Backgr ound
The Dema nd for More Bandwidth
In ternet, multimedia comm un icati ons, and etc
Methods to In crease System Capacity
WDM (Wavelength-Division Multiplexing)
OTDM (Optical Time-Division Multiplexing) Benefits of WDM techniques Flexibility and scalability for a variety of network architectures
WDM techniques are the backbone of
modem optical fiber networks
(UIU)
s o c a n o u
R O 呂o
P E e sb s U I c o q e
J Auy
￡E 】S L
000
L O
O OJ L - -
oss l
000l
N
X F O W A
服
tit
a 0=
寸、
(E y ffl
p )
OADM （AWG、光开关
阵）
调谐、高速
集成光源
OXC
OADM
光放大
第一章 光辐射与发光源 教学目的 1、掌握光波在各种介质中的传播特性。 2、了解光度学基本知识。 3、了解热辐射基本定律 教学重点与难点 重点：光波在电光晶体、声光晶体中的传播特性。 难点：光度学基本知识。 1.1电磁波谱与光辐射 1. 电磁波的性质与电磁波谱 光是电磁波。 根据麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场E （或变化磁场 H ），在邻近区域将产生变化的磁场H （或变化电场E ），这种变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。 电磁波具有以下性质： ⑴ 电磁波的电场E 和磁场H 都垂直于波的播方向，三者相互垂直，所以 电磁波是横波。H E 、和传播方向构成右手螺旋系。 ⑵ 沿给定方向传播的电磁波，E 和H 分别在各自平面内振动，这种特性称为偏振。 ⑶ 空间各点E 和H 都作周期性变化，而且相位相同，即同时达到最大，同时减到最小。 ⑷ 任一时刻，在空间任一点，E 和H 。 ⑸ 电磁波在真空中传播的速度为c =，介质中的传播速度为 υ=
电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X射线到g射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同而已。目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长达104m以上的，也有波长短到10-5nm以下的。我们可以按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电波谱的一极小波段。图中还给出了各种波长范围（波段）。 图1 电磁辐射波谱 2. 光辐射 以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在10nm~1mm，或频率在3′1016Hz~3′1011Hz范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外波段波长用nm、在红外波段波长用mm表示。波数的单位习惯用cm-1。 可见光。通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光是波长在390~770nm 范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。 紫外辐射。紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见，波长范围是1~390nm。细分为近紫外、远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎会被完全吸收，
第一章 1.10 Refractive index (a) Consider light of free-space wavelength 1300 nm traveling in pure silica medium. Calculate the phase velocity and group velocity of light in this medium. Is the group velocity ever greater than the phase velocity? (b) What is the Brewster angle(the polarization angle qp) and the critical angle(qc) for total internal reflection when the light wave traveling in this silica medium is incident on a silica/air interface. What happens at the polarization angle? (c) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when the light beam traveling in the silica medium is incident on a silica/air interface? (d) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/silica interface? How do these compare with part (c) and what is your conclusion? 1.18 Reflection at glass-glass and air-glass interface A ray of light that is traveling in a glass medium of refractive index n1=1.460 becomes incident on a less dense glassmedium of refractive index n2=1.430. Suppose that the free space wavelength of the light ray is 850 nm. (a) What should the minimum incidence angle for TIR be? (b) What is the phase change in the reflected wave when the angle of incidence qi =85 ° and when qi =90° ? (c) What is the penetration depth of the evanescent wave into medium 2 when qi =85 ° and when qi =90° ? (d) What is the reflection coefficient and reflection at normal incidence (qi =0 ° )when the light beam traveling in the glass medium (n=1.460) is incident on a glass-air interface? (e) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/-glass interface (n=1.460)? How do these compare with part (d) and what is your conclusion? 1.20 TIR and polarization at water-air interface
第一章： 基本概念与名词解释 1、光子学说的几个基本概念：相格、光子简并度等； 2、微观粒子的四个统计分布规律：麦克斯韦速率分布率、波耳兹曼分布率、费米分布率、玻色分布率； 3、原子、分子的微观结构，固体的能带； 4、热辐射和黑体辐射的几个概念：热辐射、朗伯体、视见函数、普朗克公式； 5、简述辐射跃迁的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射； 6、谱线加宽的类型及定义：均匀加宽、非均匀加宽、碰撞加宽；
第二章： 基本概念与名词解释 １、一般概念：激发态能级寿命、亚稳态能级、粒子数反转、 负温度、激活介质、增益饱和； ２、三能级系统、四能级系统的粒子数反转的形成过程； ３、关于介质中的烧孔效应、气体激光器中的烧孔效应的论述。理论推导与证明 1、粒子数密度的差值（式2-1-17，2-1-22）； 2、均匀加宽与非均匀加宽的小信号增益系数（式2-2-14，2-2-15）； 3、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号反转粒子数密度、烧孔面积（式2-3-3，2-3-7）； 4、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号增益系数（式2-3-10，2-3-17）；
第三章： 基本概念与名词解释 １、激光的几个特性：包括时间相干性、空间相干性、相干时间、相干长度、相干面积、相干体积、光子简并度； ２、有关谐振腔的基本概念：谐振腔、稳定腔、不稳定腔、介稳腔； ３、激光振荡的几个现象和过程：纵模、横模、模的竞争、空间 烧孔、兰姆凹陷、频率牵引、高斯光束、激光器最佳透过率。 理论推导与证明 1、普通光源相干时间与相干面积（式3-1-5，3-1-12）； 2、激光产生的阈值条件（式3-3-11）； 3、粒子数密度的差值的阈值（式3-3-18）； 4、均匀加宽情况单模激光器的输出功率与最佳透过率（式3-6-9） 5、非均匀加宽情况单模激光器的输出功率（式3-6-18）。
1 光电子器件按功能分为哪几类，每类大致包括哪些器件？ 2 （1）光的基本属性是__波粒二象性___，光的粒子性典型现象有_光的反射____、__折射____以及______等。光波动性的典型体现有______、______、______等。 （2）两束光相互干涉的条件______、______、_______，最典型的干涉装置有_____、______。两束光干涉相消的条件______。 3 激光器的基本结构包括哪些，其中激光产生的充分条件和必要条件分别是什么？（激光工作介质激励源谐振腔）p63p71 4 简述激光的特点以及激光产生的条件。 方向性单色性相干性亮度大 受激辐射：首要条件，也是必要条件，但还不是充分条件。 工作物质必须具有亚稳态能级 粒子数反转谐振腔增益大于损耗 5 试简述为什么二能级系统不能产生激光。 P69 6 试以一个三能级原子系统为例，说明激光产生的基本原理。 P70 7 光纤的基本结构是什么，光纤传输光的基本原理是什么？P126 射线理论认为，光在光纤中传播主要是依据全反射原理。光线垂直光线端面射入，并与光纤轴心线重合时，光线沿轴心线向前传播。 光的波长必须在一定范围内才能实现传输，光纤中常用的波长有850纳米，1320纳米及1550纳米三个波段。 根据传输方式不同光纤分为多模光纤及单模光纤。多模光纤的直径为50/62.5μ
m，而单模光纤的直径为8.5μm 8 什么是光调制过程，其大体上可分为哪几类，激光外调制的种类包括哪些？P147 9 什么是内光电效应和外光电效应，内光电效应和外光电效应代表器件分别有哪些，是每种效应各举一例说明之。P200 外部光电效应：金属表面通过吸收入射光子流的能量从而释放电子，形成光生电流（真空光电二极管，光电倍增管）内部光电效应：通过吸收入射光子产生自由电荷载流子，例如PN结光电二极管，PIN光电二极管，雪崩光电二极管 10 光电探测技术的物理效应有哪些？ P198 11 试论述光敏电阻器件中，光照强度与光电导率变化的关系。 12 试论述液晶的特点，以及液晶显示器的工作原理。 P257利用液晶的电光效应来工作在两块透明电极基板间夹持液晶状 态，当液晶厚度小于数百微米时，界面附近的液晶分子发生取向并保持有序性，当电极基板上施加受控的电场方向后就产生一系列电光效应，液晶分子的规则取向随即相应改变。液晶分子的规则取向形态有平行取向、垂直取向、倾斜取向三种，液晶分子的取向改变，即发生了折射率的异向性，从而产生光散射效应、旋光效应，双折射效应等光学反应。这就是LCD图像电子显示器最基本的成像原理
《光子学与光电子学》 习题及题解 原荣 邱琪 编著 第1章 概述和理论基础 1-10 计算每个脉冲包含的光载波数 考虑工作在1 550 nm 波长的10 Gb/s RZ 数字系统，计算每个脉冲有多少个光载波振荡？ 解：已知λ = 1.550 μm ，所以光频是Hz 101.93514×==λc f ，光波的周期是 1T f ==5.168×10?15 s 。 已知数字速率是10 Gb/s RZ 码，所以脉冲宽度是T = 1/(10×109) = 10?10 s ，所以在该脉冲宽度内的光周期数是 19349015.168/101510ele =×==??T T N 1-11 计算LD 光的相干长度和相干时间 单纵模LD 的发射波长是1550 nm ，频谱宽度是0.02 nm ，计算它发射光的相干时间和相干长度。 解：由题可知，λ = 1550×10?9 m ，Δλ = 0.02 × 10?9 m ，从式（3.1.18）可知 ()()Hz 102.5100155/1031020.0/929 892×=××××=Δ=Δ??λλc v 于是，相干时间是 019104)102.5/(1/1?×=×=Δ≈Δv t s 或者 0.4 ns 相干长度是 12.010*******c =×××=Δ=?t c l m 或者 12 cm 与LED 相比（见例1.3.4），LD 的相干长度是LED 的6.3×103倍。
第2章 光波在光纤波导中的传输 2-14 平面电介质波导中的模数 平面电介质波导宽为100 μm ，，490.11=n 084.12=n ，使用式（2.2.6）估算波长为1.55 μm 的自由空间光入射进该波导时，它能够支持的模数。并把你的估算与下面的取整公式进行比较 1π2Int +?? ????=V M 解：全反射的相位变化不能够大于π，所以φ /π 小于1。对于多模波导，φ>>V ，式（2.2.6） ()π2π2V V m ≈?≤φ。利用已知的参数和式（2.2.7），可以计算V 值如下： ()()21.3648.149.1105.11050π2π212 266212221=?×××=?=??n n a V λ 此时()06.23π/21.362π2=×=≤V m ，把0=m 模算上，就有24个模。利用取整公式可以算出该波导能够支持的模数()()23136.212Int 1π2Int =+×=+=V M 。 该题和例2.2.1比较，因为074.12=n 变为084.12=n ，波长由1.0 μm 变为1.5 μm ，所以波导能够支持的模数也减少了。 2-15 计算保证只有一个TE 模工作的AlGaAs 对称平板波导的最大中心厚度 已知自由空间波长λ = 0.85 μm ， 计算保证只有一个TE 模工作的AlGaAs 对称平板波导的最大中心厚度。波导参数为n 1 = 3.6，n 2 = 3.55。 解：由式（2.2.9）可得到最大平板厚度为 μm 711.055.36.3258.02222221c =?=?=n n d λ 2-16 数值孔径计算 接收机PIN 光电二极管的光敏面是2 mm ，使用1cm 的透镜聚焦，透镜和PIN 管之间为空气，计算接收机的数值孔径。 解：因为n 0 = 1，光敏面d = 1 mm ，透镜焦距f = 10 mm ，d /2f <<1, 所以sin α≈ tan αmax max ，由式（2.3.5）可得到 NA = sin αmax ≈ tan αmax = d /2f = 0.05 对应的最大接收角αmax 为2.87o （见图2.2.6），总接收角为2αmax = 5.74o 。 2-17 平板波导的数值孔径和接收角计算 有一个对称的AlGaAs 平板波导，已知中心介质n 1 = 3.6，与其相邻的介质n 2 = n 3 =3.55，
第一章绪论 1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？ 光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件。 光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光和非线性光学器件等。非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。 光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。 光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。 光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器、各种传感器等。 光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。 2．谈谈你对光电子技术的理解。 光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。 3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。 20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就是各种激光器的相继问世。 20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟特别是量子阱激光器的问世以及CCD的问世。 20世纪80年代，出现了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的得到了迅速发展；也出现了保偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。 20世纪90年代，掺铒光纤放大器(EDFA)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，
形成了光纤通信产业；。另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已成为计算机存储数据的重要手段。 21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示都提出了严峻的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的增强等都更加依赖于信息的广度、深度和速度。 ⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。 如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。 ⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？ 等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL）。
天津大学809光电子学基础考研大纲及参考书 对于天津大学809光电子学基础考研，大家一定要人手一份自己专业课的考试大纲，从大纲中抓住复习的重点内容，但是对于第一次考研的同学来说，从大纲中读取重点和考试常出内容往往不太容易，因为大纲是比较概括的，但是大家必须在复习的时候圈定复习范围,锁定考试内容,然后有的放矢的进行复习，这时候要先看大纲，然后再根据《2018年天津大学809光电子学基础考研红宝书》来复习，其对考研指定教材中的考点内容进行深入提炼和总结，同时辅以科学合理的复习规划。天津考研网小编整理天津大学809光电子学基础考研大纲如下： 一、考试的总体要求 旨在考查考生是否具备光电子学专业的物理学基础和主要的专业课知识。其中物理学基础的考试内容为《物理光学》课程；专业课为《激光原理》课程。主要考查考生对基本概念的理解是否正确，是否具备应用物理学原理去灵活解决具体问题的能力，能否简洁、准确表达解决问题的过程和结果。 二、考试的内容及比例 与物理学基础相关的考试内容涉及《物理光学》课程； 与光电子技术相关的考试内容涉及《激光原理》课程。考试内容以大题为单元，共10道大题，任选5道大题做答，多选总分得零。每道大题30分。其中《物理光学》5道大题，《激光原理》5道大题。每门课程的详细考试大纲见附录。每道大题可以是若干小题的集合，或若干关联的小问题。主要考查考生对基本概念的理解是否正确，是否具有应用原理灵活解决具体问题的能力，能否简洁、准确表达解题过程和结果。 三、考试的题型及比例 共10道大题，任选5道大题做答，多选总分得零。每道大题可以是若干小题的集合，或若干关联的小问题。题型包括基本概念考查题，分析论证推导题，数值估算题等。原则上概念题比例较大，约占70~80％。 四、考试形式及时间 考试形式为笔试，考试时间为3小时（或以研究生院公布的为准）。 附录：《激光原理》部分 1．激光的基本原理（《激光原理》，（第6版），周炳琨编著,国防工业出版社，第一章） 光的受激辐射基本概念；激光的特性。
半导体光电子学 一、1.声子：晶格振动的能量量子，假想粒子，与晶格振动相联系，不能独立存在。 光子：传递电磁相互作用的规范粒子，无静止质量，具有能量和动量，能够独立存在。 2.量子阱：两种禁带宽度不同的但晶格匹配的单晶半导体薄膜以极薄的厚度交替生长，使得宽带隙材料中的电子和空穴进入两边窄带隙半导体材料的能带中，好像落入陷阱，这种限制电子和空穴的特殊能带结构被形象地称为量子阱。 超晶格：当量子阱结构中单晶薄层的厚度可与德布罗意波长或波尔半径相比拟时，由于量子尺寸效应，量子阱之间会发生很强耦合效应。 3.光子晶体：是指具有光子带隙特性的周期性电介质结构的人造晶体。 纳米线：一种具有在横向上被限制在100纳米以下，纵向无限制的一维结构材料。 4.施主杂质：半导体中掺杂的杂质能够提供电子载流子的特性。 受主杂质：半导体中掺杂的杂质能提供空穴载流子的特性。 杂质能级：半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。 5.激子复合：所谓激子是指处于束缚态的电子和空穴，激子复合的能量将以光的形式 释放。 俄歇复合：电子和空穴复合后将能量传递给另一个电子或空穴的现象。有 CHCC（复合后的能量给导带的电子并使其激发到导带更高能态）和 CHHS（复合后的能量给价带的空穴并使其激发到自旋-轨道裂带上）过 程。 二、采用能带图和文字描述导体，半导体和绝缘体的异同。 导体：价带全满，导带部分填充 半导体：价带全满，导带全空，但是禁带宽度较窄，电子易于激发到导带中去。 绝缘体：价带全满，导带全空，禁带宽度较大 三、光波导结构的实例，并进一步说明光波导在光电器件中的工作原理。 光波导主要有平面波导和条形波导，而条形波导又有增益波导，折射率波导，分布反馈波导实例： 如折射率波导：有源区和两侧限制区的折射率不同，有源区两侧解理面构成反射镜，在有源区电子受激发射出的光子由于有源区和限制区折射率的不同构成全反射，将光场限制在有源区内，光子只能在两侧解理面来回反射，激发出更多的光子，并在输出方向上传播。 四、双异质结未加偏压和加偏压的能带图 双异质结在激光器中的作用： (1)pn结处于正向电压时，异质结势垒降低，n区电子能够越过势垒和隧穿势垒而注入窄
第一章 1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？ 光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件、光显示器件。 光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光器和非线性光学器件等。非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。 光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。 光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。 光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。 光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。 光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。 2．谈谈你对光电子技术的理解。 光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。 ⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？ 等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL），LED显示。
第二章：光学基础知识与光场传播规律 ⒈ 填空题 ⑴ 光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效应等；光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。 ⑵ 两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定；最典型的干涉装置有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪；两束光相长干涉的条件是(0,1,2,)m m δλ==±±，δ为光程差。 ⑶两列同频平面简谐波振幅分别为01E 、02E ，位相差为φ，则其干涉光强为 22010201022cos E E E E φ++，两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±± ⑷波长λ的光经过孔径D 的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22f D λ 。 ⒉ 在玻璃( 2.25,1)r r εμ==上涂一种透明的介质膜以消除红外线(0.75)m λμ=的反射。 ⑴求该介质膜应有的介电常量及厚度。 ⑵如紫外线(0.42)m λμ=垂直照射至涂有该介质膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少？ ⑴玻璃的折射率 1.5n == ，正入射时，当n = 作用，所以 1.225n ===，正入射下相应的薄膜厚度最薄为 0.750.15344 1.225 h m n λμ===? ⑵正入射时，反射率为 2222 00002222000022()cos ( )sin 22()cos ()sin G G G G n n nh nh n n n n n n nh nh n n n n ππλλρππλλ-+-=+++正 2200222200002()cos 3.57%22()cos ()sin G G G nh n n n n nh nh n n n n πλππλλ-= =+++
波前 波在介质中传播时，某时刻刚刚开始位移的质点构成的面，称为波前。它代表某时刻波能量到达的空间位置，它是运动着的。波前与射线成正交。因此，使用射线或波前来研究波是等效的。根据波前的形状一般可以把波分为球面波、平面波，柱面波等。 光电效应 光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解，这对波粒二象性概念的提出有重大影响。 康普顿效应 1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长λ0的x光外，还产生了波长λ>λ0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为康普顿效应(Compton Effect)。用经典电磁理论来解释康普顿效应时遇到了困难。康普顿借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满地解释。我国物理学家吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。 散射角 入射粒子与物质中的粒子发生弹性碰撞时，其偏离初始运动方向的角度。下图中的Θ角便是入射粒子的散射角。 光的偏振 光的偏振（polarization of light）振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。 麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组（英语：Maxwell's equations），是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。 时谐波 在很多实际情况下，电磁波的激发源往往以大致确定的频率作正弦振荡，因而辐射出的电磁波也以相同的频率作正弦振荡，例如无线电广播或通信的载波，激光器辐射出的光束等，都
光电子学与光学 一、项目定义 项目名称：光电子学与光学 项目所属领域：基础产业和高新技术及基础科学 涉及的主要学科：微电子学与固体电子学（国家重点学科）、光学、通信与信息系统 项目主要研究方向： ●新型光电子材料、器件及其集成技术 ●有机光电子学 ●光波导及光纤器件 ●光电子器件理论研究、CAD设计及信息处理 ●非线性光学材料与系统 二、项目背景 1．项目建设意义 近年来，信息技术的蓬勃发展对人类社会产生了巨大的影响。它不但改变了人们的生活方式，而且确立了以信息产业为核心的现代产业结构。信息技术是一个包含了材料科学、计算机科学、电子科学、光学、信息获取、处
理与传输等多门学科的综合性的技术领域。信息技术对经济建设、国家安全乃至整个国家的发展起着关键性的作用，它是经济发展的“倍增器”和社会进步的“催化剂”，是体现一个国家综合国力和国际竞争力的重要标志。在迄今为止的人类历史上，没有一种技术象信息技术这样能够引起社会如此广泛、深刻的变革，在20世纪末和21世纪前半叶，信息技术乃是社会发展最重要的技术驱动力。 目前，全球信息业飞速发展，要在国际竞争舞台立于不败之地，必须有自主知识产权的技术和产品，必须有具有创新能力的人才队伍，能够创造出具有世界先进水平的研究成果。我国是发展中国家，与经济发达国家相比，在发展高技术、推进产业化过程中，不可避免地会遇到更多的困难和障碍，在发挥优势实现跨越式发展中，必须要以坚强的国家意志为基础，发挥政府导向作用，调动各方面积极性，实行统筹规划，集中资源，以保证信息技术实现跨越式发展。建设一个有自主技术、高度发达的光通信、光存储、光显示等信息产业是至关重要的。 光子已成为信息的重要载体，光电子学与光学作为信息技术的重要组成部分之一，已经越来越引起人们的重视与关注。人们不断地探索着光的本质，研究光子的产生、传输、存储、显示和探测的机理与技术。近年来，随着与化学、材料科学、微电子学、凝聚态物理学、磁学等学科
天津大学809光电子学基础考研资料真题笔记 本资料由天津考研网签约的天津大学精仪学院历届高分考研学生集团队合力所作，该团队在考研中取得了专业课初试的优异成绩并在复试中更胜一筹，该资料包含该优秀本校考生团队的考研经验、考研试题解题思路分析、复试流程经验介绍以及针对官方指定参考书的重难要点并根据天津大学本科授课重点整理等，从漫漫初试长路到紧张复试亮剑为各位研友提供全程考研指导攻关。该资料从导师篇、专业课篇、复试篇三个大的方面详细介绍了该专业考研涉及的问题。 天津大学809光电子学基础考研资料真题笔记 天津大学光电子技术专业的专业课出题基本依据老师在教学中的认为学生应该掌握的重点出题，而对于没有上过该校专业课的外校考生来说，如何把握住重点，如何在短短几个月的时间高效率的复习专业课变得至关重要！本资料由天津大学光电子技术专业优秀考研学生编写，为大家在以下几个方面详细盘点专业课知识，把握考研脉络： 1、对该专业做了简单介绍，重点从学生角度评价了各个导师，为考生选择一个合适的导师指明了方向。对近三年的考研情况作了总结，便于大家更好的了解该专业的考研难度和考研形势。 2、详细的为大家讲解专业课每个章节的重点，这些重点都来自于本校老师在讲课时所列重点以及编者在考研经历中对历年考研试题的总结，并将知识分为了解、掌握、重点、易考四个等级，让您更好的掌握知识的层次。 3、详细解析历年真题，分析真题分布的重点章节，每章节题目的考查形式以及命题趋势。认真的分析真题，让你抓住考试的命题思路. 4、对于试题变革后的考点做了详细的分析，，即使是本校考生也没有掌握这方面的详细资料。对考点有了深入了解，将使你站在比本校考生更高的起跑线上。 5、对复试做了详细分析，包括复试流程、复试内容、复试如何准备、复试的答题技巧。对复试技巧方面，参考了几位在各届复试中表现出色的学长的经验，相信对考生的复试应该有很大帮助。尤其在实验部分编者做了详细介绍，让外校考生能够对考研复试的实验环节做好充分准备。 天津大学809光电子学基础考研资料真题笔记 核心资料目录一： 第一篇、导师篇：本专业三个实验室的发展方向及所涉及老师的绝密介绍 第二篇、专业课篇：（综合本科教学重点及考研重点及数位研究生成功经验而成） 1、激光技术（明确了各章需要掌握知识点的重要程度及重点课后题） 2、激光原理（明确了各章需要掌握知识点的重要程度） 3、物理光学（明确了各章需要掌握知识点的重要程度） 4、附加资料： A、作业题（题目来源为本科学习期间老师留的所有作业题，包括公共教材课后题和老师补充习题)； B、补充习题（天大内部资料，为一本黄色的小册子，有答案，为此科目考研必备，许多题来源于此)； C、考研试卷：光电子学基础06年试卷、物理光学1996--2004年和激光原理及技术1996—2005年的考试真题（其中96-03年均有全部解答过程)，此套试卷市场独家最全，众所周知天大出题重复率高，一般多年的试题就是一个小题库，所以历年试题一定要仔细研究，通过多年试卷可总结出出题重点及思路，光电子学基础06年试卷属于未解密试卷，通过考生回忆（独家)。 第三篇、复试篇（总结多位同学复试情况综合而成） 1、导师介绍：本专业三个实验室的发展方向及所涉及老师的绝密介绍； 2、笔试题目（笔试原题整理，本科期间本专业所涉及专业课的重点知识编写)；
《半导体光电子学》期末复习纲要 一、基本概念与名词解释： 第一章： １、光子学说的几个基本概念：相格、光子简并度等； ２、微观粒子的四个统计分布规律：麦克斯韦速率分布率、波耳兹曼分布率、费米分布率、玻色分布率； ３、热辐射和黑体辐射的几个概念：热辐射、朗伯体、视见函数、普朗克公式； ４、简述辐射跃迁的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射； ５、谱线加宽的类型及定义：均匀加宽、非均匀加宽、碰撞加宽。 第二章： １、一般概念：激发态能级寿命、亚稳态能级、粒子数反转、负温度、激活介质、增益饱和；２、三能级系统、四能级系统的粒子数反转的形成过程； ３、关于介质中的烧孔效应、气体激光器中的烧孔效应的论述。 第三章： １、激光的几个特性：包括时间相干性、空间相干性、相干时间、相干长度、相干体积、光子简并度； ２、有关谐振腔的基本概念：谐振腔、稳定腔、不稳定腔、介稳腔； ３、激光振荡的几个现象和过程：模的竞争、空间烧孔、兰姆凹陷、频率牵引、高斯光束、激光器最佳透过率。 第四章： １、光波导的几个基本概念：平板波导、矩形波导、光纤、导模、辐射模、阶跃型光纤、渐变型光纤、子午线、子午面、斜光线、吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗、材料色散、波导色散、模间色散。 第五章: １、有关光吸收的几个基本概念：本征吸收、晶格振动吸收、自由载流子吸收、激子吸收、杂质吸收； ２、光探测的一些基本效应：光电效应、光热效应、外光电效应、光电导效应、光电导驰豫、逸出功、电子亲和势、光伏效应、热释电效应、测辐射热计效应、温差电效应、帕尔帖效应、塞贝克效应、汤姆逊效应。 二、理论推导与证明： 第二章： 1、粒子数密度的差值（式2-1-17，2-1-22）； 2、均匀加宽与非均匀加宽的小信号增益系数（式2-2-14，2-2-15）； 3、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号反转粒子数密度、烧孔面积（式2-3-3，2-3-7）； 4、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号增益系数（式2-3-10，2-3-17）；
《光电子学》课程教学大纲 一、《光电子学》课程说明 （一）课程代码：08131012 （二）课程英文名称：Optoelectronics （三）开课对象：应用物理学专业本科生 （四）课程性质： 光电子学为应用物理学专业本科生的专业选修课程，其预修课程有普通物理、电动力学、固体物理等。本课程的目的在于使学生了解光电子学的概念，熟悉光电子学的基础知识以及实际应用。 （五）教学目的： 课程系统介绍了光电子学的基本概念、基本原理和基础理论，并阐明各种效应间的内在联系，以便学生掌握光电子学基本概念、基本原理与基础理论，并对光电子技术的全貌有清晰的了解，为进一步学习激光原理、微波与导波光学、光纤技术、光纤通信等课程奠立必要的基础，为今后从事光通信、光信息处理、光传感等方面的研究开发工作提供必要的基础知识，培养出适应本世纪科技发展方向、掌握较为系统、深入的光电子基础理论和实践能力的高级工程技术人才。 （六）教学内容： 本课程主要包括光学基础知识、光与物质的相互作用、激光原理、光的电磁理论和波动光学、光波导理论、光调制、光的探测和显示和光无源器件等几个部分。 （七）学时数、学分数及学时数具体分配（五号宋体加粗） 学时数： 72学时 分数： 4 学分 学时数具体分配：
（八）教学方式 以课堂讲授为主要授课方式 （九）考核方式和成绩记载说明 考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40% ，期末成绩占60% 。二、讲授大纲与各章的基本要求 第一章绪论 教学要点： 通过本章学习，使学生掌握光电子学的历史沿革、发展动态，重点掌握光电子学各研究内容及其发展动态，对光电子学应用领域、本课程的总体结构等有一个概括的了解。 1.了解光电子学的发展史。 2.明确光电子学的研究内容及其发展动态。 3.明确光电子学的应用领域。 4.了解光电子课程的总体结构。 教学时数：4学时
第一章光辐射与发光源 教学目的 1、掌握光波在各种介质屮的传播特性。 2、了解光度学基本知识。 3、了解热辐射基本定律 教学重点与难点 重点：光波在电光晶体、声光晶体屮的传播特性。 难点：光度学基本知识。 1.1电磁波谱与光辐射 1.电磁波的性质与电磁波谱 光是电磁波。 根据麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场E （或变化磁场产），在邻近区域将产牛变化的磁场看（或变化电场E）,这种变化的电场和变化的磁场不断地交替产牛，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。 电磁波具有以下性质： （1）电磁波的电场片和磁场芳都垂直于波的播方向，三者相互垂直，所以电磁波是横波。E、芳和传播方向构成右手螺旋系。 （2）沿给定方向传播的电磁波，E和产分别在各口平面内振动，这种特性称为偏振。 （3）空间各点E和产都作周期性变化，而且相位相同，即同时达到最大，同时减到最小。 ⑷ 任一吋刻，在空间任一点，E和产在量值上的关系为血￡ =亦//。 （5）电磁波在真空屮传播的速度为c = 丁勺“。，介质屮的传播速度为 u =0 电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X射线到了射线，都属于
波谱的一极小波段。图屮还给出了各种波长范围（波段）。 Mun L10” X/nm lxlO 6 - '极远 -J ?远 1 1 ＞屮 ＞近 ■ '1 ?橙 w ?绿 *蓝 - < ＞轧 ?近 ＞远 1 ? 声频电磁振荡 亳米波 红外光 紫外光 宇宙射线 10 — -1012 -1O 10 -106 -104 一」 —1()4 -10'8 L 1O 40 电磁波的范畴，只是波长不同而己。H 前己经发现并得到广泛利用的电磁波有 波长达104m 以上的，也有波长短到10-5nm 以下的。我们可以按照频率或波长 的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电 电磁辐射波谱 2.光辐射 以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、 成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在 lOnm-lmm,或频率在3xlO“Hz ?3xlO“Hz 范围内。一般按辐射波长及人眼的 牛理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可 见到紫外波段波长用nm 、在红外波段波长用pm 表示。波数的单位习惯用cm"。 可见光。通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光是波长在390?770nm 范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入人眼时， 人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色 和紫色。 紫外辐射。紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见，波长范围是1?390nm 。 细分为近紫外、远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气小几乎会被完全吸收, 只能在真空屮传播，所以又称为真空紫外辐射?。在进行太阳紫外辐射的研究小, 常将紫外辐射分为A 波段、B 波段和C 波段。 770 622 597 577 492 455 390 300 200 4xl04 1.5X106 可 见 光 6xl03
第一章信息与信息技术 【考点】描述信息的基本特征，了解信息技术的历史和发展趋势 【涉及教材章节】《信息技术基础》第一章第一、二节 ■这是一个充满信息的世界，生活中随时随地都能感受到丰富多彩的信息。能够随意举出身边的信息，了解信息的定义，构成世界的三大要素：物质、能量、信息。(P2) 信息的三种定义：香农----信息是“用来消除不确定的东西”。 维纳----信息是区别于物质和能量的第三类资源，是客观事物的基本存在 形式之一。 钟义信----信息是“事物运动的状态与方式”。 ●例题1．人类赖以生存与发展的基础资源是（ B ） A．知识、经济、能源B．信息、能量、物质 C．工业、农业、轻工业D．物质、材料、通信 ●例题2．现代社会中，人们把( d )称为构成世界的三大要素。 A．精神、物质、知识 B．财富、能量、知识 C．物质、能量、知识 D．物质、能量、信息 ●例题3：下列不能称为信息的是（ B ） A．报上刊登的广告B．高一的《信息技术》教科书 C．电视中播放的刘翔打破世界纪录的新闻D．半期考的各科成绩 ●例题4．关于信息，以下说法不正确的是__C_____。 A．信息需要通过媒体才能传播 B．信息可以影响人们的行为和思维 C．信息是特指计算机中保存的程序 D．消息、情报、数据和信号都称之谓信息 ●例题5．下面不属于信息表现形式的是___C____。 （A）声音（B）文字（C）磁带（D）图像 ●例题6．下面有关对信息的理解，哪句是错误的( C ) A．在一定程度上，人类社会的发展速度取决于人们感知信息、利用信息的广度和深度B．信息无时不在，无处不在，信息是我们行动决策的重要依据 C．电视机、电话机、声波、光波是信息 D．人类可以借助信息资源对自然界中有限的物质资源和能量资源进行有效地获取、分配和利用 ●例题7．下列关于信息技术的描述，正确的是( C ) A．现代通信技术的发展产生了信息技术 B．21世纪人类进入信息社会，信息、信息技术就相应产生了 C．有了人类就有了信息技术 D．有了计算机后就有了信息技术 ●例题8．以下说法正确的是( C ) A．信息技术对社会的影响有消极的一面，应该限制发展 B．网络上有许多不良信息，青少年应该积极抵制上网 C．面对信息技术的发展，我们对其既不要过度地崇拜，也不要因噎废食、盲目排斥D．随着计算机技术的发展，计算机的所有输入手段将全部由语音技术来代替 ■信息的一般特征(P3)： ①载体依附性价值性 ②可加工和可处理性 ③可脱离它所反映的事物被存储、保存和传播。 ④传递性和共享性，可以被重复使用而不会损耗。 ⑤时效性 ⑥真伪性 能够根据具体的信息，能判断出其体现了信息的哪个或哪些特征。
《光电子学基础》课程教学大纲（36学时） （理论课程） 一课程说明 （一）课程概况 课程中文名称：《光电子学基础》 课程英文名称：Optoelectronics foundation 课程编码：3910252215 开课学院：理学院 适用专业/开课学期：物理学/第六学期 学分/周学时：2/2 《光电子学基础》为物理学专业本科生的基础选修课，是他们进一步学习光电子技术及光电子技术应用的基础理论课，也是物理学专业学生今后从事相关工作、生产、科研等的必修课程。物理学专业，只有学习该课程，才能深入探究与光电子产业相关的技术知识。而学生对技术的应用正式毕节学院转型发展的需要。 课程的预修课程有《光学》、《大学物理实验》、《原子物理学》、《电动力学》、《半导体物理学》等。 （二）课程目标 本课程的目的在于使学生掌握光电子学的基本概念和基础知识，了解光电子技术在各个领域的应用及新成果。通过该课程的学习，为今后从事光通信、光信息处理、光传感等方面的研究开发工作提供必要的理论知识，使他们成为适应本世纪科技发展方向，掌握较为系统、深入的光电子基础理论和实践能力的中高级工程技术人才。 （三）学时分配 二教学方法和手段 教学方法以课堂讲授为主要授课方式，主要是利用多媒体电子教案进行理论
教学，教学中结合学生实际采取灵活的教学方法，加强基本理论的学习、掌握和应用，加强习题指导，培养学生动手能力和思维方法。 三教学内容 第一章绪论（2学时） 一、教学目标 通过本章学习，使学生掌握光电子技术的历史沿革、发展动态，重点掌握光电子技术各研究容及发展动态，对光电子技术的应用领域和本课程的总体结构有一个概括的了解。 二、教学重、难点 重点：了解光电子技术的发展史，明确光电子技术的研究内容、发展动态、应用领域和前景。 难点：光电子学的研究内容、发展动态及其应用领域。 三、主要内容 1．光电子技术的发展史 2．光电子技术的研究内容及其发展动态 3．光电子器件 4．光电子技术的应用 5．光电子学课程的总体结构 第二章光学基础知识（4学时） 一、教学目标 1．理解光的基本属性，掌握光的独立传播原理，理解光的偏振、干涉和衍射现象。 2．了解麦克斯韦方程的微分形式和积分形式。 3．掌握电介质的特性，了解电介质的分类。 4．推导电磁波场的波动方程，了解不同情况下波动方程的简化形式。 5．了解各种类型光波的表示形式，了解光在简单介质界面上的反射和折射，了解光学薄膜的干射和透射性质。 二、教学重、难点 重点：电介质的特性，电磁波场的波动方程，光在简单介质和光学薄膜上的反射和透射性质。 难点：高斯光束的波函数表达式和高斯光束的特性。 三、主要内容 1．光的基本属性、光的独立传播原理、光的偏振、干涉和衍射 2．微分形式和积分形式的麦克斯韦方程 3．电介质的分类和特性