一、绪论
激光发明年份；
什么叫光电子学、光电子技术？
列举几种光电子技术或光电子器件，至少 6种 典型的光电子（通信）系统由哪几部分构成。
二、光与物质相互作用基础
1、 光的本性，传播时表现为波动性，与介质相互作用时表现为粒子性；
2、 对于线性、均匀、各向同性介质，极化率7为标量；而在各向异性介质中， 电极化强度矢量P 和外电场E 不再平行，此时极化率■/变为二阶张量：P =z^-ijEj
3、 P 、D 、E 之间的关系
4、 辐射度量和光度量的区别
5、 辐射通量、光通量之间的换算关系
6、 亮度和照度的区别
7、 能带理论基本概念（价带、导带、禁带、禁带宽度）
1、 2、 4、
三、光波导（30分）
1、平面介质波导的结构（各层名称），各层介质的折射率关系；对称波导、非对称波导；
2、各层中的场分布：波导层中横向（光受限的方向）为驻波场，纵向为行波场；衬底和覆盖层中横向为振幅成指数规律衰减的消逝场,纵向为行波场；消逝系数、穿透深度
3、全反射时界面的相移公式；（不要求记忆，但要会用）
4、横向传播常数、纵向传播常数；有效折射率（模折射率）
5、模式本征方程，m为模序数；本征方程的图解（画图说明对称波导基模不会截止）
6、模式截止条件：P =k0n2 亠曳；截止波长；模式数量；单模传输条件；（注意对称波导和非对称波导的区别）
7、T E模、TM模的含义；
&光纤的结构参数：直径2a、数值孔径、相对折射率、弱导条件、归一化频率、单模条件；
9、偏射光线的纵向传播常量P ^ko n i cos?，其中申为轴线角，即光线和光纤轴的夹角；偏射光线可分为三类：非导引光线、导引光线（即导模）和泄露光线，对应0和申的范围要知道。
10、光纤的损耗公式dB/km
1、 光调制概念；改变哪些参数可以使光携带信息？类型：内调制、外调制；
2、 波矢面、折射率椭球、折射率面；
3、 正、负单轴晶体的定义；
4、 利用折射率椭球确定O 光和e 光的偏振方向、以及对应的折射率；
5、 给出电光系数矩阵，会写出加电场之后的新的折射率椭球方程 （原主轴坐 标系中）；会判断新椭球和旧椭球相比，主轴是否发生了倾斜；
KDP 晶体z 向（光轴）加电场后的新主轴折射率大小，以及感应主轴的 横向电光效应、纵向电光效应；对 KDP 晶体来说，两种效应各有什么优
（纵向电光效应结构简单、工作稳定，不受自然双折射影响，但半波电压较高，且需要制作透明电
极；横向电光调制通过选择晶体长度和厚度可以大大降低半波电压，缺点是存在自然双折射的相位延迟， 受温度影响较大，需要采取组合调制方式来消除，导致结构复杂化 、
&电光相位延迟公式，半波电压的公式，电光系数的测量方案设计
9、KDP 纵向调制器的调制特性曲线，知道透过率随偏压变化的函数表达式； 知道应该工作在什么区域；如何实现？两种方法。（加直流偏压V n /2、加1/4波 片；作用是让入射光沿X'和y'方向的偏振分量产生n /2的相位差）
横向调制时，晶体的三个棱分别为 X 、/和Z ；
电光开关，会设计加压式、退压式的电压开关。画出方案图，并解释工 弹光效应/声光效应的概念 两种声光衍射类型、判据（声光相互作用特征长度，注意公式中波长为介质中 工作条件的区别（声光作用长度、声波频率高低、入射角度） 布拉格衍射条件、布拉格方程、布拉格角（区分布拉格角、光束偏转角） 声光调制时，改变超声波 强度，衍射光强也随着改变； 声光偏转，改变声波的 频率，可以控制光的衍射 方向 自然旋光效应概念（1、偏振光入射；2、沿光轴入射不受双折射影响）、 法拉第旋光效应；二者之间的区别（光来回两次通过晶体，偏振方向改变角度
不 同）
18、磁光隔离器的原理图、工作原理
6、
方位； 7、
10、
11、 作原理 12、
13、
的波
长）、
1、三种物理原理：光电效应（重点）、光热效应、波相互作用
2、光电效应会受到光波长限制；光热效应不受光波长限制
3、光电效应分为外光电效应、内光电效应；内光电效应分为电导效应、光伏效应（会阐述各种效应的概念）
4、哪种效应做成的探测器响应速度快？为什么？（光电效应比光热效应快；光伏效应比光电导快）
5、光电导效应中，光电流的表达式，为提高光电流即需要提高内部增益G, 为提高G,需要选用载流子平均寿命长、迁移率大的材料，同时应减小电极间距。
6、光伏效应中，pn结的原来的内建电场方向（n T P）、光生电场方向
（p^n）、光生电流方向（n T P）；只有本征吸收所激发的少数载流子能引起光伏效应。
7、光探测器的性能参数：量子效率（概念及公式）、电压/电流响应度（灵敏度）、光谱响应、噪声等效功率（NEP）、探测度、暗电流、频率响应、响应时间8典型探测器：（了解）
《微电子测试分析》课程教学大纲 课程编号： 英文名称：Experiments of Microelectronics Measuring & Analysts 课程类别：必修 学分数：2 学时数(理论、实验分别表示)：32(4/28) 周学时：16 课内学时/课外学时：1/1 授课学期：第六学期 适用专业：电子科学与技术 前修课程：微电子物理基础、微电子器件基础、集成电路制造技术 考核方式：实验报告/实验能力综合考评 一、教学目的要求。 课程通过结合本专业培养方向、面向本(专)科生而设置，适用于本系宽口径，大平台教学模式，尤其适合于微电子专业学生。实验涵盖半导体物理、固体物理、晶体管原理、半导体集成电路、集成电路制造技术、半导体光电子学等课程。实验类型和种类注重多样性、综合性和系统性。实验教学要求学生熟悉和掌握所学课程相关的基本实验内容和原理，培养学生严谨、踏实、实事求是的科学作风和重视科学实验的思想意识，锻炼学生实际动手操作能力和科学的分析、思考、归纳、总结的工作方法。强调在实验中发现、检验真理，创新思维和综合素质的提高，加强其社会竞争性。努力为国家、社会打造更加优秀的专业人材！
二、课程主要内容及基本要求。（标“*”者为重点内容；标“△”者为难点） 三、课程主要环节及时数分配见下表： 一并见上表 四、教学的深度与广度 本实验的安排主要考虑到微电子技术中最主要的一些理论验证和制造过程中最基本的测试原理和方法，与专业课程教学紧密配合，锻炼学生实践动手、发现问题、解决问题的能力，面向本科生为主，使学生对本专业具有较为全面的了
解和掌握，培养其科学实验的态度和方法论。 五、对知识、能力结构、综合素质的要求 电子学科三年级以上本（专）科学生，具备一定先修课程基础和实验操作能力，对基本的实验方法和过程有所认识和理解，能完成实验必备的一些数据归纳、处理、计算能力和文档工作。具有重视实验，尊重科学的思想意识 六、与相关课程的衔接与配合 安排在专业基础和专业课讲授之中，实践环节和课程设计之前较好。这样配合专业课程教学，验证主要理论概念，教学实验相辅相成，既加深理论知识掌握和理解，又为实验开展提供理论依据，并为将开始的课程设计、科研与工程实践环节，毕业设计做好准备。 七、主要教学方法 根据课程时间、学生人数及实验要求，排出实验安排一览表。学生按一览表安排预习实验指导书，上课时教师讲解实验原理、演示实验方法。学生分组实验，有问题实验老师进行指导，整个课程按每项实验滚动安排进行。学生每组2-3名，4课时完成一项实验。动手实验和记录可分工进行然后交换，强调每名学生都要动手操作，归纳分析计算实验数据，给出实验结果，并按实验报告要求和格式完成实验报告。原则上下次实验交上次实验的实验报告。必要时就实验存在问题专门讲解指导。实验倡导实事求是、突破创新的实验方法和生动有趣、胆大心细的实验氛围。 八、CAI课件、多媒体等现代教育技术手段的应用。 必要时课件、多媒体相关内容演示，辅助教学或提供学生课外自修。 九、培养学生创新意识和能力的主要措施。 具有良好的实验平台及宽松的实验环境，加强基本理论和正确概念的理解，提倡自主设计实验方法和操作手段，鼓励学生积极讨论和质疑，对学生的创新意识和创新苗头加以肯定和扶持，培养学生具有重视科学，重视实验，勇于发现真理的良好品质和实际动手能力。 十、检查教学效果和评价学生学习质量的方式与方法。 课堂检查：每位同学实验投入状况 作业检查：实验报告完成情况 十一、教科书及主要教学参考书。 [1]九院校编写组，微电子学实验教程，东南大学出版社，1991
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，
理论（含课内实验）课程教学大纲模板 《光电子技术》教学大纲 一、课程基本信息 1、课程名称:光电子技术：全称（英文）Optoelectronics Technology 2、课程代码：B1309064 3、课程管理：数理学院应用物理教研室 4、教学对象：应用物理 5、教学时数：总时数48 学时，其中理论教学32学时，实验实训16 学时。 6、课程学分：3 7、课程性质：专业选修课程 8、课程衔接： （1）先修课程：光学、电磁学、原子物理学、量子力学、模拟电子技术 （2）后续课程： 二、课程简介 光电子技术是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的，是一门新兴的综合性交叉学科，已经成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分，以光电子学为基础的光电信息技术是当前最为活跃的高新技术之一。该课程介绍光电子技术的理论和应用基础，介绍光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展。该课程在阐明基本原理的同时，突出应用技术，使学生能够把握光电子技术的总体框架，有兴趣、有信心投入实践和创新活动。 三、教学内容及要求 第一章光电系统的常用光源 （一）教学目标 掌握常用的光源及光度学的基本知识；了解发光二级管的新进展。 （二）教学节次及要求 第一节辐射度学和光度学的基础知识 1、掌握辐射度学和光度学的基础知识； 2、了解辐射度学和光度学之间的关系与联系。 第二节热辐射光源 1、掌握热辐射光源的基本原理； 2、了解黑体辐射器、白炽灯和卤钨灯的原理。 第三节气体放电光源 1、掌握气体放电光源； 2、了解气体放电光源的特点以及各种不同类型的气体放电光源。 第四节激光器 1、掌握激光器的基本原理以及半导体激光器的结构； 2、了解各种不同的激光器的发光机理。
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
《发光材料与显示》课程教学大纲 课程代码：090642002 课程英文名称：Luminescent Materials and Display 课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0 适用专业：光电信息科学与工程专业 大纲编写（修订）时间：2017.10 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 《发光材料与显示》是光电信息科学与工程专业的一门专业任意选修课。本课程的目的在于介绍发光的基本理论和基本知识，掌握发光与显示这一过程中的物理原理和规律，对目前发光材料在生产生活中的应用和发展有较深入的了解。本门课在该专业培养计划中起到延伸与补充的作用。 教学目的： 通过发光材料与显示的教学，使学生了解发光的定义及分类、掌握发光基本物理过程及现象，了解发光材料制备、表征、测量、分析的基本方法，对半导体发光、分立中心发光、特殊结构物质的发光有所了解，了解发光在照明、灯源、显示、探测领域的应用。本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论和基本方法的教学外，还要让学生了解本学科的发展前沿，以及在教学过程中逐步培养学生的创新思维和创新能力。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：了解发光的定义及分类、掌握发光基本物理过程及现象，了解发光材料制备、表征、测量、分析的基本方法等。 2.基本理论和方法： 本课程主要包括发光的定义及分类、基本物理过程及现象、半导体的发光、分立中心的发光、发光在照明和其他光源中的应用、显示技术、发光在探测中的应用、主要发光材料、发光材料的制备、发光材料的表征及测量技术、视觉与颜色、发光分析。通过教学的各个环节使学生达到各章中所提的基本要求。 3.基本技能:掌握用理论知识解决实际问题的能力等。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 2．教学手段：本课程在教学中采用板书与电子教案、多媒体教学系统等先进教学手段相结合的方式，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有高等数学、基础物理学、固体物理、半导体物理、量子力学、数学物理方法、电子技术基础、物理光学、现代应用光学、量子力学、光电子学，光学检测技术，非线性光学原理与应用等。 （五）对习题课的要求 1．对重点、难点章节应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。 2．课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计计
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
华中师范大学 研究生课程论文 论文题目脉冲宽度的测量和巨脉冲激光器完成时间 课程名称 专业 年级
目录 摘要 (1) 引言 (1) 1 脉冲宽度的测量 (1) 1.1 二次谐波法 (1) 1.2 二次谐波系统 (1) 1.3 几种测量飞秒脉冲宽度的方法 (2) 1.3.1 FROG测量法 (2) 1.3.2 SPIDER测量法 (3) 1.4小结 (3) 2 巨脉冲激光器 (3) 2.1 调Q技术的概念 (3) 2.2 调Q技术的方法 (4) 2.3 调Q技术的工作原理 (4) 2.4锁模法压缩脉宽 (4) 2.5 巨脉冲激光器的应用 (5) 2.6小结 (5) 3光子学课程学后感 (5) 3.1课堂所学所感 (5) 3.2自己讲课的感悟 (5) 3.3课后的展望 (6) 4 总结 (6) 参考文献 (7)
脉冲宽度的测量和巨脉冲激光器 摘要：本文主要论述了锁模超短脉冲的测量方法，介绍了二次谐波法测锁模超短脉冲的原 理和装置。本文简要介绍了巨脉冲激光器的原理，浅层次论述了调Q技术，简要介绍了几种调Q方法。 关键词：锁模超短脉冲；二次谐波法；巨脉冲激光器；调Q技术 引言：激光自出现以来一直朝着提高功率、扩展波长范围、缩短脉冲宽度以及全固态化、 小型化以至微型化方向发展。因此研究超短脉冲激光和巨脉冲激光器具有重要的理论意义和应用前景。本论文主要结合所讲课程，在原理上浅层次介绍锁模超短脉冲的测量与巨脉冲激光器的工作原理。本分主要分为三个章节：第一章节介绍了锁模超短脉冲的测量，即二次谐波法；第二章节介绍巨脉冲激光器的工作原理；第三个章节介绍了自己对光电子学这门课程的理解以及自己在课堂上所学到的知识点。 1 脉冲宽度的测量 关于脉冲宽度测量的问题，本文论述主要针对激光脉冲宽度的测量。激光脉冲的测量主要分为普通激光脉冲宽度的测量与超短激光脉冲宽度的测量。普通激光脉冲宽度的测量，是利用光电二极管或其他光电转换器件将光信号转换成电信号后输入示波器进行测量，该方法测量的激光脉冲的宽度极限为亚纳秒量级。超短激光脉冲的测量方法主要有条纹照相机或双光子荧光（TPF）法、二次谐波（SHG）法等方法。 由于锁模超短激光脉冲其脉冲宽度极窄，可以得到极高的峰值功率密度，应用领域较广。因此测量锁模超短脉冲的宽度问题，在实际应用和理论分析中都十分重要。本文介绍方法主要采用二次谐波法测量锁模超短脉冲。 1.1 二次谐波法 二次谐波法主要采用了自相关倍频的原理，将时间测量转化到空间进行测量，然后通过计算得到脉宽，用该方法可以测量飞秒量级的脉冲宽度。二次谐波法由于其较高的精度，成为一种广泛被应用的方法。 1.2 二次谐波系统 图1.2表示测量锁模脉冲宽度的二次谐波系统。激光器发射一连续的锁模脉冲，每个脉 冲被分束器分为两个强度相等的脉冲。其中一个脉冲与另一个脉冲相差为s（通过改变步进电机的转速可以改变时差），然后两个脉冲在非线性光学晶体中汇合。由晶体产生的二次谐波入射到一个探测器，其输出电流在时间轴的宽度长于光脉冲宽度，以此实现对锁模超短脉冲宽度的测量。该方法主要通过测量SHG信号，可以获得二阶自相关函数，由此推算出
《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
课程教学大纲 任课教师：褚君浩 课程名称：物理电子学前沿讲座 （Forefront of Physical Electronics） 一、课程目的、任务： 物理电子学是近代物理学、电子学、光电子学、量子电子学、超导电子学及相关技术的交叉学科，主要在电子工程和信息科学技术领域内进行基础和应用研究。近年来该学科发展迅速，不断涵盖新的学科领域，促进了电磁场与微波技术、微电子学与固体电子学、电路与系统等二级学科以及信息与通信系统、光学工程等相关一级学科的拓展，形成了若干新的科学技术增长点，如光波与光子技术、信息显示技术与器件、高速光纤通信与光纤网等，成为信息科学与技术发展的重要基础之一。因此，开设《物理电子学前沿讲座》课程，向学生介绍本学科最新的研究成果和发展方向，使学生能接触到本领域的前沿研究内容，对学生的知识面扩充有着重要作用。 1、通过本课程的教学，使学生对本领域的最新研究成果有所了解，对所学专业课程的应用有更全面的认识，使学生对科研工作的方法有初步的了解，培养学生对科研工作的兴趣。 2、培养学生严谨的科学态度和科学的思维方法，帮助学生提高分析问题和解决问题的能力，激发学生的探索热情和创新精神。 二、课程内容： 就物理电子学所涉及的超快光学、红外光电子学、新能源、新型存储器件、自旋电子学等十几个具体领域的基础知识、关键物理问题、最新研究成果、应用前景等方面进行介绍。 三、教学方式、实践环节的特色： 1、由主讲教师牵头，邀请各领域的专家进行专题讲座，通过课堂交流和答疑，增进学生对该领域的具体问题的理解； 2、通过组织学生讨论和小论文的形式，引导学生发挥积极性，有目的的对本领域的某一具体问题进行较为深入的学习，使学生初步掌握文献调研的能力。 四、教材及参考书目： 参考书目 (1) 窄禁带半导体物理学，褚君浩，科学出版社。 (2) Device Physics of Narrow Gap Semiconductors, Junhao Chu and Arden Sher, Springer。 (3) Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductors, Junhao Chu and Arden Sher, Springer。 五、考核方式与评价结构比例： 考查课。期末考查采用小论文方式。学生成绩的评定方法为： 总成绩 = 期末考试成绩×60% + 平时成绩×40% 六、讲授大纲：（两级目录） 专题一红外光电子学（褚君浩） 专题二太阳能应用及发展（褚君浩） 专题三窄禁带半导体（褚君浩） 专题四超快光电子学（陈晔） 专题五新型存储器（待定） 专题六有机光电子（田禾or 彭辉）
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
《光学A》课程教学大纲 课程名称：Optics 课程编号：132016 总学时数：80学时讲课学时：64学时实验学时：16学时 学分：5学分 先修课程：高等数学、力学、热学、电磁学 教材：姚启钧原著，光学教程（第三版）.北京:高等教育出版社2002.7 参考书目：赵凯华钟锡华，光学．北京：北京大学出版社，1984.1 刘坤英范汝盐主编，光学.北京：中国科学技术出版社，1994.8 《课程内容简介》： 《光学》课程内容包括：几何光学及物理光学两大部分,以物理光学为主。物理光学分波动光学和量子光学两大板块，以波动光学为主。第一章主要讲述几何光学的基本原理及基本成像仪器。波动光学中首先设置波动光学通论一章，介绍波的时空周期性及其数学描述，进而从波的叠加观点分析各种波的合成方式及其结果，从中引入偏振光的概念；最后系统讨论光在各项同性介质界面的反射与折射。然后分别以三章内容，系统而详尽的讲解光的干涉、衍射和偏振现象，说明其物理成因、数学处理方法、各种干涉、衍射图样的特征及形成条件，以及一些有关光学仪器及器件的原理和应用。第六章介绍光的吸收、色散和散射现象。第七章从经典物理处理黑体辐射时的困难入手引入光的量子性，进而介绍支持光的量子性的一系列实验，深化对光的本性的认识，并以光的波粒二象性对全书的基本观点进行总结。 一、课程性质、目的和要求 《光学》是为物理系本科生物理学专业学生开设的一门必修基础课。是培养物理专业人才的专业课程之一，在教学培养计划中列为主干课程。 通过本课程的学习，使学生逐步掌握波动光学，几何光学及量子光学的基本原理及研究有关问题的思路和方法，在获取知识的同时，学生建立物理模型的能力、定性分析、估算与定量计算的能力，独立获取知识的能力，理论联系实际的能力获得同步提高与发展。开阔思路，激发探索和创新精神，增强适应能力，提升其科学技术的整体素养。通过本课程的学习，使学生掌握科学的学习方法和形成良好的学习习惯，养成辩证唯物主义的世界观和方法论。通过本门课程的学习，使学生系统地掌握有关光学的基本概念、基本规律和基本的计算方法，培养学生分析和解决问题的能力，为学习后续课程以及今后的工作打下基础。 通过本课程的学习，应使学生达到如下要求： （１）掌握光学的基础理论、基础知识、基本技能和光学的整体结构。并初步具备近代光学及其应用的物理基础。
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