光电子器件基础与技术lecture1.ppt

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1、张伟利张伟利 副教授副教授 E-mail:wl_http:/ 二十六分。参考资料：参考资料：1.书 2.网络 3.数据库2学会搜索有用资源培养独立思考能力第二页，编辑于星期六：十六点 二十六分。考核指标：考核指标：1.平时表现（40%）-作业 -出勤2.期终考试（60%）3鼓励讨论、交流提升相关专业素质第三页，编辑于星期六：十六点 二十六分。第一章：第一章：绪论【5课时】光电子简介、光电子基础知识第二章：第二章：激光原理与技术【10课时】激光原理、激光器件、激光技术第三章：第三章：光调制&光放大【5课时】电光调制、声光调制、磁光调制 光纤放大器、半导体光放大器第四章：第四章：光电探测【5课时】

2、光电探测方式、光电探测器、太阳能电池第五章：第五章：光显示、光成像、光存储【5课时】第六章：第六章：光通信、光传感【5课时】第七章：第七章：光电子新技术【5课时】5第五页，编辑于星期六：十六点 二十六分。-1.-1.光电子简介光电子简介-2.-2.光电子基础知识光电子基础知识6绪绪 论论第六页，编辑于星期六：十六点 二十六分。71.1 1.1 何为光电子学何为光电子学第七页，编辑于星期六：十六点 二十六分。光光电电子子学学：是研究以光子-电子相互转化作为信息载体和能量载体的科学，主要研究光子的产生、运动及其转化规律。光光电电子子技技术术：包括光子的产生、传输、控制和探测。涉及的主要内容包括：激

3、光技术光波导技术光子检测技术光存储、显示技术光通信、光传感技术81.1 1.1 何为光电子学何为光电子学第八页，编辑于星期六：十六点 二十六分。1.2 1.2 我们为何选择光？我们为何选择光？高速、大容量的通信需求;互联网等技术的发展对频带带宽要求极大提高长距离信息传输需求提高器件性能的追求，如工作阈值、响应速度等9第九页，编辑于星期六：十六点 二十六分。10 Raw text=0.0017 Mb Word document=0.023 Mb Word document with picture=0.12 Mb Radio-quality sound=0.43 Mb Low-grade des

4、ktop video=2.6 Mb CD-quality sound=17 Mb Good compressed(MPEG1)video=38 Mb典型数据带宽需求典型数据带宽需求BandwidthDemand1990 2000 20101.2 1.2 我们为何选择光？我们为何选择光？Ref:Professor Z Ghassemlooys lecture第十页，编辑于星期六：十六点 二十六分。11IC:单位芯片上转换器的单位芯片上转换器的数量每数量每18各月翻倍各月翻倍数据存储容量需求每数据存储容量需求每7个月翻倍个月翻倍互联网的带宽需求每互联网的带宽需求每年翻年翻3倍倍1.2 1.2 我们

5、为何选择光？我们为何选择光？第十一页，编辑于星期六：十六点 二十六分。性性 能能光子器件光子器件电子器件电子器件信息载荷特性和传输方式信息载荷特性和传输方式波色子，中性，时间可逆波色子，中性，时间可逆无空间局域性无空间局域性费米子费米子信息处理速度信息处理速度1.1.开关速度开关速度2.2.响应时间响应时间3.3.并行处理能力并行处理能力1010-12-121010-15-15 s spsfspsfs强强1010-11-11 s snsns弱弱频带宽度频带宽度3 3 1010111133 10101616 Hz Hz 3n2,则1 n211cn2n1n1 n2第五十四页，编辑于星期六：十六点

6、二十六分。2.4 2.4 光的干涉光的干涉55 产生条件：产生条件：（1）两列波频率必须相同（2）在相遇点的振动方向几乎沿同一直线（3）在观察的时间内，在相遇点的两个振动的位相差保持不变两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域始终减弱，形成稳定的明暗相间条纹的现象。现象现象：第五十五页，编辑于星期六：十六点 二十六分。用单色光做波源射到双缝上，比如用红光，光屏上出现明暗相间的红色条纹，明纹是振动的加强点，此点到两狭缝的路程差是波长的整数倍；暗纹是振动的减弱点，此点到两狭缝的路程差是半波长的奇数倍。56双缝干涉：双缝干涉：第五十六页，编辑于星期六：十六点 二十六分。5

7、7从透明薄膜前后面反射的两列光波叠加在一起，由于薄膜厚度的差异，产生明暗相间条纹的现象。薄膜干涉：薄膜干涉：第五十七页，编辑于星期六：十六点 二十六分。58现象：现象：光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影。产生条件：产生条件：障碍物或孔的尺寸比光波的波长小或者相差不多。单单缝缝衍衍射射：单缝衍射图样是平行的、中间宽两边窄的明暗相间的条纹。2.5 2.5 光的衍射光的衍射SESE第五十八页，编辑于星期六：十六点 二十六分。偏振：偏振：振动方向对于传播方向的不对称性。只有横波才有偏振现象。线偏振光：线偏振光：光在传播过程中电矢量的振动只限于某一确定平面内（投影为直线）。振动面：振动面：电矢量和

8、光的传播方向所构成的平面。2.6 2.6 光的偏振光的偏振59自然光自然光偏振光偏振光第五十九页，编辑于星期六：十六点 二十六分。60双折射：双折射：同一束入射光进入晶体后折射光分成两束的现象 寻常光寻常光（ordinary ray）:在入射面内，遵从折射定律；非常光非常光（extraordinary ray）:不在入射面内，不遵从折射定律。光轴：光轴：在晶体内存在着一些特殊的方向，沿着这些特殊方向传播的光并不发生双折射，即o光和e光的传播速度和传播方向都一样。主截面：主截面：包含晶体光轴和一条给定光线的平面叫做与这条光线相对应的晶体的主截面。第六十页，编辑于星期六：十六点 二十六分。61lo

9、光和e光在晶体的光轴方向传播速率相等，在其他方向两者的传播速率不相等。lo光和e光都是线偏振光：o光的振动面垂直于自己的主截面；e光的振动面平行于自己的主截面；通常都认为两种光的振动面互相垂直。第六十一页，编辑于星期六：十六点 二十六分。物质对某些范围内的光是透明的，而对另一些范围的光却是不透明的。任一物质对光的吸收都由以下两种吸收组成 一般吸收：吸收少，且在某一给定波段内几乎是不变的；选择吸收：吸收多，并且随波长而剧烈地变化。二向色性：二向色性：是指有些晶体对不同方向振动的电矢量，具有选择吸收的性质。622.7 2.7 光的吸收光的吸收第六十二页，编辑于星期六：十六点 二十六分。产生连续光谱

10、的光源所发出的光，通过有选择吸收的介质后，用分光计可以看出某些线段或某些波长的光被吸收，这就形成了吸收光谱。吸收光谱在化学、国防、气象等部门有广泛的应用。63吸收光谱吸收光谱第六十三页，编辑于星期六：十六点 二十六分。定义：定义：当光束通过光学性质不均匀的物质时改变其直线轨迹的现象，称为光的散射。分类：分类：规律：规律：642.8 2.8 光的散射光的散射第六十四页，编辑于星期六：十六点 二十六分。瑞利散射：瑞利散射：l /10 的微粒对入射光的散射现象。瑞利定律：瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比，I=f()-4 f()表示光源中强度的分布函数应用：应用：红光散射弱、穿透力强（信号旗、

11、信号灯）红外遥感65第六十五页，编辑于星期六：十六点 二十六分。拉曼散射：拉曼散射：光通过介质时由于入射光与分子运动(原子振动)相互作用而出现其他频率散射光。规律：规律：散射光中在每条原始入射谱线(频率为v0)两侧对称地伴有频率为v0vi的谱线，长波一侧的谱线称斯托克斯线，短波一侧的谱线称反斯托克斯线；频率差vi 与入射光频率v0无关，由散射物质的性质决定。应用：应用：放大器，物质分析66第六十六页，编辑于星期六：十六点 二十六分。布里渊散射：布里渊散射：与拉曼散射相似，光通过介质时由于入射光与分子运动（质心运动）相互作用而出现其他频率散射光。应用：应用：分布式光纤传感67第六十七页，编辑于星

12、期六：十六点 二十六分。68注入光波长注入光波长 布里渊布里渊拉曼拉曼（斯托克斯）（斯托克斯）光波长光波长光光强强度度瑞利瑞利拉曼拉曼（反斯托克斯）（反斯托克斯）几种散射示意几种散射示意第六十八页，编辑于星期六：十六点 二十六分。2.9 2.9 色散色散定义：定义：在介质中传输时入射光谱中中不同波长的光束分开的现象色散的种类：色散的种类：-模式色散 -色度色散 *材料色散 *波导色散 -偏振模色散69第六十九页，编辑于星期六：十六点 二十六分。2.10 2.10 常用量纲前缀常用量纲前缀 70前缀前缀数值数值f(femto)10-15p(pico)10-12 n(nano)10-9 (micro)10-6 m(milli)10-3 k(kilo)103M(mega)106G(giga)109T(tera)1012第七十页，编辑于星期六：十六点 二十六分。