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绪 论 光电子学理论与技术 一、什么是光电子学 光学和电子学相结合形成了光电子学 Opto-electronics 狭义光电子学 Optical electronics 光波电子学 Photonics 光子学 狭义光电子学：以光—电转换器件及其应用为研究对象的一门学科。 转换：从性质上讲包括能量的转换和信息的转换；从过程上讲包括光转换为电与电转换为光两类物理效应。 光转换为电的器件 光电发射原理：光电管、光电倍增管、摄像管、条纹管 光电导效应：光电二极管、光电晶体管、光电闸流管 光伏特效应：光电池 光探测器 电转换为光的器件 自发辐射：发光二极管 受激辐射：各种电激励或注入式激光器例如气体、固体和半导体激光器 光无源器件 光调制器、光偏转器、光隔离器、光开关、光耦合器、光滤波器 光波电子学：以电磁谱落在光频段的电子效应及其应用为研究对象的一门学科。 激光的出现使电子学的频谱立即扩展到光频段，并逐渐形成了光波电子学。它将电子学中已有的如：放大、振荡、变频、混频、调制解调、脉冲、通信以及信息处理延伸到光频段使用，不同的仅仅是具体的技术形式有所发展而已。 光电子学 傅里叶光学 半导体光电子学 非线性光学 激光与红外物理 导波光学 光电子技术 光载波源 光信号加载 光信号传输 光信号处理 光信号接收 二、本课程的主要内容 1、光的电磁理论 8课时 2、光的量子理论 8课时 3、光辐射的调制 12课时 4、非线性光学理论 12课时 5、光电探测器 8课时 6、新型光电子器件 8课时 7、总结、复习 4课时 三、光电子学、光子学在信息技术中的应用 属性 电子 光子 波长 3cm-30cm 400nm-2μm 频率 10MHz-10GHz 150-750THz 速度 593km/s 300000km/s 能量 40neV-40μeV 2eV 传输损耗 高（铜线中） 低（光纤中） 粒子相互作用 高 无 主要优点： 四、主要参考书 1、A. Yariv 著， 陈鹤鸣等译，现代通信光电子学，电子工业出版社，2004年(8、9、10、11、12） 2、王忠和 张光寅编著， 光子学物理基础，国防工业出版社， 3、马声全 陈贻汉编著， 光电子理论与技术，电子工业出版社， 4、周文等编著， 光子学基础，浙江大学出版社 5、蓝信钜等编著， 激光技术，科学出版社 6、董孝义编著， 光波电子学—光通信物理基础，南开大学出版社 7、姚建铨等主编， 光电子技术，高等教育出版社,2006年 8、朱祖华编著， 信息光电子学基础，浙江大学出版社 9、黄章勇编著， 光纤通信用光电子器件和组件，北京邮电大学出版社 Chapter 1 光的电磁理论 §1.1 光波与光波的波动方程 1、麦克斯韦方程 对于各向同性介质: 对于各向异性介质: 为二阶张量 双轴晶体 单轴晶体: 各向同性均匀介质:ε、μ为常量 二阶张量(P电极化强度矢量) 2、波动方程 对于金属导体： 起主要作用 原麦克斯韦方程组 对于非导电介质(σ=0） ： 起主要作用 对于半导体: 这两项都必须考虑 对于各向同性、非导电介质：利用 成为: 整理后得: 类似地有: 类似地有: 对于简谐电磁场： 亥姆霍兹方程 3.电磁场的能量定律 式中各项的物理意义： —焦耳热 —电磁场能量密度随时间的变化率 —电磁场消耗在电偶极子上的功率 —消耗在磁偶极子上的功率 —玻印亭矢量，能流密度矢量 §1.2 线性光学过程的经典理论 一、光和物质相互作用的经典理论 1、经典电子理论对光的吸收和色散的定性解释 2、一维电振子的运动方程 位移： 3、散射和吸收 电偶极子： 光的吸收 光的散射