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
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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
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的交叉渗透日趋广泛深入，许多新的学科迅速发展起来，产生了诸多实用性极强的新技术。光电子学与光学在空间、能源、材料、生物、医学、环境科学、遥感、通信、计量等领域有着广阔的应用前景，已贯穿整个社会经济发展的方方面面，成为社会进步的重要技术支撑。
光电子学与光学学科群经过近五十年的发展，在科学研究、人才培养和实验教学等方面均取得了巨大成就。在新型光电子材料与器件、有机光电子学、半导体器件物理、非线性光学及系统集成等方面积累了丰富的科研经验，承担着多项国家重大和重点项目。其依托单位之一的集成光电子学国家重点实验室是国家首批专门从事光电子学研究的国家重点实验室之一，其研究领域不断扩大，经多年来国家和部门投资建设，已成为我国光电子基础研究基地，在某些研究领域处于国内高校的领先地位。本学科群具有一批老中青相结合、年龄结构合理的学术梯队，形成了精干、高效、有经验和凝聚力的研究群体。具有跟踪国际前沿科学研究、承担国家级重大和重点研究项目、高水平人才培养的能力。
2．国际水平
光电子学与光学学科（既包含理论上的突破，又包含新材料的发现、新技术的发明和创造）直接关系到信息产业、电子工业、航天工业、机械工业、自动化、国防工
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业等国民经济各个部门的发展水平，它是衡量一个国家是否为发达国家或是否具有现代化水平的重要标志。该学科在国外一直是热门学科，特别是发达国家起步早，投入资金雄厚，把它放在极其重要的地位，是世界名牌大学和研究机构重点建设和研究的学科之一。其主要表现在以下几个方面：在信息技术领域方面，美国、西欧国家及日本一直是高新技术的领导者和信息产品市场的开拓者和占领者；从世界各国发明专利的申请上看，信息技术领域的发明专利绝大部分被欧美、日本等发达国家的一些科研机构及大公司所掌握，在国内信息及电子技术领域所授权的发明专利有近3/4是国外申请的；在人才占有方面，欧美、日本拥有国际上80%以上的信息技术领域的顶尖人才，从研究团队来看，著名高校、研究机构和生产商绝大多数集中在欧美、日本等国。
由于本项目建设学科属于基础和应用基础研究，研究水平以在国际高影响因子的SCI刊物发表文章以及产业化程度作为重要的衡量指标。美国、德国、加拿大、日本等多个研究机构在上述研究领域中均作出了出色的国际先进水平的成果，部分尖端产品已投放并且占领市场。仅以南加州大学为核心的美国5所著名大学联合建立的光子工艺中心为例，美国已建立了若干个光子学技术中心；德国政府已确定光子学是21世纪初为保持德国在国际市
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场上先进地位至关重要的九大关键技术之一；日本早在1981年通产省就雄心勃勃地联合13家大公司投入1.5亿美元组建了光子技术研究所；澳大利亚集中10个重要单位的力量成立了光子联合研究中心，重点开拓信息技术和新产品。
3．国内水平
自从“八五”以来，对国民经济发展有直接影响的信息产业等领域，国家十分重视，在一些高校和研究机构组建了该学科，并给予了政策倾斜和财政支持，创造了良好的发展空间，各方面研究工作均取得了显著进展，取得了很大的成绩。
如北京大学在GaN宽带半导体材料和器件、清华大学和南京大学在SiGe超晶格材料和器件方面都做出了很好的工作，清华大学还在有机发光材料与器件、DFB激光器与调制器的单片集成等方面取得很大进展。
信息技术的特点是基础和应用研究并重。综合基础研究水平与国外差距较小，有的研究方向甚至处于国际前沿。但由于设备条件差、人才缺乏、资金不足，在深入研究和推进产业化方面与国外相比有较大差距。
三、项目现有基础
项目建设学科由光学、微电子学与固体电子学、信息
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与通信工程三个二级学科组成。既有基础理论研究——非线性光学与系统、半导体器件物理；又有应用基础研究——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、光电信息处理，经过几十年的建设与发展，基本上形成了理论研究、应用技术研究与产业开发并举的科学研究和教学体系，在科研、教学、人才培养、学术交流等各方面均取得了显著成绩。
微电子学与固体电子学学科点61年开始招收研究生，81年被评为我国首批半导体物理与半导体器件物理博士授权点开始招收博士研究生，95年被评为吉林省重点学科，97年调整为微电子学与固体电子学专业，2002年被评为国家重点学科。87年与清华大学、中科院半导体所联合建立“集成光电子学国家重点联合实验室”，又一次为本学科点发展提供了良好的机遇。80年代中期曾提出新的波导互补原理和新器件结构，研制了“分段压缩平面共腔条形半导体激光器”，改善了器件模式特性，获国家发明三等奖和电子部科技成果一等奖，并获我国半导体器件的第一个发明专利；“可见光阶梯衬底内条形激光器”92年获国家发明三等奖，“用卤化物气相外延在GaAs 衬底上生长高质量InP薄膜”，“中心锥形槽状光敏门极大功率光控双向晶闸管”，“JE-TGS-（a）型氢气敏感元件”，“JE-TGS-（c）型氧气敏感元件”均先后获国家发明四等
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奖。98年获国家教委科技进步二等奖；新结构有机发光器件的研究方面近年来SCI收录论文58篇，2000年获中国高校自然科学二等奖。除这些水平较高的应用基础研究外，还有高新技术研究，如“光波导、光电子集成器件计算机辅助分析”96年获国家教委科技进步一等奖，“新结构GaAs超辐射发光管”“半导体激光器可靠性检测分析仪”获国家教委科技进步三等奖。目前紫外写入光纤光栅技术已以技术入股方式和吉林省电子集团有限公司签约，注册了“吉林省光信电子有限公司”，产品有望在近期投放市场；半导体激光器超高速电光采样技术可以对GaAs高速集成电路芯片内部特性进行检测，已在电子部13所应用，取得良好效果。
光学学科创建于1953年，1984年获硕士学位授予权，1993年获博士学位授予权，1999年被评为吉林省重点学科，2001年“相干光及原子分子光谱”被确定为教育部重点实验室（筹）。原子相干光学研究方面，在国际上率先实现了无反转光放大的实验观测，引起国际学术界高度重视。“电磁感应光透明”、“高色散高折射率介质”、“相干烧孔效应”、“半导体量子阱材料中的光开关”和“等离子体中的电磁感应光透明”等课题取得了许多国际水平的成果，发表学术论文三十余篇。
通信与信息系统学科79年开始招收研究生，86年成
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为博士学位授权点，1999年被评为吉林省重点学科。80年代初期，在国内率先开始研究晶体管低频噪声，对GM 噪声、1/f噪声进行了系统的研究,提出了精确的测定方法和系统,取得了行业公认的成就,获电子部科技成果二、三等奖各一项。90年代对晶体管噪声与缺欠之间关系进行了研究，提出了晶体管低频噪声筛选方法并在国防工业上得到了应用，获国家发明奖三等奖。90年代初期，对信息处理核心问题――谐波信号参量估计进行了深入研究。提出了非对称分布、非高斯噪声背景下谐波信号参量估计的预滤波ESPRIN方法。该方法被国内、外学者多次引用；后来，又提出了复过程高阶累积量投影定理，定义了特殊的四阶累积量用预滤波和预白化方法解决了任意分布非高斯噪声背景下谐波参量估计问题，在国内外产生一定的影响；90年代末期，对乘法噪声背景下的谐波信号参量估计进行了研究，提出了互可混的概念，定义了特殊的六阶时间多矩谱，解决了零均值乘性噪声背景下的谐波信号参量估计问题。
本建设项目学科目前共有教师116名，其中教授38名，博士研究生导师19名，已形成了老中青结合、梯队结构合理、学术思想活跃的一支研究队伍。
本建设项目学科研究领域不断扩大，形成多个研究方向，受到国内外同行专家的高度重视，尤其在半导体光电
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子学、原子相干光学的某些领域处于国内高校领先地位。
目前共承担的主要科研项目有国家重点基础研究“973”项目二级子课题3项，“863”项目4项，国家自然科学基金大陆香港合作项目2项，国家自然科学基金重大项目子项目3项，国家自然科学基金重点项目2项、面上项目25项，还有信息产业部、教育部、吉林省、国际合作等项目40余项，我们所承担的科研项目都是国家信息产业发展所急需的关键技术项目。本建设项目学科研究成果共获国家自然科学四等奖1项，国家科技进步奖1项，国家发明奖7项，省部级奖23项，获授权发明专利24项，出版著作和教材17部，在国内外学术刊物和会议发表论文1500余篇，一些论文发表在Phys.Rev.，Phys.Lett., Z.Phys., Opt. Commun.，Appl. Phys. Lett., IEEE J. Quan. Electron., J. Appl.Phys., Electron. Lett. 等国际著名刊物上，在国内外有较大影响。
本建设项目学科现已培养出博士研究生102名，硕士研究生369名,出站博士后研究人员4名。
四、项目建设目标和主要建设内容
（一）项目建设目标
吉林大学光电子学与光学建设项目的建设目标是：紧密把握学科国际国内发展动向、结合国家国民经济和社会
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发展需求，努力做出原创性的研究成果，解决涉及国家长远发展和国家安全的战略性、前沿性和前瞻性的理论和关键技术问题，发展具有自主知识产权的高新技术，培育高技术产业生长点，为我国信息产业的发展做出贡献。把项目建设学科建成为我国光电子学与光学领域的主要研究基地，对外学术交流的窗口，并在国际学术界占有一席之地。
在人才培养方面，使本项目建设学科成为我国光电子学与光学领域从事科学研究、实验教学和产业开发的高层次专业人才的重要培养基地。
（二）主要建设内容
1．主要研究方向
——新型光电子材料、器件及其集成技术。重点研究基于新型半导体光电子材料、低维纳米结构材料的各种新型光电子器件以及集成器件。与之相对应的主要研究内容为：新型宽带隙半导体ZnO材料与紫外光电器件、窄带隙GaTe、InAs等材料与中红外光电器件以及酞菁纳米结构功能材料和分子光电器件等新材料与新器件及其集成技术的研究。
——有机光电子学。上个世纪末有机材料开始在光电子技术中崭露头角，由于它可以制作在ITO玻璃、Si 等多种衬底上，甚至还可以制成柔性器件，与半导体工艺
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兼容，再加上加工容易、成本低等优点使得它在光显示、光波导、以及高速光调制器和光开关中越来越受人关注。本研究领域密切关注这一重要发展动向适时地开展了有机光电子材料的基础研究，及其在平板显示、光波导器件中的应用研究。其研究方向包括有机/聚合物电发光器件物理、设计与应用，聚合物波导阵列光栅（AWG）和有机电注入激光器。
——光波导及光纤器件。光纤及无源器件是形成光信息宽带网络得基础元件。近十年来，随着信息量的不断扩大，DWDM技术的发展可以说是日新月异，特别是支持该技术的两项核心技术即光纤放大和复用/解复用技术发展尤为迅速。其中光纤放大带宽从30nm的C波段发展到S、C、L波段的180nm，复用/解复用器已由滤波片形、光纤光栅形迅速向AWG形发展，现单一器件通道达400，多器件复用通道可达1000。本领域主要以各种光纤光栅为核心，充分发挥紫外激光微细加工技术得优势，重点研究高起点无源器件，增益平坦宽带光纤放大器、紫外写入AWG基础技术及MOEMS光通信器件等。
——光电子器件理论研究、CAD设计及信息处理。本研究领域贯穿光电子器件基础理论研究、可靠性研究、CAD设计及集成系统的内部动态检测，形成一个系统的光电子器件及系统研制开发支撑体系，为现有光电子器件
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性能优化和新器件的研制提供重要的理论依据、设计和检测手段，具有重要建设意义。其研究内容包括新型半导体光电子器件理论研究、半导体光电子器件物理模型及CAD 设计研究、半导体激光器可靠性研究和高速集成电路芯片内部动态检测技术研究。
——非线性光学材料与系统。非线性光学材料与系统的研究方向是针对既有重要科学价值又与高科技产业密切相关的光与各种材料相互作用基本问题确定的。主要包括：可调谐近、中红外激光的研究、甲烷气体探测的研究、以光纤激光器为基础的紫外光源系统的研究、有机非线性光学材料研究、可调谐上转换紫外光纤激光研究和非线性光学系统的同步化研究。
2．学术队伍建设和学术交流
建设一支精干、高效、富有朝气和活力的科学研究群体，培养和造就一批年富力强、学术思想活跃的年轻学术带头人。学术队伍中拥有1~2名中国科学院或中国工程院院士，25名左右博士研究生导师，100名左右的教授和副教授，及工程技术人员，教师队伍中具有博士学位的占70%以上。
聘请国际知名的专家学者担当客座教授，联合进行科学研究、培养和指导学生。积极举办和参加国内与国际高水平学术会议。开展形式多样、内容广泛的学术交流及合
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作，进一步提高教师的综合素质和业务能力，开阔学术视野，不断为学术梯队的建设注入新的活力。
3．基地条件建设
继续建设集成光电子学国家重点实验室和相干光及原子分子光谱教育部重点实验室，保持集成光电子学国家重点实验室在国内高校光电子技术研究领域的领先地位。根据本学科发展的需要，购置一批高精度、高效率、高水准的分析测仪设备。继续加大对教学实验室的投入，加强与企业的合作，建设相关专业教学实验室。
五、预期效益分析
通过“十五”“211工程”建设，本建设项目学科将为国家国民经济建设和社会发展培养出博士后研究人员5-8人，博士研究生120－150人，硕士研究生近1000人。
在“十五”期间，争取承担国家重大基础研究“973”二级子课题以上项目1~3项，“863”计划项目4~8项，国家自然科学基金项目20~30项，及国家国民经济建设、社会发展、国家安全所需的各级各类项目。
在科研产出方面，坚持学术论文与发明专利并举，注重成果产业化的发展方向。发表学术论文注重从数量向质量的转变，力争5年间SCI收录论文200余篇，EI收录论文200余篇，国内核心刊物论文400篇。具有应用前景
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的高技术产业化项目，及时申报国内外发明专利，5年间力争申请国内发明专利20~30项。
六、建设项目所需经费
本项目建设资金总额为1,190万元，其中中央专项资金为680万元，自筹资金为510万元。建设经费用于购置仪器设备1,140万元，用于图书资料、学术交流等50万元。
本项目拟购的代表性仪器设备有：扫描隧道显微镜、台阶仪、ZnO生长MOCVD系统、光谱分析仪、保偏光纤熔接机、频谱分析仪等。
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物理学院2011级光学专业研究生 《光电子学与光子学原理及应用》考题 1．简答题 1.1 受抑全内反射有什么特点？ (5分) 1.2 解释下图中的现象。(5分) 1.3 本征半导体、n 型半导体和p 型半导体的Fermi 能级以什么特点？? (5分) 1.4 下图是一个LD 的输出谱，解释三个谱变化的物理含义。 (5分) 1.5 下面的雪崩光电二极管中有什么特点？吸收和倍增发生在什么区域? (5分) 2．计算题 2.1 假设一个光源辐射的频率谱有一个中心频率ν0和谱宽?ν。以波长来衡量， 这个频率谱有一个中心波长λ0和谱宽?λ。显然，λ0 = c/ν0。因为?λ << λ0、?ν << ν0，利用λ = c/ν，证明：谱宽?λ和相干长度l c 满足： c 2000λννλνλ?=?=?，λλ?=?=20t c l c
对于He-Ne 激光器，λ0 = 632.8nm ，?ν ≈1.5GHz ，计算?λ。(15分) 2.2 一个介质平板波导中间薄层是一个厚度为0.2μm 的GaAs ，它夹在两个AlGaAs 层之间。GaAs 和AlGaAs 的折射率分别为 3.66和3.40。假设折射率随波长变化不是很大。截止波长是多少？(大于截止波长时波导中只能传播单模)。如果波长为870nm 的辐射(对应于带隙辐射)在GaAs 层传播，消逝波向AlGaAs 层的贯穿深度是多少？这个辐射的模场直径是多少？(15分) 2.3 内量子效率ηint 给出在正向偏置下电子空穴复合中辐射复合并引起光子发射的比例。非辐射跃迁中，电子和空穴通过复合中心复合并发射声子。由定义， nr r r int 111)(τττη+=+=非辐射复合速率辐射复合速率总复合速率辐射复合速率 τr 是少数载流子在辐射复合前的平均寿命，τnr 是少数载流子通过复合中心复合前的平均寿命。 总电流I 是由总复合速率决定的，而每秒发射的光子数(Φph )是由辐射复合速率决定的。所以，内量子效率ηint 又可以写为： e I h P e I //op(int)ph int νη=Φ==每秒损失的总载流子每秒发射的光子 其中，P op(int)是内部产生的光功率(还没有出腔外)。 对一个在850nm 发射的特定的AlGaAs LED ，τr =50ns ，τnr =100ns 。在100mA 的电流下，内部产生的光功率是多少？(15分) 2.4 一个InGaAsP-InP 激光二极管的光学腔长为200μm ，峰值辐射在1550nm 处，InGaAsP 的折射率为4。假设光学增益带宽不依赖于泵浦电流并取为2nm 。问： （1）对应于峰值辐射的模数是多少？ （2）腔模之间的间隔是多少？ （3）在这个腔中有多少模式？ （4）这个光学腔两端（InGaAsP 的晶面）的反射系数和反射率是多少？(15分) 2.5 一个商用的InGaAs pin 光电二极管的响应度曲线如下图。它的暗电流为5nA 。 (1) 在1.55μm 波长下，导致二倍暗电流的光电流的光功率是多少？在1.55μm 处，光电探测器的量子效率是多少？ (2) 在1.3μm 波长下，如果入射光功率相同，光电流是多少？在1.3μm 处，光电探测器的量子效率是多少？ (15分)
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
光从一个更稠密介质n1和一个不太致密的介质N2之间的边界处的全内反射是伴随着在边界附近的介质2的渐逝波传播。发现这一波的函数形式，并与距离的讨论如何将其因人而异进入介质2。其具有的Y衰减为振幅。注意，被忽略，因为它意味着光波在介质2的振幅，因此强度的增长。这里考虑的行波的一部分，这是在z波矢，即，沿边界。从而渐逝波在z 传播。此外，这意味着该传输系数。必须是这是一个实数，并且是相变所指示的复数。注意，不，但是，改变传播沿z和沿y中的渗透的一般表现。 B 强度，反射率，透射率 它是经常需要计算的反射波和透射波的强度或照度当光在指数n1的介质行进，入射在一个边界，在那里的折射率变化到n2。在某些情况下，我们简单地在垂直入射那里是在折射率的变化感兴趣的.. 对于光波行进机智速度v与相对介电常数ε的介质时，光强度L是在电场振幅e作为定义的。 这里表示在每单位体积的场的能量。当由速度v乘以它给在该能量通过一个单位面积传输的速率。反射率R的措施，以使入射光和反射光的强度可以单独用于电场分量平行和垂直于入射面被定义。虽然反射系数可以是复数，可以表示相位变化，反射率是一定表示强度变化的实数。复数幅度限定在其产品而言，其复数共轭。由于玻璃介质具有大约1.5的折射率，这意味着通常在空气- 玻璃表面上的入射辐射的4％被反射回透射吨涉及发射波到以类似的方式对反射入射波的强度。我们必须，但是，考虑到透射波是在一个不同的媒介，也是其相对于边界方向与入射波的不同折射。对于垂直入射时，入射光和透射光束是正常和透射率被定义.光的部分反射和透射部分必须经过叠加。 例：疏介质反射光的（内部反射） 光的光线是行驶在折射率为n1的玻璃介质=1.45变为事件折射率n2=1.43的密度较小的玻璃介质。假定光线的自由空间波长为1微米。 A 一个我应该为TIR最小入射角是什么？ B 什么是当a =85，反射波的相位变化- 90？ 考虑光在法向入射上的折射率1.5与空气的折射率1的玻璃介质之间的边界处的反射。 A：如果光从旅行的玻璃，什么是反射系数和相对于入射光的反射光的强度？ B：如果光从玻璃行进到空气中，什么是反射系数和相对于入射光的反射光的强度？ C：什么是在一个以上的外部反射偏振角？你会怎么做一个宝丽来设备，基于偏振角偏振的光？ 如果我们从玻璃板上反射光，保持入射角在56.3（我们可以使用反射光将与电场分量垂直于入射面偏振。的透射光将在该领域更大入射平面上，也就是说，这将是部分偏振光。通过使用堆栈玻璃板1可以增加透射光的偏振（这种类型的桩的感光板的偏振片的是在1812年发明了多米尼克fjarago） 当光入射在半导体的表面上，就变成部分地反射。局部反射是在太阳能电池，其中透射光能
0803光学工程一级学科简介 级学科（中文）名称：光学工程 （英文）名称：Op tical Engine ering 一、学科概况 光学工程是一门历史悠久而又与现代科学与时俱进的学科，它的发展表征着人类文明的进程，它的理论基础一一光学，作为物理学的主干学科经历了漫长的发展道路，铸就了几何光学、波动光学、量子光学及非线性光学，揭示了光的产生和传播的规律以及光与物质相互作用的关系。在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业。这些技术和产业至今仍然发挥着重要作用。上世纪中叶，产生了全息术和以傅里叶光学为基础的光学信息处理理论和技术，特别是上世纪六十年代初第一台激光器的问世，实现了高亮度和高时空相干度的光源，使光子不仅成为了信息的相干载体而且成为了能量的有效载体。随着激光技术和光电子技术的发展，光学工程已发展成为以光学为主，并与信息科学、能源科学、材料科学、生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。它包含了许多重要的新兴学科分支，如激光技术、光通信、光存储与记录、光学信息处理、光电显示、全息和三维成像、生物光子学、微纳光子学、薄膜和集成光学、光电子和光子技术、激光制造技术、弱光与红外热成像技术、光电传感与测量、光纤光学、自适应光学、光电子材料与器件、太赫兹光子学、光电子仪器与技术、空间与光学遥感技术以及综合光学工程技术等。这些分支不仅使光学工程产生了质的跃变，而且推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的现代光电子产业和光子产业，这些产业的主体集中在光信息获取、传输、处理、记录，存
国际光学与光子学会SPIE简介 SPIE成立于1955年，致力于推动以光为基础的技术，服务了超过170个国家。SPIE 每年组织或赞助近25个大型技术论坛、展览以及培训项目，范围遍及北美、欧洲、亚洲及澳洲。 1957年，出版了第一期SPIE报刊，举办了第一届国家技术研讨会。 1960年，SPIE报刊刊登了第一组技术论文。 1963年，SPIE举办了第一届研讨班形式的会议并出版了第一批会议记录。 1973年，总部从Redondo Beach迁往加州的Palos V erdes。 1975年，协会收入达到50万美元，实现了财政自给。 1977年，成立了协会金牌奖。总部迁往华盛顿Bellingham。 1995年，举办了成立40周年庆典。合作赞助了在西安举办的国际传感器应用与电子器件展览会。 2000年，SPIE会员Zhores I. Alferov因在半导体异质结构和高速光电子学方面的贡献获得诺物理学奖。 2003年，SPIE数字图书馆启动，提供了期刊和会议纪要的七万篇文献。 现在的光学和光电子学大都围绕信息光学展开研究。在集成光信息处理方面，有光计算、光学互连、衍射光学等前沿领域；在成像方面，较热门的技术有光学计算机断层成像和三维共焦成像系统；在光学传感器方面，人们越来越关注三维传感技术；新一代的全息术和光学信息处理技术也亟待开发。同时，信息光学的材料和装置也成为了热门领域。更加偏向应用领域的还有人机接口与显示技术。当然还有很多基础理论问题，如非线性光学、超快光学现象、散射、位相共轭等。 Statement of Purpose SPIE is an international society advancing an interdisciplinary approach to the science and application of light. About the Society SPIE is the international society for optics and photonics founded in 1955 to advance light-based technologies. Serving approximately 180,000 constituents from more than 170 countries, the Society advances emerging technologies through interdisciplinary information exchange, continuing education, publications, patent precedent, and career and professional growth. SPIE annually organizes and sponsors approximately 25 major technical forums, exhibitions, and education programs in North America, Europe, Asia, and the South Pacific. In 2010, the Society provided more than $2.3 million in support of scholarships, grants, and other education programs around the world.
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
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）。
电子工程系学科设置? 通信与信息系统 信号与信息处理 电磁场与微波技术? 物理电子学 电路与系统 电子工程系教学工作? 年本科开课目录? 年研究生课程目录? 各研究所教研室介绍 信息光电子研究所? 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目? 三、课题组介绍（) 通信与微波研究所? 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目? 三、课题组介绍（) 通信技术方向 电磁场与微波技术方向? 高速信号处理与网络传输研究所 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目 网络与人机语音通信研究所? 一、情况介绍和研究方向? 二、年在研的科研项目 三、研究方向(）? 图象图形研究所 一、情况介绍和研究方向 二、年在研的科研项目
三、联系方式? 电路与系统教研室 一、情况介绍和研究方向? 二、年在研的科研项目? 三、研究方向()
电子工程系学科设置 专业设置 本科生专业： ?电子信息科学类 研究生专业： 一级学科???二级学科 电子科学与技术???物理电子学 ????电路与系统 ??????微电子学与固体电子学 ??????电磁场与微波技术 信息与通信工程??通信与信息系统 ??????信号与信息处理 ????电子与通信工程（工硕） 通信与信息系统 学科方向：通信与信息系统 研究课题:、信息传输与接入 、数字信号处理与终端技术 、无线通信技术与系统 、通信网络与交换技术 、通信与信息系统的仿真与集成 依托国家重点实验室及相关学术领域： 微波与数字通信国家重点实验室、集成光电子学国家重点实验室 系内:微波与天线、信息光电子与光电子学、电路与系统、信号与信息处理 跨系、所:微电子学研究所、计算机科学与技术系、自动化系、电机工程与应用电子技术系、工程力学系、材料科学与工程系
中文光学期刊排行 作者: zhaoyun930(站内联系TA)发布: 2012-10-03 很多虫友为投稿期刊烦恼，不知道该投哪个杂志好，为此本人提供以下为光学类杂志排行榜（依据：数据库收录、影响因子、办学历史）： 1光学学报2中国激光（属于超一流中文光学杂志），与COL一起是中国激光杂志社旗下的三大王牌杂志，也是国内光学杂志的皇帝，每篇文章有3位审稿人审稿，文章严谨程度非常高，其中COL已经被SCI收录（SCI最新影响因子0.8左右），光学学报与中国激光是中文SCI期刊的候选期刊。 3光谱与光谱学分析【SCI（次等）】：由于自引率太高，已经多次被JCR警告，但俗话说瘦死的骆驼比马大，任然属于光学顶尖级杂志。 4光电子.激光（2009年之前分EI核心和EI 非核心，光电子激光是最早的EI核心期刊之一，每篇文章均被EI compendex收录），在光电子学方面报到的论文最多，属于一流杂志的代表，也是唯一一本由大学主办的学术期刊（前10名中），相当的不容易。 5光学精密工程（同光电子.激光实力相当，排名也可定为第四），由于期刊报道的内容没有光电子激光报道的内容专业性和新颖性强，暂定于第5吧。 6强激光与粒子束（工程科学院举办），影响因子0.9左右，发展迅速，现加入到了中国光学期刊网，推广了知名度，属于一流杂志，此杂志与中国激光杂志的研究内容很像，是中国激光杂志的小弟，如果投稿中国激光或者光学学报被退，这个杂志则是您稿件去的最佳方向。7光子学报（在09年以前属于EI非核心），在西安光机所得率领下不断发展，10年后一直被EI核心检索，近几年凭着自己的地位和努力，经常举办或者参加会议文章的出版，在陕西地方区域具有相当的影响力，属于二流杂志的领导。 8发光学报：在中科院长春光机所领导下，终于从10年开始被EI收录，并从双月刊转为月刊，发展迅速，在11年被评为百种杰出学术期刊，不过后门开的较大。 9光电工程：老牌子光电期刊，这几年走了点下坡路，但任然是光电期刊类的中流砥柱。希望在后几年能重振雄风！ 10红外与激光工程（从10开始被EI收录，且从双月刊转为月刊，影响因子0.7左右）发展速度与历程和发光学报相似，现在稿源丰富，每期刊登45篇论文左右，是个不可多得的光学期刊之一
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
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 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
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
《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，
光学工程 光学工程是一门历史悠久而又年轻的学科。它的发展表征着人类文明的进程。它的理论基础——光学，作为物理学的主干学科经历了漫长而曲折的发展道路，铸造了几何光学、波动光学、量子光学及非线性光学，揭示了光的产生和传播的规律和与物质相互作用的关系。 简介 在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业。这些技术和工业至今仍然发挥着重要作用。本世纪中叶，产生了全息术和以傅里叶光学为基础的光学信息处理的理论和技术。特别是六十年代初第一台激光器的问世，实现了高亮度和高时一空相干度的光源，使光子不仅成为了信息的相干载体而且成为了能量的有效载体，随着激光技，本和光电子技术的崛起，光学工程已发展为光学为主的，并与信息科学、能源科学、材料科学。生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。它包含了许多重要的新兴学科分支，如激光技术、光通信、光存储与记录、光学信息处理、光电显示、全息和三维成像薄膜和集成光学、光电子和光子技术、激光材料处理和加工、弱光与红外热成像技术、光电测量、光纤光学、现代光学和光电子仪器及器件、光学遥感技术以及综合光学工程技术等。这些分支不仅使光学工程产生了质上的跃变，而且推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的现代光学产业和光电子产业。 发展 近些年来，在一些重要的领域，信息载体正在由电磁波段扩展到光波段，从而使现代光学产业的主体集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。这些产业一般具有数字化、集成化和微结构化等技术特征。在传统的光学系统经不断地智能化和自动化，从而仍然能够发挥重要作用的同时，对集传感、处理和执行功能于一体的微光学系统的研究和开拓光子在信息科学中作用的研究，将成为今后光学工程学科的重要发展方向。 平板显示技术与器件
《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。
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。