光电子复习

光电子复习

第一章

1、原子有哪三大跃迁过程，热平衡时粒子，数密度按能级的分布规律是什么？

2、根据激光器输出光斑图样判断他们的模式（用TEMmn表示）

3、某原子符合选择定则的两个能级之间的自发跃迁几率A21=105s-1，则其自发发射寿命是多少？

4、什么是亚稳能级？和一般能级的区别是什么？

5、光学的谐振腔的基本结构是怎样的？腔的谐振条件是什么？什么是谐振频率？怎么表示？

6、稳定共轴球面腔中的模可表示成怎样的形式？基膜高斯光束的等相位面上的光斑半径，等相位面的曲率半径，高斯光束的共焦参数分布是什么？

第二章

1、激光的损耗有哪些表示？光学谐振腔用品质因数Q表示它的损耗，Q为多少？

2、激光内调制有哪些调整方法？其结果怎样？

3、什么是激光的纵模和横模？

4、激光腔的主要作用有哪些？

第三章

1、典型的激光器中，产生激光的是工作物质中的某一元素，四种主要的激光器所产生的激光波长分别是多少？

第六章

1、激光的全息存储的特点是什么？

2、光盘的主要类型有哪些？

3、可擦重写光盘是如何写、读信息的？

第七章

1、光伏探测器的工作模型有哪两种？分别是怎样的？

2、常用的探测器有哪些？

3、画出三相线阵CCD的脉冲信号图，并根据信号图说明三相线阵CCD的工作原理。

4、几种主要光敏电阻的光照特性曲线。

5、画出光电二极管和光电三极管的工作电路图，其工作原理是什么？

第八章

1、KDP晶体沿Z轴加电场后，折射率发生怎样的变化?

2、什么是布喇格方程？

3、光纤按传播的模式的多少可分成几种光纤？按折射率分布特点分呢？按材料分常见有什么光纤？

4、光在介质中的线性效应又叫什么效应？光在介质中的非线性效应主要有哪些效应？

5、发生拉曼-纳斯衍射做允许的最大晶体长度是多少？

第九章

1、按辐射波长级人眼的生理视觉效应，可将光辐射分成几个部分？

2、如何实现电光调整？声光调整？磁光调整？电光波导调制？声光波导调制？

第十二章

1、光纤通信系统中，系统的重要组成部分有哪些？

29、莫尔条纹的计数原理是什么？

30、激光在工业、军事上有哪些应用？

最新光电子学与光学

光电子学与光学

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

光电子学基础知识

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，

光耦选型经典指引

光耦选型经典指南 一、文档说明： 针对光偶选型，替代，采购，检测及实际使用过程中出现的光偶特性变化引起的产品失效问题，提供指导。 光耦属于易失效器件，选型和使用过程中要特别的小心。 目前发现，因光偶的选型，光偶替代，光偶工作电流，工作温度设计不当等原因导致产品出现问题，如何减少选型，设计，替代导致的产品问题，这里将制订出相关指导性规范。 二、原理介绍： 光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。光电耦合器分为很多种类，图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。 当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。 图一最常用的光电耦合器之内部结构图三极管接收型 4脚封装

图二光电耦合器之内部结构图三极管接收型 6脚封装 图三光电耦合器之内部结构图双发光二极管输入三极管接收型 4脚封装 图四光电耦合器之内部结构图可控硅接收型 6脚封装 图五光电耦合器之内部结构图双二极管接收型 6脚封装

光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使通道上的信号杂讯比大为提高，主要有以下几方面的原因： （1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。 （2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。 （3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。 （4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。 内部结构图及 CTR 的计算方法： 规格定义 CTR：Ice/I F *100% (检测条件：I F =5 ma Vce=5V, 2701，2801 系列)

光电子学与光学

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 40

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 41

吉林大学“十五” “ 211工程”重点学科建设项目论证报告 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 42

光电子学与光子学讲义-作业答案(第1、2章)13版.doc

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

天津大学809光电子学基础考研大纲及参考书(更新)

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。

光电子技术基础基本概念

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

光电子学与光子学讲义-知识要点资料

光电子学与光子学讲义-知识要点

《光电子学》知识要点 第0章 光的本性,波粒二像性, 光子的特性 第一章 1．了解平面波的表示形式及性质，了解球面波、发散波的特点 2．理解群速度的定义及物理意义和光波波前的传播方向的矢量表示、能量的传播方向的矢量表示 3．理解描述反射和折射的菲涅尔公式的物理意义，掌握垂直入射情况下的反射率和透射率的计算公式和布儒斯特角 4．理解全反射情况下导引波和倏逝波的形成和特点，了解古斯-汉森位移。5．掌握垂直入射时反射系数的公式，理解反射率和透射率定义，不会计算6．掌握布儒斯特角的定义和特点。 7．掌握光波相干条件。理解薄膜干涉的物理机制和增透膜、增反膜的形成条件。 8．FP腔的特点和模式谱宽同反射镜反射率之间的关系。 9．了解衍射现象产生条件，理解波动光学处理光的衍射的基本方法。了解单缝、矩形空、圆孔的衍射图案特征和弗朗和费多缝光栅、衍射光栅、闪耀光栅的特点。 10．理解光学系统的分辨本领的决定因素。什么是瑞利判据？理想光学系统所能分辨的角距离公式。 第二章

1．了解光波导的结构特征和分类，理解平面波导导模形成条件，会利用一种方法推导平面介质波导的导波条件（特征方程），截止状态的特点 2．理解光纤色散的概念，掌握材料色散、波导色散、颜色色散、剖面色散、偏振模色散的特点及形成原因 3．了解阶跃折射率光纤的分析方法及相关参数的物理意义，会利用V参数计算光纤的结构参数 4．掌握光纤中的损耗的成因及分类，掌握损耗的描述和计算。 5．了解G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、色散补偿光纤的特点,熟悉G.652的主要参数。 第三章 1．了解pn结的空间电荷区的形成、掌握pn结动态热平衡的物理意义。 2．了解pn结外加正向偏压和外加反向偏压时的特性（空间电荷区、势垒以及载流子的变化规律）。 3．掌握LED的工作原理（即pn结注入发光的基本原理）并理解同质结LED 和异质结LED的区别 4．掌握LED的内量子效率与外量子效率的物理意义，和有源区半导体材料带隙宽度与发射波长的关系，以及温度等因素对发射波长的影响 5．理解LED特性参数（光谱宽度，发散角，输出光功率，调制速度，阈值）的物理意义，了解LED结构的特点。 6．理解双异质结实现高亮度LED的原因。 第四章

天津大学809光电子学基础考研资料 真题笔记

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)；

石墨烯光子学和光电子学

Nature Photonic | VOL 4 | SEPTEMBER 2010 Graphene photonics and optoelectronics F. Bonaccorso, Z. Sun, T. Hasan and A. C. Ferrari 石墨烯在光学和电子学方面的丰富的特性引起了广泛关注。除灵活性、鲁棒性和环境稳定性之外，石墨烯还具有高移动性和光透明性。目前的研究焦点是其基础物理和电子器件。但是，我们认为其真正的潜力在于光子学和光电子学方面，其独特的光学和电子性质的结合可以得到充分利用，甚至在没有带隙的情况下，利用狄拉克电子的线性色散也能实现超宽带可调谐性。最近的一些研究成果显示了石墨烯在光子学和光电子学方面的兴起，从太阳能电池和发光器件到触摸屏、光电探测器和超快激光器。 1、引言 电子在石墨烯二维结构中运动时，其能量和动量之间满足线性关系，从而表现为无质量的狄拉克费米子[1-3]。因此，石墨烯的二维带电粒子气的电子特性可由相对论狄拉克方程来描述（而不是有着有效质量的非相对论薛定谔方程[1,2]），其类似于粒子的载流子具有零 质量和约为1610-?s m 的等效的“光速”。 石墨烯具有各种为二维狄拉克费米子所特有的输运现象，如特定整数和分数量子霍尔效应[4,5]，甚至当载流子的浓度趋于零时[1]，也具有约为h e /42 的“最低”电导率，以及Berry ’s 相所带来的具有π相移的Shubnikov –de Haas 振荡[1]。在悬浮样品中观测到的迁移率（μ）高达112610--s V cm 。将此特性与室温下的近弹道输运相结合，使石墨烯在纳米电子材料方面有潜在的应用[6,7]，特别是在高频方面[8]。 石墨烯也有显著的光学性质。例如，尽管它仅有单原子厚度，但具有光学可视性[9,10]。其透射率（T ）可根据细微结构的参数来表示[11]。狄拉克电子的线性色散带来了宽带方面的应用。由于泡里阻塞而观测到饱和吸收[12,13]。非均衡载流子导致热照明[14,17]。化学和物理处理也能导致发光[18,21]。上述这些性质使石墨烯成为了理想的光子和光电材料。 2、电子和光学特性 2.1 电子特性 单层石墨烯（SLG ）的电子结构可用紧束缚哈密顿算符来描述[2,3]。由于键和反键σ-带在能量上完全分离（>10ev 在布里渊区中心Γ），可在半经验计算中将其忽略，仅保留剩

电子的最大初动能与入射光的强度

图1光电效应实验原理图3.2光电效应测定普朗克常数 1887年，赫兹在做电磁波的发射与接收的实验中，发现了光电效应现象。1905年爱因斯坦在普朗克能量子假说的基础上提出“光量子”假说，圆满地解释了光电效应，并给出了光电效应方程。约十年后密立根以精确的光电效应实验证实了爱因斯坦的光电效应方程，并精确测出了普朗克常数h （公认值h=6.626075540×10-34J ·s ）。爱因斯坦和密立根因在光电效应方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理奖。 而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域，利用光电效应制成的光电元件（如光电管、光电池、光电倍增管等）已成为生产和科研中不可缺少的器件。 【实验目的】 （1）了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。 （2）验证截止电压与入射光频率的正比关系，测量普朗克常数h 。 （3）研究光电管的光电流与其极间电压的关系。 （4）验证光电效应中关于饱和电流与光强的正比关系。 【实验原理】 以一定频率的光照射在金属表面上，有电子从金属表面逸出的现象称为光电效应。把产生光电效应的金属板K 接电源负极，称为光电阴极（光电阴极往往由电子逸出功较小的金属化合物制成，这样就能在较低频率的光照下有光电子逸出）；把另一块金属板A 接电源正极，并把它们一起封装在抽成真空的玻璃壳里就成了光电管。光电管在现代科学技术中，如自动控制、有声电影、电视、以及光讯号测量等领域都有重要的应用。 观察光电效应规律的实验装置如图（1）所 示。在光电阴极K 与阳极A 之间加上电压（称 为极间电压），则K 、A 之间形成电场。平时K 、A 之间绝缘，电路中没有电流通过。当用适当频 率的光照射到光电管阴极K 上，产生的光电子 在电场的作用下向阳极A 迁移，于是回路中就有了流，在电流计上有读数I ，，这个电流值与 无光照射时的电流I g （称为暗电流,由于热电子发射、漏电等原因产生的）之差I ω叫光电流(I ω=I-I g )。本实验所用光电管的暗电流非常小（≤2×10-12A ），可以用回路里的电流I 代替光电流I ω。 改变改变外加电压U ，测量出光电流I ω的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。 光电效应有如下实验的规律： （1）饱和电流I ω0：光强一定时，光电流随着极间电压的增大而增大，并趋于一个饱和值I ω0，对不同的光强，I ω0与入射光的强度P 成正比。 （2）截止电压U 0：当光电管两端加反向电压时，光电流迅速减小，但不立即降为零，直至反向电压达到U 0时，光电流为零，U 0称为截止电压。这表明此时静电场力对光电子所做的功等于光电子的最大初动能： （1） 2021mu eU 0=

光电子学与光子学讲义-知识要点

《光电子学》知识要点 第0章 光的本性,波粒二像性, 光子的特性 第一章 1．了解平面波的表示形式及性质，了解球面波、发散波的特点 2．理解群速度的定义及物理意义和光波波前的传播方向的矢量表示、能量的传播方向的矢量表示 3．理解描述反射和折射的菲涅尔公式的物理意义，掌握垂直入射情况下的反射率和透射率的计算公式和布儒斯特角 4．理解全反射情况下导引波和倏逝波的形成和特点，了解古斯-汉森位移。5．掌握垂直入射时反射系数的公式，理解反射率和透射率定义，不会计算6．掌握布儒斯特角的定义和特点。 7．掌握光波相干条件。理解薄膜干涉的物理机制和增透膜、增反膜的形成条件。8．FP腔的特点和模式谱宽同反射镜反射率之间的关系。 9．了解衍射现象产生条件，理解波动光学处理光的衍射的基本方法。了解单缝、矩形空、圆孔的衍射图案特征和弗朗和费多缝光栅、衍射光栅、闪耀光栅的特点。10．理解光学系统的分辨本领的决定因素。什么是瑞利判据？理想光学系统所能分辨的角距离公式。 第二章 1．了解光波导的结构特征和分类，理解平面波导导模形成条件，会利用一种方法推导平面介质波导的导波条件（特征方程），截止状态的特点 2．理解光纤色散的概念，掌握材料色散、波导色散、颜色色散、剖面色散、偏振模色散的特点及形成原因 3．了解阶跃折射率光纤的分析方法及相关参数的物理意义，会利用V参数计算光纤的结构参数 4．掌握光纤中的损耗的成因及分类，掌握损耗的描述和计算。 5．了解G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、色散补偿光纤的特点,熟悉G.652的主要参数。

第三章 1．了解pn结的空间电荷区的形成、掌握pn结动态热平衡的物理意义。 2．了解pn结外加正向偏压和外加反向偏压时的特性（空间电荷区、势垒以及载流子的变化规律）。 3．掌握LED的工作原理（即pn结注入发光的基本原理）并理解同质结LED和异质结LED的区别 4．掌握LED的内量子效率与外量子效率的物理意义，和有源区半导体材料带隙宽度与发射波长的关系，以及温度等因素对发射波长的影响 5．理解LED特性参数（光谱宽度，发散角，输出光功率，调制速度，阈值）的物理意义，了解LED结构的特点。 6．理解双异质结实现高亮度LED的原因。 第四章 1．了解自发辐射、受激吸收和受激辐射概念、激光产生的条件和模式的概念，熟悉光学谐振腔的功能和特点。 2．理解半导体激光器粒子数反转的条件，和实现方法。 3．掌握PN结激光器的激射原理、稳态激射条件和特征，阈值状态的定义和特征。 4．理解半导体激光器的主要性能参数，掌握计算阈值电流、功率转换效率、斜效率、外量子效率和外差分量子效率、空间模式、光束发散角、纵模、线宽的物理意义 5．边发射半导体激光器发射光束存在的缺陷。 6．实现半导体激光器单纵模工作可采用哪几种方法？ 7．降低半导体激光器阈值电流的两种方法。 8．掌握宽接触半导体激光器和条形激光器、增益导引(gain guided)激光器与折射率导引（index guided）激光器掌握增益导引(gain guided)激光器与折射率导引（index guided）激光器结构上的差别，折射率导引激光器的优点 9．了解DFB、DBR单模半导体激光器在结构上的特点。

光电子的发展趋势及应用

光用 电 子 技 术 发 展 态 势 及 应

光电子技术发展态势及应用 1.光电子学的出现和发展 光学的发展历程古老而又漫长，电子学的发展则相对较短。光子学和光子技术可以认为是从1960年激光器诞生才开始出现的一门新型科学与技术。电子学和电子技术是20世纪发展起来的科学技术，现已处于高度发展的水平，广泛的应用于社会各个领域，并且已渗透到日常生活之中，目前正由微电子学与技术向纳米电子学与技术、分子电子学与技术发展。光电子学作为这两个学科的交叉点是一门新兴的学科。关于光的电磁性质及其在介质中的行为，早在19世纪就已经用麦克斯韦（Maxwell）的经典电磁理论进行了研究，关于光的吸收和辐射，在1017年爱因斯坦（Einstein）就建立了系统的理论。但是直到20世纪60年代之前，光学和电子学仍然是两门独立的学科。 1960年世界上第一台激光器研制成功，这标志着光学的发展进入了一个新阶段。随后在对激光器和激光应用的广泛研究中，电子学发挥了重要的作用，光学和电子学的研究有了广泛的交叉，形成了激光物理、非线性光学、波导光学等新学科。70年代以来，由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，导致了以光纤传感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算以及光信息处理等技术的蓬勃发展，从深度和广度上促进了光学和电子学及其他相应学科（数学、物理、材料等学科）之间的相互渗透，形成了一个边沿的研究领域。为此需要引进一个名词来覆盖这一非常广泛的应用研究领域，学术界曾经使用的名词有电光学（Electo-optics）、光电子学（Optoelectronics）、量子电子学（Quanumelectronics）、光波技术（LightWaveTechnology）、光子学（Photonics）等【1】。随着时间的推移，现在用的较多的名词是“光电子学（Optoelectronics）”和“光子学（Photonics）”。光电子学沿用电子学的有关理论，主要研究有光参与的电子器件和系统。光子学是把光子作为信息的载体和能量的载体来研究，包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测等。事实上，光电子学和光子学其本质是一致的，只不过其强调的重点不一样，光电子学强调电子的作用，光子学强调光子的作用。 2.光电子技术的应用 光电子学一经出现就引起了人们的广泛关注，反过来又进一步促进了光电子学及光电子技术的发展。光电子技术包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息处理等。光电子技术应用涉及范围极其广泛，包括天文、地理、物理、化学、计量、生物、医学、工业、农业、军事等各个领域。目前其应用已进入到家庭。 2.1办公现代化设备的应用 办公现代化设备主要是随计算机迅速普及而发展起来的高技术产业, 各国厂商正在竞争中不断开发新一代产品。美日的苹果、兄弟、惠普、佳能、富士通、数据产品、国际商用机器等30余家厂商的主攻产品是激光打印机，推出了几十种高中低档产品。激光打印机兼负现代文书和管理文件打印、轻印刷系统和台式出版系统的排版任务, 配合计算机的一部分功能, 是各国众多公司竞相发展的热门产品之一。随着微机日益普及, 我国对作为重要外围设备之一的激光打印机需求量正迅速增长。目前国内市场的激光打印机均为进口或国内组装产品, 尚无国产。

光电子学与光子学2.2-2.3翻译

2.2 平面波导中的模间色散和波导色散 A. 波导色散图和群速度 一个平板波导中存在的传输模式是由波导条件确定的。从0 导最大值的每一个m 对应于一个不同的解和一个可能的传播常数βm 。可以看到，即使是单色光波入射，每种模式都以一个不同的传播常数传播。图 2.7 的实验给人们留下的印象是，轴线光波的反射次数最少，因此到达端面的速度更快（更短）于高阶模式光波。高阶模式光波沿着波导方向z 字形曲折传播，传播路径更长。然而，这种观点有两个严重的误解。第一，波导中最重要的是能量或者信息传播的群速度V g。第二，高阶模式渗透进入包层较多，包层折射率较低，因此光波传播较快。 从第一章可以知道，群速度Vg由dω/d决定，其中ω是频率，β是传播常数。对每一一个模式m，模式角θ可以明显由式（2.1.3）的波导条件求取，即取决于光波波长（也是频率ω）和波导特性（n 1,n2,a）。因此，θ=务

(ω) , βm=kιSin m= βm ( ω)是关于ω 的函数，给定模式的群速度是关于光的频率和波导性能的函数。可以看到，即使折射率为常数 (与频率或波长无关) ，一个给定的模式群速度v g 仍然依赖于与波导结构的波导特性参数相关的频率。 根据式( 2.1.3)的波导条件，在给定折射率 (nι和n2)和波导尺寸(a)的条件下，可以计算出每个m和ω的βm值，并可以得到波导的ω 与βm 的关系图，即色散图，如图 2.10 所示。在任何频率ω 处的切线dω /d mβ 就是群速度V g O所有允许的传输模式都被包含在斜率c/n1 和c/n2 的两条线之间。截止频率3cutoff对应于当V= π /2时的截止条件 (λ =λ)c当ω >ωutoff时，波导中不只存在一个模式。从图 2.10 的实验可以直接看出两点：首先，相同频率的不同模式的群速度不同；其次，一个给定模式的群速度随着光波波长而变化。

《光电子学》课程教学大纲

《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

国内外光学类经典必读书目推荐

国内外光学类经典必读书目推荐单 推荐理由 1.这本书是Alabama大学应用光学研究中心光学工程专业博士生的专业课。本书以照相镜头的历史演变过程来展开，从沃斯拉顿取景镜到复消色差摄远 镜头，一共有十个待解决的照相镜头问题待解决。沿此思路，考察了各种光学设计方法。现代光学镜头设计离不开商业光学设计软件，本书还提供了zemax图形，图表分析以及和zemax软件结合的作业，使得人们可以快速地掌握光学设计原理及使用zemax。 2.这本书是Michael J.Kidger为SPIE开设的短期课程改变而来，包含了几何光学和三级像差理论。这本书强调的是如何将理论应用到简单的光学系统设 计中，强调了解一个镜头为什么能够这样工作，为什么不能，而不是盲目地寄希望于优化程序找到一个特殊解。正如Michael 所说，你不要指望不加约束和指导的优化能够给出一个有用的结果；做设计的是人而不是程序，在优化一个镜头之前，你应该能够提前预判它大概能够达到什么样的水平，当然这些与理论和经验有关。 3.成像光学系统设计是一门有理论与实践基础的工程学科。该书以清晰易懂的图形和语言来介绍光学设计与工程应用等方面的知识，书中没有复杂的数

学推导，把深奥的光学知识概括为一些关键的、易于理解的基本理论，为进一步研究打下了很好的基础。 4.这本书涵盖了光学设计的方方面面包括基础光学理论和关键的工程问题，本书以CODEV，并借助计算机软件详细地讨论了光学材料、系统像差、像差 校正和像质评价以及设计优化和公差分析，还有书中都是以一个个实例来讲解的，理论与实践的结合非常紧密，通俗易懂。 5.光学系统设计不仅仅是光学元件的设计还涉及到光学机械设计安装。本书概括和总结了光机系统总的设计过程，从讨论概念设计开始，到评价成品的 各项功能，最后形成设计文件，使读者首先懂得一个成功的设计所必须采取的主要步骤。接下来介绍环境的影响、光机零件材料、各种典型光学元件（单透镜、多透镜、反射镜、棱镜）的安装技术。 6.本书涵盖了大量的光学系统设计参数可供设计时选择，光学设计工作者必看。 7.如果想要学习变焦系统设计，这本书一定不能错过，书中提出的微分法，理解起来清晰明了，很好地解释了变焦的原理。 8.工程光学分为两部分，上篇是几何光学，下篇是物理光学。在讲解光学基本原理的同时，紧密结合工程实际，列举了大量应用实例，有助于掌握光学 基本理论和实际应用。除了传统光学内容之外，还增加了现代光学的发展和应用。虽然，书中每一部分的内容讲解的不是非常深入，但是内容的涉及面非常广。 9.应用光学就是几何光学本书从最基本的光学概念开始到近轴光学理论，再到像差理论最后到典型的光学系统设计，一气呵成，成像光学系统设计所需 的知识全都包含，同时包含了大量的数学公式推导，喜欢啃公式的同学，一定很喜欢。 10.这本书更多的是作为一本工具书来使用，光学设计一方面需要自己搭建初始结构，更多的时候需要找相似结构来进行优化，这本书里面提供的实例多 用来作为初始结构，同时书中提供了相关光学元件的国家标准，加工公差的标准，供设计时查询。

光电子学基础知识.doc

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