《光電子技術(shù)基礎》(第二版)Chap1

光電子技術(shù)Photoelectronics

Technique2023/2/31選用教材：《光電子技術(shù)基礎》朱京平編著，2009，科學出版社主要參考書目:《現(xiàn)代通信光電子學(第五版)》亞里夫著，陳鶴鳴譯，2004.9，電子工業(yè)出版社；《光電子技術(shù)》安毓英等主編，電子工業(yè)出版《光電子技術(shù)》梅遂生主編，2008.7，國防工業(yè)出版社；《光電技術(shù)》王慶有主編，2009.3，電子工業(yè)出版社；《激光原理技術(shù)及應用》閻吉祥等編，2006.8，北京理工大學出版社。參考教材2023/2/32課程考核要求平時成績20%期末考試80%=總評100%

本課程考試為閉卷筆試。2023/2/33國務院學位委員會、教育部：學科專業(yè)簡介物理電子學主要研究:光子學、光電子學、導波光學、光纖通信與光信息處理技術(shù)、微波電子學和相對論電子學、薄膜與表面技術(shù)、真空科學與技術(shù),以及信息顯示技術(shù)等電路與系統(tǒng)微電子學及固體電子學電磁場理論與微波技術(shù)主要研究:電磁波(包括光波)的產(chǎn)生、傳輸、與媒質(zhì)的相互作用以及檢測理論和方法,電磁輻射散射的理論與技術(shù),無線電理論和技術(shù),微波電路和光路系統(tǒng)的理論、分析、仿真、設計及應用,以及環(huán)境電磁學和計算電磁學等電子科學與技術(shù)分為四個二級學科：2023/2/34課程目的與任務

光電子技術(shù)是“光子技術(shù)”與“電子技術(shù)”相結(jié)合的產(chǎn)物，是繼微電子技術(shù)后興起的一門高新技術(shù)，目前已成為信息科學的重要支柱。2023/2/35光電子技術(shù)：是電子技術(shù)與光子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新興的綜合性的交叉學科，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關技術(shù)。光子技術(shù):研究光子的特性與行為及其與物質(zhì)的相互作用以及光子在自由空間或物質(zhì)中的運動和控制。電子技術(shù)：包括真空電子技術(shù)、氣體電子技術(shù)、固體電子技術(shù)等，主要研究電子的特性與行為及其在真空或物質(zhì)中的運動與控制。2023/2/36

本課程著重講解光電子技術(shù)的基本概念與基本知識，主要包括激光產(chǎn)生的物理基礎、激光的特性、典型激光器件和激光基本技術(shù)、光波導技術(shù)與光纖通信等基本應用。目的是進一步加深學生專業(yè)基礎知識的掌握和擴大學生的知識面。2023/2/37教學基本要求

1、光的本性（主要包括光是一種橫波，光的偏振特性和相干特性，光子簡并度等概念與公式描述）；

2、激光產(chǎn)生的基本原理（主要包括激光器的基本結(jié)構(gòu)、激光產(chǎn)生的基本條件、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)過程、光學諧振腔、激光的特性）；

3、典型激光器（主要包括激光器的分類、各類激光器的特點）

4、激光基本技術(shù)（光調(diào)制技術(shù)、晶體的電光效應、晶體的聲光效應、調(diào)Q技術(shù)、鎖模技術(shù)、穩(wěn)頻技術(shù)）；

5、光纖和光纜（光纖的結(jié)構(gòu)和分類、光纖的傳光原理、光纖的傳輸特性）

6、光纖通信（光纖通信的中繼傳輸、數(shù)字光纖通信、光源與光纖的耦合）2023/2/38緒論光子技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的光電子技術(shù):主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關技術(shù)。2023/2/39

光學與電學表面看起來是兩個獨立的學科，實際上存在著非常密切的內(nèi)在聯(lián)系。光與電打交道的第一個回合是1860年前后麥克斯韋提出的光的電磁波動理論，第二個回合是1905年愛因斯坦用量子論解釋光電效應，第三個回合是1960年激光的發(fā)明。電子學在20世紀作出了巨大的貢獻，但由于電子自身的帶電屬性，使其進一步發(fā)展在速度和容量上都受到限制，而光子為中性，具有巨大的優(yōu)越性。2023/2/310光電技術(shù)的特征：光源激光化、傳輸波導化、手段電子化、電子學中的理論模式和處理方法光學化光電技術(shù)與微電子技術(shù)共同構(gòu)成了信息技術(shù)的兩大重要支柱。2023/2/311光電子技術(shù)發(fā)展史年代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現(xiàn)、半導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)相關應用為光與物質(zhì)相互作用的研究提供了一個極其有效的工具導致以光纖通信、光纖傳感為代表的光信息技術(shù)蓬勃發(fā)展導致半導體雙穩(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)絡物理層的基礎2023/2/31221世紀是信息化的世紀，信息與信息交換的爆炸性增長對信息的采集、傳輸、處理、存儲與顯示提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。我國政府十分重視光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已將它列入國民經(jīng)濟優(yōu)先發(fā)展的領域，把光電子產(chǎn)業(yè)列為國家重點發(fā)展計劃，繼1986年3月王大珩等四位專家倡導的“863計劃”之后，在此基礎上開始了“973計劃”，這兩個高科技計劃的重點是光電子產(chǎn)業(yè)。受信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化浪潮的推動，中國的光電信息市場和產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)出高速增長態(tài)勢，成為拉動整個國民經(jīng)濟增長的第一支柱行業(yè)。2023/2/313集電磁波場與物質(zhì)中的電子相互作用以及能量相互轉(zhuǎn)換的學科，也可以理解為“利用光的電子學”的新的綜合性交叉學科便從現(xiàn)代信息科學領域中脫穎而出，這就是光電子學。2023/2/314

光電子技術(shù)是研究從紅外、可見光、紫外光、X射線直至射線波段范圍內(nèi)的光波電子技術(shù)，是研究運用光子和電子的特性，通過一定媒介實現(xiàn)信息與能量轉(zhuǎn)換、傳遞、處理及應用的學科。2023/2/315它是以光電子學為理論基礎，以光電子元器件為主體，綜合利用光、電、機、計算機和材料技術(shù)，以實現(xiàn)具有一定功能而且實用的儀器、設備和系統(tǒng)的技術(shù)。2023/2/316同傳統(tǒng)電子技術(shù)相比，光電子技術(shù)最根本的特點是它的波長短，也即頻率高。優(yōu)點：角分辨力高

距離分辨力高頻帶寬、通信容量大

光譜分辨力高非線性光學效應強（當光波的電場強度可以同物質(zhì)中束縛電子的庫侖場相比較時，可觀察到物質(zhì)與強相干光相互作用的一系列新的光學現(xiàn)象，統(tǒng)稱為非線性光學現(xiàn)象）2023/2/317信息光電子技術(shù)與器件光電子器件光源器件光傳輸器件光控制器件光探測器件光存儲器件光盤調(diào)制器偏轉(zhuǎn)器光開關光雙穩(wěn)器件光電導型光伏型熱伏型各種傳感器相干光源非相干光源光學元件光纖2023/2/318?光源調(diào)制傳輸探測成像顯示2023/2/3192023/2/320

光電子技術(shù)涉及的主要內(nèi)容包括：1激光技術(shù)及其相關的應用技術(shù)—光子產(chǎn)生、控制2波導技術(shù)—光子傳輸3光子檢測技術(shù)—光子探測和光譜分析4光計算與信息處理技術(shù)（光神經(jīng)網(wǎng)絡、激光雷達、光制導、光陀螺）5光存儲技術(shù)6光子顯示技術(shù)7光子加工與光子生物技術(shù)-光子物質(zhì)相互作用2023/2/321光電子技術(shù)應用光纖通信、傳輸光信息處理分光分析光應用計算光空間傳輸長距離、大容量、寬帶數(shù)字通信模擬通信局域網(wǎng)通信太陽光的光纖照明光盤存儲器、全息照相存儲器光視頻盤、光音頻盤二維信息處理匹配濾波器信息處理器、激光打印機、傳真機光計算機短距離簡單圖象通信光遙感、光開關光在線檢測激光雷達、激光陀螺、激光傳感光纖傳感系統(tǒng)精密測量、全息測量、在線測量同步激光超精密分光分析大氣污染氣體分析、醫(yī)用氣體分析同位素濃度測定、同位素分析激光診斷微等離子體超快過程分析2023/2/322光纖通訊技術(shù)光導纖維：簡稱“光纖”，是一種能利用光的全反射作用來傳導光線的透明度極高的玻璃纖維。2023/2/323光電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，應該是同微電子學技術(shù)相結(jié)合，進行光電結(jié)合的信息傳輸與處理。2023/2/324光電成像技術(shù)：利用從軟X射線到亞毫米波段之間具有光學共性的電磁波段，研究以成像方式實現(xiàn)輻射信息探測、傳輸、處理與顯示的新理論、新技術(shù)