《光电子技术基础》(第二版)Chap1.ppt

光电子技术光电子技术Photoelectronics Technique2024/5/9 周四1o选用教材：选用教材：光电子技术基础光电子技术基础朱京平编著，朱京平编著，20092009，科学出版社，科学出版社 o主要参考书目主要参考书目:现代通信光电子学现代通信光电子学(第五版第五版)亚里夫著，陈鹤鸣译，亚里夫著，陈鹤鸣译，2004.9，电子工业出版社，电子工业出版社；光电子技术光电子技术安毓英等主编，电子工业出版安毓英等主编，电子工业出版光电子技术光电子技术梅遂生主编，梅遂生主编，2008.72008.7，国防工业出版社；，国防工业出版社；光电技术光电技术王庆有主编，王庆有主编，2009.32009.3，电子工业出版社；，电子工业出版社；激光原理技术及应用激光原理技术及应用阎吉祥等编，阎吉祥等编，2006.82006.8，北京理工，北京理工大学出版社。大学出版社。参考教材参考教材2024/5/9 周四2课程考核要求课程考核要求平时成绩平时成绩 20%期末考试期末考试 80%=总评总评 100%本课程考试为闭卷笔试。本课程考试为闭卷笔试。2024/5/9 周四3国务院学位委员会、教育部：学科专业简介o物理电子学主要研究:光子学、光电子学、导波光学、光纤通信与光信息处理技术、微波电子学和相对论电子学、薄膜与表面技术、真空科学与技术,以及信息显示技术等o电路与系统o微电子学及固体电子学o电磁场理论与微波技术主要研究:电磁波(包括光波)的产生、传输、与媒质的相互作用以及检测理论和方法,电磁辐射散射的理论与技术,无线电理论和技术,微波电路和光路系统的理论、分析、仿真、设计及应用,以及环境电磁学和计算电磁学等电子科学与技术分为四个二级学科：电子科学与技术分为四个二级学科：2024/5/9 周四4课程目的与任务课程目的与任务 光电子技术是光电子技术是“光子技术光子技术”与与“电子电子技术技术”相结合的产物，是继微电子技术后相结合的产物，是继微电子技术后兴起的一门高新技术，目前已成为信息科兴起的一门高新技术，目前已成为信息科学的重要支柱。学的重要支柱。2024/5/9 周四5光电子技术光电子技术：是电子技术与光子技术相结合而形成的一：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。子相互作用及其能量相互转换的相关技术。光子技术光子技术:研究光子的特性与行为及其与物质的相互作研究光子的特性与行为及其与物质的相互作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。电子技术电子技术：包括真空电子技术、气体电子技术、固体：包括真空电子技术、气体电子技术、固体电子技术等，主要研究电子的特性与行为及其在真空电子技术等，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。或物质中的运动与控制。2024/5/9 周四6 本课程着重讲解光电子技术的基本概念本课程着重讲解光电子技术的基本概念 与基本知识，主要包括激光产生的物理基础、与基本知识，主要包括激光产生的物理基础、激光的特性、典型激光器件和激光基本技术、激光的特性、典型激光器件和激光基本技术、光波导技术与光纤通信等基本应用。目的是光波导技术与光纤通信等基本应用。目的是进一步加深学生专业基础知识的掌握和扩大进一步加深学生专业基础知识的掌握和扩大学生的知识面。学生的知识面。2024/5/9 周四7教学基本要求教学基本要求 1 1、光的本性（、光的本性（主要包括光是一种横波，光的偏振特性和相主要包括光是一种横波，光的偏振特性和相干特性，光子简并度等概念与公式描述干特性，光子简并度等概念与公式描述）；）；2 2、激光产生的基本原理（、激光产生的基本原理（主要包括激光器的基本结构、激光主要包括激光器的基本结构、激光产生的基本条件、粒子数反转过程、光学谐振腔、激光的产生的基本条件、粒子数反转过程、光学谐振腔、激光的特性特性）；）；3 3、典型激光器（、典型激光器（主要包括激光器的分类、各类激光器的特点主要包括激光器的分类、各类激光器的特点）4 4、激光基本技术（、激光基本技术（光调制技术、晶体的电光效应光调制技术、晶体的电光效应 、晶体的晶体的声光效应、调声光效应、调Q Q技术、锁模技术、稳频技术技术、锁模技术、稳频技术）；）；5 5、光纤和光缆（、光纤和光缆（光纤的结构和分类、光纤的传光原理、光纤光纤的结构和分类、光纤的传光原理、光纤的传输特性的传输特性）6 6、光纤通信（、光纤通信（光纤通信的中继传输、数字光纤通信、光源与光纤通信的中继传输、数字光纤通信、光源与光纤的耦合光纤的耦合）2024/5/9 周四8绪论绪论 光子技术与电子技术相结合的光子技术与电子技术相结合的光电子光电子技术技术:主要研究光与物质中的电子相互作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。用及其能量相互转换的相关技术。2024/5/9 周四9 光学与电学表面看起来是两个独立的学科，实光学与电学表面看起来是两个独立的学科，实际上存在着非常密切的内在联系。光与电打交道的际上存在着非常密切的内在联系。光与电打交道的第一个回合是第一个回合是18601860年前后麦克斯韦提出的光的电磁年前后麦克斯韦提出的光的电磁波动理论，第二个回合是波动理论，第二个回合是19051905年爱因斯坦用量子论年爱因斯坦用量子论解释光电效应，第三个回合是解释光电效应，第三个回合是19601960年激光的发明。年激光的发明。电子学在电子学在2020世纪作出了巨大的贡献，但由于电子世纪作出了巨大的贡献，但由于电子自身的带电属性，使其进一步发展在速度和容量上自身的带电属性，使其进一步发展在速度和容量上都受到限制，而光子为中性，具有巨大的优越性都受到限制，而光子为中性，具有巨大的优越性。2024/5/9 周四10 光光电电技技术术的的特特征征：光光源源激激光光化化、传传输输波波导导化化、手手段段电电子子化化、电电子子学学中中的的理理论论模模式式和处理方法光学化和处理方法光学化 光电技术与微电子技术共同构成了信息技光电技术与微电子技术共同构成了信息技术的两大重要支柱。术的两大重要支柱。2024/5/9 周四11光电子技术发展史光电子技术发展史年代年代6060年代年代7070年代年代8080年代年代9090年代年代技术技术成就成就激光器的问世激光器的问世低损耗光纤低损耗光纤的实现、半的实现、半导体激光器导体激光器的成熟的成熟超大功率超大功率量子阱阵量子阱阵列激光器列激光器的出现的出现光纤无源和光纤无源和有源器件的有源器件的出现出现相关相关应用应用为光与物质相为光与物质相互作用的研究互作用的研究提供了一个极提供了一个极其有效的工具其有效的工具导致以光纤导致以光纤通信、光纤通信、光纤传感为代表传感为代表的光信息技的光信息技术蓬勃发展术蓬勃发展导致半导导致半导体双稳态体双稳态器件的发器件的发展展为光纤通信为光纤通信产业的发展产业的发展提供了网络提供了网络物理层的基物理层的基础础2024/5/9 周四122121世纪是信息化的世纪，信息与信息交换的爆炸性增长对世纪是信息化的世纪，信息与信息交换的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。信息的采集、传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。我国政府十分重视光电子技术和产业的发展，已将它列入国民经济优先发展的领域，把光电子产业列为国家重点发展计划，继1986年3月王大珩等四位专家倡导的“863计划”之后，在此基础上开始了“973计划”，这两个高科技计划的重点是光电子产业。受信息化、数字化、网络化浪潮的推动，中国的光电信息市场和产业也呈现出高速增长态势，成为拉动整个国民经济增长的第一支柱行业。2024/5/9 周四13o集电磁波场与物质中的电子相互作用以及能量集电磁波场与物质中的电子相互作用以及能量相互转换的学科，也可以理解为相互转换的学科，也可以理解为“利用光的电利用光的电子学子学”的新的综合性交叉学科便从现代信息科的新的综合性交叉学科便从现代信息科学领域中脱颖而出，这就是学领域中脱颖而出，这就是光电子学光电子学。2024/5/9 周四14 光电子技术光电子技术是研究从红外、可见光、紫外光、是研究从红外、可见光、紫外光、X X射线直至射线直至 射线波段范围内的光波电子技术，射线波段范围内的光波电子技术，是研究运用光子和电子的特性，通过一定媒介是研究运用光子和电子的特性，通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的学实现信息与能量转换、传递、处理及应用的学科。科。2024/5/9 周四15o它是以它是以光电子学光电子学为理论基础，以为理论基础，以光电子元器光电子元器件件为主体，综合利用光、电、机、计算机和为主体，综合利用光、电、机、计算机和材料技术，以实现具有一定功能而且实用的材料技术，以实现具有一定功能而且实用的仪器、设备和系统的技术。仪器、设备和系统的技术。2024/5/9 周四16o同传统电子技术相比，光电子技术最根本的特点是同传统电子技术相比，光电子技术最根本的特点是它的它的波长短，也即频率高波长短，也即频率高。o优点：优点：角分辨力高角分辨力高 距离分辨力高距离分辨力高 频带宽、通信容量大频带宽、通信容量大 光谱分辨力高光谱分辨力高 非线性光学效应强（当光波的电场强度可以非线性光学效应强（当光波的电场强度可以同物质中束缚电子的库仑场相比较时，可观察到物同物质中束缚电子的库仑场相比较时，可观察到物质与强相干光相互作用的一系列新的光学现象，统质与强相干光相互作用的一系列新的光学现象，统称为非线性光学现象）称为非线性光学现象）2024/5/9 周四17信息光电子技术与器件信息光电子技术与器件光电子器件光电子器件光源器件光源器件光传输器件光传输器件光控制器件光控制器件光探测器件光探测器件光存储器件光存储器件光盘调制器偏转器光开关光双稳器件光电导型光伏型热伏型各种传感器相干光源非相干光源光学元件光纤2024/5/9 周四182024/5/9 周四192024/5/9 周四20 光电子技术涉及的主要内容包括：光电子技术涉及的主要内容包括：1 1 激光技术及其相关的应用技术激光技术及其相关的应用技术光子产生、控制光子产生、控制2 2 波导技术波导技术光子传输光子传输3 3 光子检测技术光子检测技术光子探测和光谱分析光子探测和光谱分析4 4 光计算与信息处理技术（光神经网络、激光雷达、光计算与信息处理技术（光神经网络、激光雷达、光制导、光陀螺）光制导、光陀螺）5 5 光存储技术光存储技术6 6 光子显示技术光子显示技术7 7 光子加工与光子生物技术光子加工与光子生物技术-光子物质相互作用光子物质相互作用2024/5/9 周四21光电子技术应用光电子技术应用光纤通信、传输光纤通信、传输光信息处理光信息处理分光分析分光分析光应用计算光应用计算光空间传输光空间传输长距离、大容量、宽带数字通信模拟通信局域网通信太阳光的光纤照明光盘存储器、全息照相存储器光视频盘、光音频盘二维信息处理匹配滤波器信息处理器、激光打印机、传真机光计算机短距离简单图象通信光遥感、光开关光在线检测激光雷达、激光陀螺、激光传感光纤传感系统精密测量、全息测量、在线测量同步激光超精密分光分析大气污染气体分析、医用气体分析同位素浓度测定、同位素分析激光诊断微等离子体超快过程分析2024/5/9 周四22光纤通讯技术光纤通讯技术光导纤维：简称光导纤维：简称“光纤光纤”，是一种能利用光的全反，是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃纤维。射作用来传导光线的透明度极高的玻璃纤维。2024/5/9 周四23o光电子技术的发展趋势，应该是同微电子学光电子技术的发展趋势，应该是同微电子学技术相结合，进行光电结合的信息传输与处技术相结合，进行光电结合的信息传输与处理。理。2024/5/9 周四24光光电电成成像像技技术术：利用从软X射线到亚毫米波段之间具有光学共性的电磁波段，研究以成像方式实现辐射信息探测、传输、处理与显示的新理论、新技术、新方法和新装置。2024/5/9 周四25X-ray红外偏振成像的信噪比提高了30倍 光电成像技术发展要求：光电成像技术发展要求：探测手段高分辨，高灵敏，高速。探测手段高分辨，高灵敏，高速。表征形式彩色，立体。表征形式彩色，立体。信信息息组组成成光光谱谱，幅幅度度，相相位位，偏偏振振，全息等。全息等。发展重点：发展重点：人类视觉范围以外的信息的成像探测。人类视觉范围以外的信息的成像探测。满足信息感知和信息可视化满足信息感知和信息可视化2024/5/9 周四26此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！