2014/4/21
1 2014/4/21 2 目 录
1. 辐射复合和非辐射复合
1.1 辐射复合
1.2 非辐射复合
2. 半导体中的光发射
2.1 自发辐射
2.2 受激辐射
3. 光吸收
3.1 几种光吸收
3.2 带间跃迁光吸收
3.3 自由载流子光吸收
4. 阈值条件
5. 光增益谱
3
heterojunctions ~0.5μ
m
~250
μm ~150μm
Emitting spot
Stripe contact
Dielectric (oxide)
Key elements
Direct electrical injection by p-n junction: population
inversion of gain medium
Internal optical waveguide
Mirrors to form an optical cavity
激光的三个基本要素
产生激光的物质
粒子数反转
谐振腔
4 量子阱激光器的能带图
cladding cladding current
waveguide Active region Lz ΔEv n N P eVf ΔEc Quantum well Wide-gap materials
confine the light: guide
the amplified optical
mode.
Quantum well confines
carriers and provides the
optical gain .
Forward bias injects
carriers into the well to
invert the population.
5 Intensity
Distance, z, across waveguide
Core
Well Cladding Bandgap Γ= Energy coupled to well
光电子学 教学大纲
科目名称：光电子学
课程类别：专业课
主讲教师：XXX
学分：3 学分
学时：54 学时（27 周）
前置课程：电磁场与微波技术
一、课程目标
本课程旨在使学生全面了解光电子学的基本原理和应用，培养学生在光电子学领域的分析和解决问题的能力。
二、教学内容
1. 光电效应
1.1 光电效应的基本概念
1.2 光电效应的量子理论
1.3 光电效应的应用
2. 光电子器件
2.1 光电二极管的原理与特性
2.2 光电导、光电二极管和光电三极管的应用 2.3 光电子放大器的原理和应用
3. 光波导理论
3.1 光波导的基本原理
3.2 单模和多模光纤的特性与应用
3.3 光纤接口技术
4. 光通信系统
4.1 光通信的基本原理
4.2 光纤通信系统的构成和组成
4.3 光通信系统中的调制和解调技术
4.4 光纤通信系统的网络结构
5. 光存储技术
5.1 光存储的基本原理
5.2 光盘和光碟的结构和工作原理
5.3 高密度光存储介质技术
6. 光触媒材料与应用
6.1 光触媒材料的基本原理
6.2 光触媒的合成与表征 6.3 光触媒在环境净化和能源领域的应用
三、教学方法
1. 理论讲授：通过课堂教学，对光电子学的基本概念、原理和应用进行系统性讲解。
2. 实验教学：通过光电子学实验，培养学生的实验设计和数据分析能力。
3. 讨论与案例分析：通过小组讨论和案例分析，引导学生思考和解决实际问题。
4. 学术报告：鼓励学生进行光电子学相关领域的学术研究，并组织学术报告会，提升学生学术交流能力。
四、考核方式
1. 平时表现：包括出勤情况、课堂讨论和实验表现。
2. 期中考试：对学生对光电子学基本概念和原理的理解进行测试。
3. 课堂作业：通过书面作业，检验学生对光电子学的掌握程度。
第三章 阶跃折射率光纤
本章知识导图
§3-1 几何光学分析法
教学目标 1、了解几何光学分析的基本思路；2、理解数值孔径、时延差的概念；3、了解斜光线与子午光线在传播上差异；
教学重点 1、理解数值孔径和时延差的概念；2、理解时延差与带宽的关系
教学难点 1、斜光线时延差的推导
教学方法 讲授
教学形式 多媒体
学时分配 2课时
作业 无
§3.1-1 阶跃折射率光纤中子午光线的传播
一、子午光线
在任何一根光纤中，通过光纤中心轴的任何平面都称为子午面，它有无穷多个；
位于子午面内的光线称为子午光线，它在光纤端面上的投影即为光纤端面上的直径或是一个点。
二、全反射条件 • 见图，n1, n2分别为纤芯和包层材料的折射率，n0为周围介质的折射率，在界面上，若满足
• （ 斯涅尔定律 ）
则ψ 就是全反射的临界角，记作ψc。
三、数值孔径
四、子午光线的时延差
1、渡越时间
2、模间色散 ,221SinnSinn
3、传输带宽
4、传输容量限制
§3.1-2 斜光线的传播
1、 斜光线全反射条件
2、斜光线数值孔径
3、最大时延差
§3-2 波导场方程及导模场解
教学目标 1、了解导模场方程的特点；2、推导导模场解
教学重点 1、导模场方程的特点；2、纵向场的物理意义；3、横向场的推导
教学难点 横向场的推导
教学方法 讲授
教学形式 多媒体
学时分配 1课时
作业 无 圆柱波导中场解的描述形式
标量模 矢量模
一、纵向分量的场解
纵向分量解的形式：
径向分量满足的方程：
第一类贝塞尔函数Jl(x)
可解得：
222212222222221010dFrdFrlkFrdrrdrrdFrdFrlkFrdrrdrr()()()zzerFrhr() (0)(,)(,)() ()illzzillAUrJeraBaerhrCWrKeraDa2222201Ukna2222202Wkna【例题1】光纤的纤芯折射率n1=1.5，包成的折射率n2=1.48，纤芯半径a=2μm，入射光的波长628nm，光纤内的纤壁入射角为φ=850。求此光纤的归一化频率，芯区的纵向传播常数和横向传播常数，芯区和包成的横向归一化传播常数。
Chapter1 Optical Properties of Semiconductors 半导体光学特性
一．复折射率的实，虚部的意义：
Refractive index nr
21/2'''0/()rrrcncvinin
'''rrTherealpartofindexnspeedoflightTheimaginarypartofindexnattenuationoflight
二．折射率与增益吸收系数的关系：
Absorption coefficient α
The absorption coefficient αis described by the absorption of the intensity.
00(),(),1zzIzIedIIedzdIIdz
传播单位距离相对光强的吸收量。量纲：/cm.
三．电子与光子相互作用遵守能量与动量守恒：表达式：
课件1-1P16,17图：失去一个光子（光子被电子吸收），得到动量改变，光子数减一，能量从光场转变到电场，满足能量，动量守恒。
A schematic of an absorption process where a photon is absorbed (destroyed)
and the energy and momentum of the electron is altered; the emission of a
photon where a photon is created.
P18, Band to band absorption and emission in semiconductors. An electron in
the valence band absorbs a photon and moves into the conduction band; In the
