種種發(fā)展很很快，其其波長分分布在從從軟X射射線道遠(yuǎn)遠(yuǎn)紅外的的各個(gè)波波段，最最高的峰峰值功率率達(dá)到1014W量級級，最高高平均功功率達(dá)兆兆瓦級，，最脈寬寬為10-16s量級級，最高高頻率穩(wěn)穩(wěn)定度達(dá)達(dá)10-15，，調(diào)頻范范圍從200nm到4μm的的波段。。同時(shí)，激光器器的結(jié)構(gòu)構(gòu)、工藝藝日趨成成熟，穩(wěn)穩(wěn)定性、、可靠性性和可操操作性顯顯著改進(jìn)進(jìn)，改成成由戰(zhàn)士士、工人人、醫(yī)生生和其他他專業(yè)科科技人員員等稍加加訓(xùn)練即即可運(yùn)用用自如的的儀器設(shè)設(shè)備或工工具，而而不再需需要專業(yè)業(yè)工程師師精心操操作維護(hù)護(hù)了。光電子器器件發(fā)展展簡史光纖技術(shù)術(shù)的發(fā)展展起源淤淤1966年。。當(dāng)年英英籍華人人高錕等等提出了了低損耗耗光學(xué)纖纖維的可可能性，，為光纖纖通訊及及應(yīng)用開開辟了道道路。1970年，美國研研制出損損耗為20dB/km的石英英光纖和和溫室連連續(xù)工作作激光二二極管，，使光纖纖通信成成為可能能。這一一年被公公認(rèn)為““光纖通通信元年年”。自自此光纖纖通信迅迅速發(fā)展展。80年代代初，日本、、美國、、英國相相繼建成成全國干干線光纖纖通信網(wǎng)網(wǎng)，并決決定干線線通信不不再新建建同軸電電纜。90年代代初，光纖放放大與光光波分復(fù)復(fù)用兩種種技術(shù)結(jié)結(jié)合，將將充分發(fā)發(fā)揮世界界上已建建成的超超過1××107km單單模光纖纖長途通通信網(wǎng)的的頻帶潛潛力，使使其傳輸輸能力至至少提高高一個(gè)量量級。傳傳輸能力力這樣大大的提高高，將使使網(wǎng)絡(luò)的的功能和和靈活操操作性大大為改善善。光纖纖通信已已從簡單單的替代代電纜通通信階段段過渡到到革命性性發(fā)展的的階段。。光纖傳傳感技技術(shù)起起源于于80年代代初，，傳感感壓力力、張張力、、溫度度、角角速度度等各各種物物理量量的光光強(qiáng)傳傳感器器陸續(xù)續(xù)開發(fā)發(fā)出來來。90年年代初初中期期，光纖纖激光光器、、光纖纖光柵柵等光光纖元元器件件嶄露露頭角角。光光纖技技術(shù)呈呈現(xiàn)持持續(xù)蓬蓬勃發(fā)發(fā)展局局面。。光纖技技術(shù)的發(fā)展展起源源淤1966年年。當(dāng)當(dāng)年英英籍華華人高高錕等等提出出了低低損耗耗光學(xué)學(xué)纖維維的可可能性性，為為光纖纖通訊訊及應(yīng)應(yīng)用開開辟了了道路路。光纖傳傳感技技術(shù)起源于于80年代代初，，傳感感壓力力、張張力、、溫度度、角角速度度等各各種物物理量量的光光強(qiáng)傳傳感器器陸續(xù)續(xù)開發(fā)發(fā)出來來。光電子子器件件發(fā)展展簡史史光存儲儲技術(shù)術(shù)的歷歷史較較短，，而發(fā)發(fā)展很很快。。1972年年，美國國飛利利浦公公司演演示了了模擬擬式激激光視視盤。。1982年年，飛利利浦公公司同同日本本索尼尼公司司合作作，推推出了了第一一臺數(shù)數(shù)字式式激光光唱機(jī)機(jī)。由由于激激光唱唱機(jī)（（CD）進(jìn)進(jìn)入家庭和只讀讀式光光盤存存儲器器(CD--ROM)同同個(gè)人人計(jì)算算機(jī)結(jié)結(jié)合，，VCD(CD視盤盤)───其其全稱稱為Video─CD，，它是是1993年下下半年年才付付諸實(shí)實(shí)用的的新技技術(shù)，，也稱稱CD視盤盤。VCD的視視頻壓壓縮和和解碼碼技術(shù)術(shù)是由由美國國人發(fā)發(fā)明的的，通通過壓壓縮把把一部部電影影的動動態(tài)圖圖像和和聲音音壓縮縮到1.2G信信息容容量左左右的的光盤盤中去去，并并通過過數(shù)字字解碼碼技術(shù)術(shù)把壓壓縮的的電子子信號號重新新播放放出來來。但但世界界上第第一臺臺家用用VCD機(jī)機(jī)（實(shí)實(shí)驗(yàn)用用機(jī)））卻是是由中中國安安徽現(xiàn)現(xiàn)代電電視技技術(shù)研研究所所于1992年年12月研研制成成功的的。1993年年9月月取名名“萬萬燕””的第第一代代VCD機(jī)機(jī)（產(chǎn)產(chǎn)品））面世世。短短短幾幾年VCD市場場即達(dá)達(dá)到巔巔峰狀狀態(tài)。。另外，VCD盤盤也可可在計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)上播播放；；使用用在計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)上的的CD視盤盤不僅僅可以以存放放、錄錄像等等，它它還可可以存存放電電子游游戲。。人們們可以以通過過操作作計(jì)算算機(jī)來來達(dá)到到雙向向交流流，不不但能能看到到精彩彩的畫畫面、、聽到到動聽聽的聲聲音，，還可可以參參與其其中扮扮演角角色，，從而而給人人們帶帶來了了更大大的樂樂趣。。光存儲儲技術(shù)術(shù)的歷史史較短短，而而發(fā)展展很快快。光電子子器件件發(fā)展展簡史史1994年年，誕生生新機(jī)機(jī)種DVD―全全稱為為DigitalVideoDISK數(shù)字字視頻頻光盤盤機(jī)，，它是是從原原理上上來說說，DVD與VCD沒有有本質(zhì)質(zhì)的不不同，，DVD也也是對對電影影畫面面進(jìn)行行視頻頻壓縮縮，將將壓縮縮的圖圖像儲儲存在在光盤盤上。。播放放時(shí)DVD影碟碟機(jī)對對光盤盤上的的數(shù)字字信號號進(jìn)行行解碼碼，還還原出出圖像像在顯顯示器器上播播放。。但VCD盤只只能單單面使使用，，一張張盤只只能儲儲存640MK的信信息，，一部部電影影需要要用2張或或3張張光盤盤才能能儲存存；VCD的分分辯率率也較較低，，它的的播放放效果果只不不過和和錄像像帶的的播放放效果果相近近；VCD只有有2個(gè)個(gè)聲道道，播播放時(shí)時(shí)并不不能實(shí)實(shí)現(xiàn)真真正的的立體體聲。。和VCD相比比，DVD產(chǎn)品品在各各個(gè)方方面有有了全全面的的提高高。DVD光盤盤儲存存的數(shù)數(shù)據(jù)可可以達(dá)達(dá)到50G，一一個(gè)DVD電影影光盤盤可以以儲存存多部部電影影，大大大方方便了了消費(fèi)費(fèi)者攜攜帶，，也降降低了了光盤盤的生生產(chǎn)成成本；；DVD產(chǎn)產(chǎn)品的的分辯辯率是是VCD產(chǎn)產(chǎn)品的的4倍倍；DVD產(chǎn)品品的電電影具具有8個(gè)聲聲道，，DVD和和VCD相相比，，播放放效果果上有有了質(zhì)質(zhì)的飛飛躍。。因而而形成成巨大大市場場，光存儲技術(shù)術(shù)飛速發(fā)展展，不斷更更新，形成成了一個(gè)可可以同光纖纖通信匹敵敵的光存儲儲產(chǎn)業(yè)。光電子器件件發(fā)展簡史史平板顯示器器技術(shù)以液液晶顯示器器發(fā)展最快快。液晶材材料既具有有液體的特特點(diǎn)又具有有晶體的許許多特性。。1964年年，美國RCA公司發(fā)發(fā)現(xiàn)液晶的的多種光電電效應(yīng)：賓賓主效應(yīng)、、動態(tài)散射射效應(yīng)和相相移存儲效效應(yīng)，為液液晶顯示器器、液晶光光閥等器件件的研制奠奠定了基礎(chǔ)礎(chǔ)。等離子子體顯示器器、場致發(fā)發(fā)光顯示器器相繼問世世并不斷的的發(fā)展?，F(xiàn)現(xiàn)在，平板板顯示器已已形成巨大大的市場。。光電子器件件發(fā)展簡史史平板顯示器器技術(shù)以液晶顯示示器發(fā)展最最快。液晶晶材料既具具有液體的的特點(diǎn)又具具有晶體的的許多特性性。年代60年代70年代80年代90年代技術(shù)成就激光器的問世低損耗光纖的實(shí)現(xiàn)、半導(dǎo)體激光器的成熟超大功率量子阱陣列激光器的出現(xiàn)光纖無源和有源器件的出現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用為光與物質(zhì)相互作用的研究提供了一個(gè)極其有效的工具導(dǎo)致以光纖通信、光纖傳感為代表的光信息技術(shù)蓬勃發(fā)展導(dǎo)致半導(dǎo)體雙穩(wěn)態(tài)器件的發(fā)展為光纖通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了網(wǎng)絡(luò)物理層的基礎(chǔ)光電子器件件發(fā)展簡史史光電子器件件發(fā)展簡史史

以上簡史表明，盡管光電效應(yīng)、受激發(fā)射原理等早已被發(fā)現(xiàn)或提出，但相應(yīng)的光電子器件的出現(xiàn)和發(fā)展及其應(yīng)用卻滯后很多，光電子器件的技術(shù)的發(fā)展已是20世紀(jì)50年代以后的事。

事實(shí)上，光電子器件的發(fā)展離不開材料技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)和精密儀器設(shè)備，因而只能同其他高新技術(shù)互相促進(jìn)、共同發(fā)展。同時(shí)在光電子技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)，各個(gè)技術(shù)分支之間也從在互相驅(qū)動，互相牽引的關(guān)系。

值得指出的是，光電子技術(shù)像其他高新技術(shù)一樣，始終受到軍方的高度重視，軍事需求成為牽引它的強(qiáng)大動力。五大信息技技術(shù)信息的采集－－光探測器件信息的傳輸－－光通信器件信息的存儲－－光存儲器件信息的顯示－－光電顯示器件信息的處理－－光電子組件21世紀(jì)信息時(shí)代12345隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展展，全球的的光電子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)市場增增長率一直直保持在兩兩位數(shù)勢頭頭，廣闊的的市場前景景使得光電電子器件的的發(fā)展，正正在引起一一場超過電電子、微電電子技術(shù)的的產(chǎn)業(yè)革命命。尤其是激光光器件及其其應(yīng)用設(shè)備備、顯示器器件與顯示示屏、紅外外探測器和和各種成像像設(shè)備、光光纖及光通通信設(shè)備、、光存儲和和多媒體技技術(shù)的發(fā)展展，均涉及及到多種創(chuàng)創(chuàng)新領(lǐng)域，，大大促進(jìn)進(jìn)了計(jì)算機(jī)機(jī)設(shè)備、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)設(shè)備、彩電電、DVD、掌上電電腦電子產(chǎn)產(chǎn)品、智能能手機(jī)、手手持音響播播放設(shè)備、、數(shù)碼相機(jī)機(jī)等新型信信息光電子子產(chǎn)品的發(fā)發(fā)展。使我我國進(jìn)入一一個(gè)全新的的后PC時(shí)時(shí)代。目前，中國國已成為光光電子產(chǎn)品品的重要市市場，為今今后的發(fā)展展帶來了良良好的機(jī)遇遇。光電子器件件的分類光源器件光傳輸器件件光控制器件件光探測器件件光存儲器件件相干光源非相干光源源用激光光非線性光學(xué)學(xué)器件照明光源顯示光源信息處理用用光源光學(xué)元件（（棱鏡、透透鏡、光柵柵等）調(diào)制器偏轉(zhuǎn)器光開關(guān)光雙穩(wěn)器件件光波導(dǎo)光纖光電導(dǎo)型光伏型熱伏型各種傳感器器光盤(CD、VCD、DVD、MD））光驅(qū)光盤塔光電子器件件光電子器件件新的分類類顯示器件：ＣＲＴ、平板顯示器光傳輸器件光控制器件光探測器件光伏器件：硅基、薄膜、有機(jī)太陽電池等光源器件：相干光源、非相干光源用光存儲器件光電子器件1234567光電子產(chǎn)業(yè)業(yè)光電子技術(shù)術(shù)是21世世紀(jì)的尖端端科技，光光電子產(chǎn)業(yè)業(yè)包括與光光電子技術(shù)術(shù)有關(guān)的六六類產(chǎn)業(yè)：：光電子材料料和組件、光電顯示器器、光輸出入、光存儲、光通信、激光及其它它光電應(yīng)用用。國際輿論認(rèn)認(rèn)為，21世紀(jì)具有有代表意義義的主導(dǎo)產(chǎn)產(chǎn)業(yè):第一是光電子產(chǎn)業(yè)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，第三是健康和福利利產(chǎn)業(yè)。光電子器件件產(chǎn)業(yè)光源器件———各種激光器器、發(fā)光光二極管、、熒光燈燈傳輸器件———光纖等光通通信器件光伏器件———各種太陽能能電池顯示器件———平板顯示器器控制器件———光開關(guān)存儲器件———光盤探測器件———紅外探測器器、CCD世界光電子子產(chǎn)業(yè)各分分項(xiàng)市場值值統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品/年1998年1999年2000年2003年市場值市場值增長率%市場值增長率%市場值增長率%光電組件121171336110.31477310.62048511.5光電顯示器165711964518.62234213.73282413.7光電輸出入265602997812.9308923.1337073.0光存儲271473165316.6345399.1407565.8光通訊321763838919.34614029.27874420.0激光及其它光電應(yīng)用7834864110.3953810.4123249.0合計(jì)12240414166915.715822411.721884011.5單位：百萬萬美元據(jù)臺灣光電電科技工業(yè)業(yè)協(xié)進(jìn)會（（PIDA）統(tǒng)計(jì)，，全球光電電市場在2001年年出現(xiàn)衰退退，2003年逐步步走出衰退退陰影，2004年年全球光電電子市場規(guī)規(guī)模達(dá)1980億美美元，較2003年年增長13％，進(jìn)一一步走向復(fù)復(fù)蘇；并在在2005年順利突突破2000億美元元。全球光光電市場會會持續(xù)以11％的成成長率膨脹脹，具體如如下圖所示示。上圖柱形從從左到右依依次為：光光電元件，，光電顯示示器，光輸輸出入，光光存儲，光光通信，光光電元件及及激光。世界光電子子產(chǎn)業(yè)在2004年全球近近2000億美元的的光電市場場里，以平平面顯示著著稱的各類類LCD、、PDP和和OLED，以及投投影機(jī)等光光電顯示器器的市場銷銷售額比例例逐年增加加，達(dá)到約約30％；；而曾經(jīng)比比例最大的的光通訊領(lǐng)領(lǐng)域則僅占占有13％％（2000年所占占比例高達(dá)達(dá)29%））；處于產(chǎn)產(chǎn)業(yè)上游的的光電組件件領(lǐng)域，其其市場銷售售額本來就就不如下游游的大，它它約占總體體的10％％。世界光電子子產(chǎn)業(yè)在光電子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的六大大領(lǐng)域中，，光電組件與光電顯示器器兩者2004年的增增長率分別別為26％％與33％％，其市場場成長持續(xù)續(xù)領(lǐng)先；光輸出入領(lǐng)領(lǐng)域里雖然然有高成長長性的數(shù)碼碼相機(jī)產(chǎn)品品，然而其其它像復(fù)印印機(jī)、傳真真機(jī)、激光光打印機(jī)和和影像掃描描儀，以及及條形碼掃掃描儀等產(chǎn)產(chǎn)品的市場場已經(jīng)趨于于成熟，所所以整體光光輸出入的的增長率僅僅約4％；；以各式光驅(qū)驅(qū)與光盤片片為主的光光儲存，2004年年市場呈現(xiàn)現(xiàn)持平，甚甚至有-2％的些微微負(fù)增長，，原因?yàn)楣夤鈨Υ娈a(chǎn)品品一直有強(qiáng)強(qiáng)大的降價(jià)價(jià)壓力，且且在產(chǎn)品世世代交替的的過渡時(shí)期期，市場量量的增長不不及價(jià)格下下跌的幅度度，致使整整體的市場場銷售額呈呈現(xiàn)微幅下下降；光通訊市場場在2000年泡沫沫化之后，，在2003年達(dá)到到谷底，2004年年雖然光通通訊產(chǎn)業(yè)仍仍處在景氣氣寒冬，但但光通訊市市場已呈現(xiàn)現(xiàn)13％的的兩位數(shù)正正增長；光學(xué)組件市市場則受到到數(shù)碼相機(jī)機(jī)和照相手手機(jī)市場的的增長而水水漲船高，，市場銷售售額也有16％的增增長。世界光電子子產(chǎn)業(yè)從光電子產(chǎn)產(chǎn)值來看，，據(jù)日本光光電子產(chǎn)業(yè)業(yè)與技術(shù)振振興協(xié)會預(yù)預(yù)測，2010年全全球光電子子產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)產(chǎn)值將達(dá)5407億億美元，比比2004年近2000億美美元的光電電子產(chǎn)業(yè)的的產(chǎn)值增長長近150％，2015年將將達(dá)9631億美元元，光電子子產(chǎn)業(yè)可能能會取代傳傳統(tǒng)電子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，成為為21世紀(jì)紀(jì)最大的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，并成為衡量量一個(gè)國家家經(jīng)濟(jì)發(fā)展展和綜合國國力的重要要標(biāo)志。世界光電子子產(chǎn)業(yè)光電子產(chǎn)品品的市場主主要在北美美和歐洲，，而光電子子產(chǎn)品的生生產(chǎn)主要在在以日本為為首的亞洲洲，日本國國內(nèi)光電子子生產(chǎn)規(guī)模模幾乎占了了世界市場場的三分之之一。最近近五年來，，韓國和中中國臺灣地地區(qū)的光電電子產(chǎn)業(yè)發(fā)發(fā)展迅猛，，光盤及光光盤機(jī)、顯顯示器和光光電掃描等等產(chǎn)品已取取代日本，，占國際首首位。2003年，，臺灣地區(qū)區(qū)LED封封裝、TFTLCD、DSC與光驅(qū)等等產(chǎn)量都居居全球前三三位，2004年光光電子產(chǎn)業(yè)業(yè)總產(chǎn)值為為314.6億美元元。我國光電子子產(chǎn)業(yè)近年年來的發(fā)展展速度也很很快，光電電子產(chǎn)業(yè)約約占全球市市場的5%，估計(jì)到到2010年，我國國將有450多億美美元的產(chǎn)值值，占世界界市場的10%左右右。綜合現(xiàn)狀世界光電子子產(chǎn)業(yè)發(fā)展展趨勢光通信向超大容量量、高速率率和全光網(wǎng)網(wǎng)方向發(fā)展展，超大容容量DWDM的全光光網(wǎng)絡(luò)將成成為主要的的發(fā)展趨勢勢；光顯示向真彩色、、高分辨率率、高清晰晰度、大屏屏幕和平面面化方向發(fā)發(fā)展；光存存儲儲將更更多多地地采采用用新新技技術(shù)術(shù)和和新新材材料料，，開開發(fā)發(fā)出出新新一一代代高高密密度度、、高高速速光光存存儲儲技技術(shù)術(shù)和和系系統(tǒng)統(tǒng)；；光輸輸出出入入產(chǎn)產(chǎn)品品向多多功功能能、、高高速速化化、、低低成成本本方方向向發(fā)發(fā)展展；；光器器件件的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢是是小小型型化化、、高高可可靠靠性性、、多多功功能能、、模模塊塊化化和和集集成成化化；；激光光技技術(shù)術(shù)向全全固固化化、、超超短短波波長長、、微微加加工工和和高高可可靠靠性性等等方方向向發(fā)發(fā)展展，，激激光光技技術(shù)術(shù)與與其其它它學(xué)學(xué)科科的的融融合合以以及及應(yīng)應(yīng)用用領(lǐng)領(lǐng)域域范范圍圍不不斷斷擴(kuò)擴(kuò)大大；；光子子計(jì)計(jì)算算與與光光信信息息處處理理產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)、、全全光光電電子子通通信信產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)、、光光子子集集成成器器件件產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)、、聚聚合合物物光光纖纖光光纜纜產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)、、聚聚合合物物光光電電器器件件產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)和和光光子子傳傳感感器器產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)等等，，將將成成為為未未來來光光電電子子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)發(fā)發(fā)展展的的重重要要組組成成。。科學(xué)學(xué)界界預(yù)預(yù)測測，，到到2010年年，，以以光光電電子子信信息息技技術(shù)術(shù)為為主主導(dǎo)導(dǎo)的的信信息息產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)將將形形成成5萬萬億億美美元元的的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)規(guī)規(guī)模模；；2010年年至至2015年年，，光光電電子子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)可可能能會會取取代代傳傳統(tǒng)統(tǒng)電電子子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)，，成成為為21世世紀(jì)紀(jì)最最大大的的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)，，并并成成為為衡衡量量一一個(gè)個(gè)國國家家經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)發(fā)發(fā)展展和和綜綜合合國國力力的的重重要要標(biāo)標(biāo)志志。。世界界光光電電子子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢各國國動動態(tài)態(tài)面對對光光電電子子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)迅迅猛猛的的發(fā)發(fā)展展局局勢勢和和廣廣闊闊的的發(fā)發(fā)展展前前景景，，各各國國正正加加速速光光電電子子產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)的的發(fā)發(fā)展展，，美美國國、、德德國國、、日日本本、、英英國國、、法法國國等等競競相相將將光光電電子子技技術(shù)術(shù)引引入入國國家家發(fā)發(fā)展展計(jì)計(jì)劃劃，，形形成成了了全全方方位位的的競競爭爭格格局局。。美國國將光光電電子子確確定定為為國國家家重重點(diǎn)點(diǎn)發(fā)發(fā)展展技技術(shù)術(shù)，，建建立立了了若若干干個(gè)個(gè)光光子子學(xué)學(xué)技技術(shù)術(shù)中中心心，，以以及及位位于于亞亞利利桑桑那那大大學(xué)學(xué)的的““美美國國光光谷谷””；；法國國國家家科科研研中中心心、、法法國國電電信信公公司司和和阿阿爾爾卡卡特特公公司司在在巴巴黎黎南南部部聯(lián)聯(lián)合合建建立立了了國國家家級級光光電電子子技技術(shù)術(shù)基基地地，，成成為為法法國國光光電電子子技技術(shù)術(shù)領(lǐng)領(lǐng)域域具具有有國國際際先先進(jìn)進(jìn)水水平平的的研研究究與與開開發(fā)發(fā)中中心心；；德國國確定定光光電電子子是是21世世紀(jì)紀(jì)初初保保持持德德國國在在國國際際市市場場上上的的先先進(jìn)進(jìn)地地位位至至關(guān)關(guān)重重要要的的九九大大關(guān)關(guān)鍵鍵技技術(shù)術(shù)之之一一；；英國實(shí)施阿維爾計(jì)計(jì)劃，意圖搶搶占光電子信信息制高點(diǎn)；；日本通產(chǎn)省聯(lián)合十十多家大公司司組建了光子子技術(shù)研究所所；澳大利亞成立了光子聯(lián)聯(lián)合研究中心心，重點(diǎn)開拓拓信息技術(shù)和和新產(chǎn)品；我國在武漢、長春春、上海等建建立“中國光光谷”。各國動態(tài)有機(jī)光電－光光電器件的未未來在光電產(chǎn)業(yè)中中，特別值得得一提和引起起注意的是有有機(jī)光電材料料及其器件產(chǎn)產(chǎn)品的發(fā)展和和應(yīng)用。近近年來，，有機(jī)及有機(jī)機(jī)/無機(jī)復(fù)合合光電材料與與器件研究和和應(yīng)用取得了了重大進(jìn)步和和發(fā)展，引起起了國際光電電學(xué)術(shù)界、產(chǎn)產(chǎn)業(yè)界的高度度重視。有機(jī)機(jī)材料以其快快速、高密度度、廉價(jià)等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)成為正在在崛起的新一一代光電信息息材料。以有有機(jī)材料為基基礎(chǔ)的光電器器件，如有機(jī)機(jī)電致發(fā)光顯顯示器(OLED)、塑塑料光纖、、有機(jī)薄膜激激光器、聚合合物基全息光光存儲器、有有機(jī)波導(dǎo)器件件、有機(jī)晶體體管與場效應(yīng)應(yīng)管、有機(jī)光光開關(guān)等的開開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化化將推動光電電產(chǎn)業(yè)到達(dá)一一個(gè)新的高度度。有專家甚至預(yù)預(yù)言"光電產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的未來屬屬于有機(jī)光電電"。世界新能源市市場在各國政府的的扶持下，世世界太陽能電電池產(chǎn)量快速速增長，1995-2005年間，，全球太陽能能電池產(chǎn)量增增長了17倍倍。我們預(yù)計(jì)計(jì)，2010年全球太陽陽能電池的年年產(chǎn)量有望較較2005年年的年產(chǎn)量增增長6.3倍倍，整個(gè)行業(yè)業(yè)的銷售收入入有望增長3.5倍。2005年，，全球太陽能能電池年產(chǎn)量量達(dá)到了1650兆瓦，，累計(jì)裝機(jī)發(fā)發(fā)電容量超過過5GW，其其中，日本太太陽能電池產(chǎn)產(chǎn)量達(dá)到762兆瓦，增增長率為27%；歐洲產(chǎn)產(chǎn)量增加48%，達(dá)到了了464兆瓦瓦；美國增加加12%，達(dá)達(dá)到了156兆瓦；世界界其他地區(qū)增增加96%，，達(dá)到了274兆瓦。我們預(yù)計(jì)，2010年全全球太陽能電電池的年產(chǎn)量量有望達(dá)到10400兆兆瓦，較2005年的年年產(chǎn)量增長6.3倍；整整個(gè)行業(yè)的銷銷售收入有望望在2005-2010年間，從130億美元元提高至450億美元，，在未來5年年內(nèi)增長3.5倍。同時(shí)時(shí)，受益于規(guī)規(guī)模經(jīng)濟(jì)、生生產(chǎn)效率和工工藝水平的提提高，整個(gè)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈的成本本都有望下降降，行業(yè)利潤潤率有望保持持在較高水平平上。世界新能源市市場2013年光光電器件市場場將達(dá)310億美元全球光電市場場正強(qiáng)勁增長長，越來越多多的應(yīng)用設(shè)計(jì)計(jì)正在使用這這些光致發(fā)光光和光電檢測測產(chǎn)品，從而而導(dǎo)致目前全全球市場為170億美元元的光電器件件，具有在2013年達(dá)達(dá)到310億億美元的發(fā)展展?jié)摿?。我們們比較熟悉光光電器件市場場為：DVD系統(tǒng)和數(shù)碼碼相機(jī)。但除除這些熱點(diǎn)應(yīng)應(yīng)用外，還有有一些并不““顯山露水””的應(yīng)用，如如汽車、醫(yī)療療器械和照明明等。據(jù)DataBeans預(yù)預(yù)測，世界光光電器件市場場將在2008年增長到到174億美美元，而2007年為159億美元元。這代表了了9.3%的的增長率，但但DataBeans卻卻預(yù)測2008年~2013年的復(fù)復(fù)合年增長率率為12%，，屆時(shí)光電器器件市場將為為312億美美元。在汽車市場，，LED（發(fā)發(fā)光二極管））正廣泛用于于車內(nèi)照明，，并隨著科技技進(jìn)步，車外外照明也正成成為主流。主主要用于手機(jī)機(jī)和數(shù)碼相機(jī)機(jī)的圖像傳感感器也紛紛進(jìn)進(jìn)入交通工具具中，為其增增加安全功能能，如車道偏偏離警告和后后視鏡盲點(diǎn)援援助等。世界新能源市市場在快速成長的的工業(yè)市場之之一——醫(yī)療療電子領(lǐng)域，，光電器件正正用于腫瘤學(xué)學(xué)、內(nèi)視鏡檢檢查及影像。。隨著美容外外科和皮膚科科使用的醫(yī)療療激光器的快快速發(fā)展，光光電器件也成成為其中關(guān)鍵鍵部件。LED燈具將將在多領(lǐng)域增增長。隨著對對LED背光光燈需求的持持續(xù)增長，LED正在越越來越多地取取代傳統(tǒng)光源源，同時(shí)制造造商也在不斷斷提高白光LED的性能能。Databeans預(yù)測測全球光電器器件在照明和和其他消費(fèi)應(yīng)應(yīng)用的收入將將在未來五年年以復(fù)合年增增長率12%增長，這樣樣的表現(xiàn)是基基于醫(yī)療電子子13%的增增長率和汽車車12%的增增長率。隨著著圖像傳感器器在手機(jī)應(yīng)用用需求的增長長，通訊產(chǎn)業(yè)業(yè)將繼續(xù)推動動整體增長。。世界新能源市市場中國新能源市市場在中國的新能能源市場，至至少還有一個(gè)個(gè)價(jià)值幾千億億元的“處女女地”。據(jù)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，在包括括太陽能、風(fēng)風(fēng)能以及能效效節(jié)能的可持持續(xù)能源投資資中，還有一一個(gè)巨大的市市場有待開發(fā)發(fā)——能效和和節(jié)能。2007年全球球的可持續(xù)能能源投資中，，能效只占到到了總投資額額的3.7%。毋庸置疑，中中國將是這個(gè)個(gè)市場最大的的客戶。根據(jù)據(jù)中國政府的的計(jì)劃，到2010年單單位GDP能能耗要比2005年時(shí)下下降20%。。雖然2006、2007年能耗都都在下降，但但還未達(dá)到預(yù)預(yù)期目標(biāo)。過去的兩年內(nèi)內(nèi)，中國政府府動用各種手手段，包括已已經(jīng)開展的““千家企業(yè)節(jié)節(jié)能行動”，，試圖讓這輛輛曾被煤炭、、高耗能企業(yè)業(yè)拉動的經(jīng)濟(jì)濟(jì)馬車轉(zhuǎn)向。。世界自然研研究所氣候和和能源項(xiàng)目主主管RobBradley還記得得他接觸的中中國水泥企業(yè)業(yè)的焦慮：如如果不進(jìn)行技技術(shù)改造，明明年就被政府府關(guān)閉了。今年7月底，，國家發(fā)改委委將各省的節(jié)節(jié)能減排劃分分為“超額完完成、完成、、基本完成和和沒完成”四四類。這在一一定程度上增增加了各省的的減排壓力。。中國在能效方方面有最大的的投資潛力。。中國政府在在“十一五””期間將啟動動十大重點(diǎn)節(jié)節(jié)能工程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)節(jié)約2.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤煤，這些工程程包括燃煤工工業(yè)鍋爐（窯窯爐）改造、、區(qū)域熱電聯(lián)聯(lián)產(chǎn)、建筑節(jié)節(jié)能等，改造造資金由企業(yè)業(yè)自籌、金融融機(jī)構(gòu)貸款和和社會資金投投入。在分析家們看看來，中國政政府的這種迫迫切心態(tài)將使使外資在能效效和節(jié)能投資資方面獲得更更大的增長空空間。據(jù)估算算，已經(jīng)列出出的這些節(jié)能能工程所需的的融資大致在在2000億億到3000億元。中國新能源市市場光電子學(xué)基本本知識n1n2n1<n2θ1θ2θ3入射折射反射視覺位置實(shí)際位置空氣水光的基本知識識n1n2n1>n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2airglass折射就是光由由一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，出現(xiàn)偏折的的情況●光的折射光的基本知識識Air空氣Glass玻璃Normal法線incidentray入射光線angleofrefraction折射角angleofincidence入射角refractedray折射光線光的基本知識識Theratioofthesinitosintisconstant常數(shù)–ThisiscalledSnell’slaw斯涅耳耳定律律.sinisint

=n2n1●光的的折射射－Snell’slaw光的基基本知知識1.入入射波波電場場只有有s分分量的的情形形12HipEtsHtpEisErsHrpKiKrKtθiθrθt···●光的的折射射－菲涅耳耳方程程式（Fresnel’’sEquation）光的基基本知知識2.入入射波波電場場只有有P分分量波波的情情形Kt·12EipHisErpEtpHrsHtsKiK?iθiθrθt光的基基本知知識利用折折射定定律，，這四四個(gè)關(guān)關(guān)系式式可以以改寫寫成不不顯含含折射射率的的形式式：此即為為Fresnel’’sEquation（菲菲涅耳耳公式式）光的基基本知知識當(dāng)EM的頻頻率在在光頻頻范圍圍內(nèi)時(shí)時(shí)，r則是由由于電電子極極化，，因?yàn)闉殡x子子極化化太慢慢，不不能響響應(yīng)電電場。。但在在紅外外或低低頻率率，r也有部部分來來自離離子極極化。。在真空空中，，r=1，，因此此真空光光速和和介質(zhì)質(zhì)光速速的比比值，，稱為為介質(zhì)質(zhì)的折折射率率n：●折射射率光的基基本知知識在自由由空間間（真真空））中，，若波波失為為k，，波長長為，則則在介介質(zhì)中中有：：無論在在自由由空間間還是是在介介質(zhì)中中，一一個(gè)電電磁波波的頻頻率不不會發(fā)發(fā)生變變化。。在象玻玻璃、、液體體等各各向同同性的的介質(zhì)質(zhì)中，，折射射率相相同。。在晶體體中，，因?yàn)闉榫w體各向向異性性，因因此折折射率率沿晶晶體各各方向向不同同。光的基基本知知識●折射射率光的基基本知知識通過透透明媒媒質(zhì)時(shí)時(shí)，光光速同同真空空中光光速不不同。。在透透射過過程中中，光光只是是引起起了微微粒的的價(jià)電電子相相對于于原子子核的的振動動，引引起微微粒的的周期期性極極化。。極化化所需需要的的能量量（光光）只只是瞬瞬時(shí)（（10-14-10-10s）地地被微微粒保保留，，當(dāng)物物質(zhì)回回到原原來的的狀態(tài)態(tài)時(shí)，，又毫毫無保保留的的將能能量發(fā)發(fā)射出出來。?！窆獾牡耐干渖涔獾幕局R?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.Fractionsoftheoriginalbeamthatarereflected,absorbed,andtransmitted.●光的的透射射光的基基本知知識在介質(zhì)質(zhì)r中以速速度ＶＶ傳播播的光光波的的強(qiáng)度度定義義為電電場振振幅ＥＥ０：這里的的光強(qiáng)強(qiáng)是指指單位位體積積內(nèi)的的場的的強(qiáng)度度．●反射射系數(shù)數(shù)Ｒ和和透射射系數(shù)數(shù)Ｔ光的基基本知知識●反射射系數(shù)數(shù)Ｒ和和透射射系數(shù)數(shù)Ｔ光的基基本知知識光與物物質(zhì)相相互作作用的的機(jī)理理當(dāng)光照照射物物質(zhì)時(shí)時(shí)，光光波電電磁場場將對對物質(zhì)質(zhì)中的的電子子產(chǎn)生生作用用，在在外電電場的的作用用下，，介質(zhì)質(zhì)原子子成為為電偶偶極子子。電電偶極極子將將隨光光波的的電磁磁場的的變化化產(chǎn)生生振蕩蕩。++－原子的的電極極化：：負(fù)電電荷中中心與與正電電荷中中心產(chǎn)產(chǎn)生偏偏離的的狀態(tài)態(tài)。光的基基本知知識若物質(zhì)質(zhì)中的的電子子在外外場作作用下下產(chǎn)生生位移移r，則則每個(gè)個(gè)電子子產(chǎn)生生一個(gè)個(gè)電偶偶極矩矩p。若光波波隨時(shí)時(shí)間作作正弦弦變化化，即即它的的電場場強(qiáng)度度沿兩兩個(gè)相相反方方向交交替變變化，，電偶偶極子子的負(fù)負(fù)電荷荷中心心將繞繞正電電荷中中心作作周期期性振振蕩。。表征征電偶偶極子子的物物理量量是電電偶極極矩。。若單位位體積積中有有N個(gè)個(gè)電電偶極極子，，N個(gè)個(gè)偶偶極矩矩的矢矢量和和為極極化強(qiáng)強(qiáng)度P。光的基基本知知識線性光光學(xué)：電偶偶極矩矩與外外界電電磁場場成線線性關(guān)關(guān)系。。當(dāng)光與與物質(zhì)質(zhì)相互互作用用時(shí)，，光場場中的的電場場強(qiáng)度度使介介質(zhì)原原子因因感應(yīng)應(yīng)而產(chǎn)產(chǎn)生電電偶極極矩，，電偶偶極矩矩疊加加起來來形成成電極極化強(qiáng)強(qiáng)度。。電極極化強(qiáng)強(qiáng)度產(chǎn)產(chǎn)生極極化場場，極極化場場發(fā)出出次級級輻射射。若E以ω作作簡諧諧變化化，P及其產(chǎn)產(chǎn)生的的次級級電磁磁輻射射也以以同樣樣的ωω作簡簡諧變變化，，因兩兩頻率率相同同，次次級輻輻射與與入射射光波波疊加加的結(jié)結(jié)果使使光波波的單單色性性不變變。光的基基本知知識當(dāng)有幾幾種不不同頻頻率的的光波波同時(shí)時(shí)與該該物質(zhì)質(zhì)相互互作用用時(shí)，，各種種頻率率的光光都線線性獨(dú)獨(dú)立地地反射射、折折射和和散射射，不不會發(fā)發(fā)生新新的頻頻率。。在線性性光學(xué)學(xué)中，，物質(zhì)質(zhì)對光光場的的響應(yīng)應(yīng)與光光的場場強(qiáng)成成線性性關(guān)系系。光的獨(dú)獨(dú)立性性原理理和疊疊加原原理都都成立立。非線性性光學(xué)學(xué)：外外界作作用的的光場場較強(qiáng)強(qiáng)，電電偶極極子的的振蕩蕩不再再具有有位移移與外外電場場成線線性的的關(guān)系系，產(chǎn)產(chǎn)生的的電磁磁振蕩蕩是非非線性性的。。光的基基本知知識光的吸吸收光通過過物質(zhì)質(zhì)時(shí)，，光波波的電電矢量量使物物質(zhì)中中的帶帶電粒粒子作作受迫迫振動動，一一部分分光能能用來來提供供振動動所需需能量量。光光的強(qiáng)強(qiáng)度隨隨穿入入物質(zhì)質(zhì)的深深度而而減少少，光光能被被物質(zhì)質(zhì)吸收收后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉闊崮苣?。光?qiáng)為為I的平行行光束束通過過一無無限薄薄層dx時(shí)，強(qiáng)強(qiáng)度減減少了了dI，a為吸收收系數(shù)數(shù)。對上式式進(jìn)行行積分分，可可求出出在通通過厚厚度為為l的吸收收層后后的光光強(qiáng)I。光的基基本知知識在介質(zhì)質(zhì)中，，當(dāng)光光的頻頻率與與電偶偶極子子的固固有頻頻率一一致時(shí)時(shí)，發(fā)發(fā)生共共振現(xiàn)現(xiàn)象，，因而而光能能被強(qiáng)強(qiáng)烈地地吸收收，在在其他他情況況下表表現(xiàn)為為透明明。一般般吸吸收收（（a很大大））選擇擇吸吸收收（（a很小?。┙橘|(zhì)質(zhì)對對光光的的吸吸收收：：{吸收收光光譜譜能能反反映映材材料料特特征征。。同同一一物物質(zhì)質(zhì)的的發(fā)發(fā)射射光光譜譜與與吸吸收收光光譜譜有有嚴(yán)嚴(yán)格格的的對對應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系。。具有有連連續(xù)續(xù)譜譜的的光光（（白白光光））通通過過選選擇擇吸吸收收介介質(zhì)質(zhì)后后，，用用光光譜譜儀儀可可觀觀察察不不同同波波長長的的光光被被吸吸收收的的譜譜線線。。光的的基基本本知知識識任何何一一種種物物質(zhì)質(zhì)對對光光波波都都會會或或多多或或少少地地吸吸收收。。光在在介介質(zhì)質(zhì)內(nèi)內(nèi)傳傳播播時(shí)時(shí)，，介介質(zhì)質(zhì)中中的的束束縛縛電電子子在在光光波波電電場場的的作作用用下下作作受受迫迫震震動動，，因因此此光光波波要要消消耗耗能能量量來來激激發(fā)發(fā)電電子子的的振振動動，，這這些些能能量量一一部部分分又又以以次次波波的的形形式式與與入入射射波波疊疊加加成成折折射射光光波波而而射射出出介介質(zhì)質(zhì)。。此外外，，由由于于與與周周圍圍原原子子和和分分子子的的相相互互作作用用，，束束縛縛電電子子受受迫迫振振動動的的一一部部分分能能量量將將變變?yōu)闉槠淦渌涡问绞降牡哪苣芰苛浚?，例例如如分分子子熱熱運(yùn)運(yùn)動動的的能能量量，，這這部部分分能能量量的的損損耗耗就就是是我我們們所所指指的的介介質(zhì)質(zhì)對對光光波波的的吸吸收收。。光的的基基本本知知識識正常常色色散散：：在在透透明明波波段段（（一一般般吸吸收收）），，折折射射率率隨隨波波長長增增加加而而減減少少。。反常常色色散散：：在在不不透透明明波波段段（（選選擇擇吸吸收收）），，折折射射率率隨隨波波長長增增加加而而增增加加。。光的的色色散散介質(zhì)質(zhì)材材料料的的折折射射率率隨隨波波長長而而改改變變的的現(xiàn)現(xiàn)象象。。（1）色散與吸吸收正常色散的的經(jīng)驗(yàn)公式式（柯西公公式）：光的基本知知識可見光吸收帶λnPQR柯西公式STO在可見光區(qū)區(qū)域色散是是正常的，，曲線PQ段符合柯西西公式，若若向紅外區(qū)區(qū)域延伸，，并接近吸吸收帶時(shí)，，色散曲線線發(fā)生偏離離（R點(diǎn)），過了了吸收帶，，曲線ST又恢復(fù)正常常。光的基本知知識（2）色散與經(jīng)經(jīng)典電磁理理論光波在介質(zhì)質(zhì)中的吸收收和色散行行為，可用用光場使電電偶極子產(chǎn)產(chǎn)生振蕩的的理論來描描述。介質(zhì)材料的的電極化率率x決定了折射射率N的實(shí)部n和虛部κ，從而研究介介質(zhì)的吸收收（κ）和色散（（n）的問題。。入射光頻率率接近電偶偶極子的固固有頻率時(shí)時(shí)吸收很大大，為反常常色散。光的基本知知識光的散射當(dāng)光束通過過光學(xué)性質(zhì)質(zhì)不均勻介介質(zhì)時(shí)，除除了按幾何何光學(xué)規(guī)律律傳播的光光線外，其其它方向或或多或少也也有光線存存在。介質(zhì)中各點(diǎn)點(diǎn)所發(fā)射的的次波是不不相干疊加加，不會相相消為零，，從而形成成了散射光光。（1）瑞利散射射散射粒子線線度比波長長小得多，，散射光強(qiáng)強(qiáng)度與入射射光波長的的四次方成成反比。散散射光中短短波占優(yōu)勢勢，白光散散射時(shí)帶青青藍(lán)色。光的基本知知識（2）拉曼散射射在研究晶體體和液體內(nèi)內(nèi)的散射時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)一一些微弱的的與入射光光頻率不同同的散射光光。入射光中的的一部分能能量被介質(zhì)質(zhì)吸收，用用來激勵(lì)介介質(zhì)中分子子的振動或或轉(zhuǎn)動的能能量，從而而使散射光光的頻率比比入射光的的低。若散射光的的頻率比入入射光的高高為反斯托托克斯-拉拉曼散射。。這種非彈彈性散射的的可能性比比彈性散射射小得多。。入射與散散射光的頻頻率差反映映介質(zhì)能級級的能量差差。光的基本知知識彈性散射hγ0hγ0γ0hγ0hγ0γ0h（γ0－△γ）h（γ0

＋△γ）γ0－△γγ0

＋△γ非彈性散射射受激散射：：當(dāng)以強(qiáng)光光入射時(shí)，，可使某些些介質(zhì)的散散射過程具具有受激發(fā)發(fā)射的性質(zhì)質(zhì)，散射光光突然變強(qiáng)強(qiáng)。光的基本知知識（3）布里淵散散射光通過由熱熱激發(fā)產(chǎn)生生聲波的介介質(zhì)時(shí)，散散射光中除除包含入射射光頻外，，其兩側(cè)還還有頻移線線（布里淵淵雙重線））。晶體中的聲聲波參與了了能量的交交換，可用用被相對運(yùn)運(yùn)動物體產(chǎn)產(chǎn)生頻移的的多普勒頻頻移理論解解釋。生物組織是是高散射物物質(zhì)，用光光學(xué)方法顯顯現(xiàn)介質(zhì)內(nèi)內(nèi)部的物體體是生物醫(yī)醫(yī)學(xué)的熱門門課題。蛇形光層析析、時(shí)間門門成像術(shù)、、電子全息息術(shù)光的基本知知識光學(xué)中的非非線性現(xiàn)象象被動介質(zhì)在與強(qiáng)光與與被動介質(zhì)質(zhì)相互作用用時(shí)，它的的性質(zhì)如同同化學(xué)反應(yīng)應(yīng)中的催化化劑，它本本身的固有有頻率并不不明顯起作作用。如光光整流、光光學(xué)諧波、、光混頻和和光自聚焦焦等。激活介質(zhì)在與強(qiáng)光與與被動介質(zhì)質(zhì)相互作用用時(shí)，它能能以自己的的固有頻率率去影響與與它相互作作用的光波波，這類相相互作用是是一些受激激散射過程程如受激拉拉曼散射、、受激布里里淵散射等等。光的基本知知識激光具有能能顯示介質(zhì)質(zhì)非線性所所需的高強(qiáng)強(qiáng)度輻射場場。（1）激光倍頻頻技術(shù)當(dāng)入射到介介質(zhì)中的光光波E=E0cosωt很強(qiáng)時(shí)，強(qiáng)強(qiáng)光將在晶晶體中感生生電極化強(qiáng)強(qiáng)度P光的基本知知識電極化強(qiáng)度度中除有頻頻率為零的的直流成分分外，還有有頻率為ω的基頻成分分以及頻率率為2ω的倍頻成分分（二次諧諧波信號））。2ωω2ωω非線性晶體濾光片光電倍增管激光θ匹配角θ：：入射激光光和非線性性晶體光軸軸之間的夾夾角光的基本知知識基頻激光在在非線性晶晶體中產(chǎn)生生倍頻極化化波，倍頻頻極化波在在一定厚度度的晶體中中一邊前進(jìn)進(jìn)，一邊產(chǎn)產(chǎn)生倍頻次次波輻射。。倍頻次波波輻射與倍倍頻極化波波相位相差差π/2，它們疊加的的結(jié)果形成成最后出射射的倍頻光光。當(dāng)θ滿足相相位匹配時(shí)時(shí)，許多倍倍頻次波輻輻射就因干干涉相長而而得到最強(qiáng)強(qiáng)的倍頻光光，反之，，不滿足相相位匹配時(shí)時(shí)，倍頻次次波輻射就就因干涉相相消而使倍倍頻光為零零。相位匹配光的基本知知識兩個(gè)頻率為為ω的光子與某某些物質(zhì)相相互作用，，可產(chǎn)生一一個(gè)頻率為為2ω的光子。二次諧波（2）光混頻現(xiàn)現(xiàn)象當(dāng)一束強(qiáng)光光和一束弱弱光同時(shí)進(jìn)進(jìn)入非線性性介質(zhì)時(shí)，，可形成三三波混頻效效應(yīng)，產(chǎn)生生和頻與差差頻。當(dāng)入射光波波為兩種不不同頻率的的光E=E01cosωt+E02cosωt時(shí)，電極化化強(qiáng)度P的二次項(xiàng)為為光的基本知知識上式各項(xiàng)中中，除了有有零頻項(xiàng)（（直流項(xiàng)））和倍頻項(xiàng)項(xiàng)外，還有有和頻項(xiàng)以以及差頻項(xiàng)項(xiàng)。這些極極化波再輻輻射，產(chǎn)生生相應(yīng)的零零頻光、倍倍頻光和頻頻光、差頻頻光。四波混頻將將調(diào)諧相干干光源的頻頻率擴(kuò)展到到紅外和紫紫外，可獲獲得入射光光波之共軛軛光波。光的基本知知識（3）光學(xué)學(xué)雙穩(wěn)態(tài)光學(xué)雙穩(wěn)是是指一個(gè)輸輸入光強(qiáng)存存在著兩個(gè)個(gè)可以相互互轉(zhuǎn)換的穩(wěn)穩(wěn)定輸出光光強(qiáng)狀態(tài)，，其輸入輸輸出光強(qiáng)關(guān)關(guān)系類似磁磁滯回線。。IiI0CDBAOIiI0OB與C點(diǎn)是同一輸輸入光強(qiáng)下下兩個(gè)不同同的輸出光光強(qiáng)狀態(tài)。。光的基本知知識雙穩(wěn)態(tài)是一一種反轉(zhuǎn)觸觸發(fā)器件。。光學(xué)雙穩(wěn)穩(wěn)態(tài)用光脈脈沖作為觸觸發(fā)源以啟啟動并選擇擇兩種光強(qiáng)強(qiáng)狀態(tài)。IiI0T（I0

）在F-P干涉儀的兩兩反射平面面的中間放放入非線性性介質(zhì)，并并使F-P干涉儀中的的一部分輸輸出光波反反饋到非線線性介質(zhì)上上，以改變變其折射率率從而改變變相位和所所輸出的單單色光波的的光強(qiáng)。光的基本知知識光數(shù)字計(jì)算算機(jī)的核心心元件是光光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)態(tài)器件，如如光放大器器、光開關(guān)關(guān)。光的基本知知識(3)半導(dǎo)導(dǎo)體的光電電效應(yīng)半導(dǎo)體的光光電性質(zhì)(1)光和和物質(zhì)的相相互作用(2)半導(dǎo)導(dǎo)體的光吸吸收(1)光和和物質(zhì)的相相互作用量子是一種種具有一定定能量、動動量的粒子子。如電子子就是一種種量子。量量子具有波波動性質(zhì)，，即能產(chǎn)生生衍射和干干涉的現(xiàn)象象。E＝hv＝＝?ωV頻率，w角頻率，，E量子子能量，p=h/λλ=?κκp動量,λ波長,h=2π?為為普朗克常常數(shù),h＝6.626X10-34[J?s]，κ＝＝2ππ/λλ為波數(shù)，，方向?yàn)椴úㄇ斑M(jìn)方向向、絕對值值為κ的矢矢量稱為波波矢量。波長為λ的的光就是能能量為hv、動量量為?κ的光光量子（光光子）的集集合體。光子vλ＝C0強(qiáng)光即光子子多，弱光光即光子少少。量子遵循測測不準(zhǔn)原理理。量子的位置置和動量不不能同時(shí)準(zhǔn)準(zhǔn)確測定。。量子的能量量和時(shí)間不不能同時(shí)準(zhǔn)準(zhǔn)確測定。。光吸收與發(fā)發(fā)射物質(zhì)吸收光光或者發(fā)射射光，主要要是由物質(zhì)質(zhì)中的電子參與的。兩個(gè)能級E1和E2（E1?E2），假設(shè)有有一個(gè)電子子處于這兩兩個(gè)能級中中的任意一一個(gè)能級上上，當(dāng)光照照射時(shí)電子子從E1躍遷到E2。電子的能能量增加E2－E1，由能量守恒恒定律，光光能減少了了E2－E1。光被物質(zhì)吸吸收，光子子的能量是是hv，hv＝E2－E1這種由于特特定能級之之間的電子子躍遷而引引起的、又又能滿足能能量守恒定定律的光子子被吸收的的現(xiàn)象稱為為共振吸收。共振吸收的的大小與入入射光強(qiáng)度度成正比。。(1)光和和物質(zhì)的相相互作用在光照射情情況下，由由光使最初初處于E2能級的電子子躍遷到E1能級時(shí)，根根據(jù)能量守守恒定律，，將產(chǎn)生一一個(gè)能量為為hv=E2-E1的光子，使使光能增加加。如果產(chǎn)產(chǎn)生的光子子數(shù)與入射射光的強(qiáng)度度成比例，，就稱為受激發(fā)射（圖）。在沒有光照照射的情況況下，處于于E2能級的電子子也能躍遷遷到E1，此時(shí)產(chǎn)生生的能量為為hv=E2-E1的光子，這這種現(xiàn)象稱稱為光的自發(fā)輻射。如果設(shè)法法將電子處處于E2能級，此時(shí)時(shí)因自發(fā)輻輻射放出光光子，故電電子躍遷到到E1能級，這時(shí)時(shí)發(fā)出的光光通常稱為為熒光（luminescence)。光和物質(zhì)的的相互作用用通過電偶極極子的相互互作用，電電子在E1和E2能級之間躍躍遷時(shí)，吸吸收或者發(fā)發(fā)射光，這這種躍遷稱稱為允許躍遷。另一方面面，有些E1能級和E2能級的電子子狀態(tài)的組組合并不能能產(chǎn)生上述述的電子躍躍遷。例如如原子的軌軌道角動量量相等的電電子能級之之間，就不不可能通過過電偶極子子的相互作作用吸收或或發(fā)射光子子產(chǎn)生電子子躍遷，將將此稱為禁止躍遷。(1)光和和物質(zhì)的相相互作用自發(fā)輻射受受激輻射射和吸收設(shè)N1、、N2——單單位體積中中處于E1、E2能級的的原子數(shù)。。單位體積中中單位時(shí)間間內(nèi)，從從E2E1自發(fā)輻輻射的原原子數(shù)：E2E1N2N1h①自發(fā)輻射射(spontaneousradiation)(1)光和和物質(zhì)的相相互作用寫成等式Ａ21自發(fā)輻射系系數(shù)，單個(gè)個(gè)原子在單單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生生自發(fā)輻射射過程的概