光电技术及应用教学课件作者谭巧第0章节-ok课件

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1、0.绪论光电技术的认识光电技术的发展历史光电技术的应用0.1光电技术的认识21世纪是一个高度信息化的社会。随着社会物质文明和精神文明的高度发展，信息已经不仅仅是社会中人们通信联系的纽带，更将成为创造社会财富、丰富文明生活和提高社会素质的源泉和通道。社会对信息量的要求将以“太比特/秒（1Tbit/s=1012bit/s）”为起点呈现超越摩尔定律的爆炸性增长。而这一切与光电技术的发展是密不可分的。光电技术究竟研究什么？它又是如何诞生的呢？光和电是如何结合的？0.0.1什么是光1.光的认识光是我们最常见的现

2、象之一，我们的周围是一个充满光的世界，没有光人类就没法正常生活。那什么是光？光是什么？光和我们人类有什么关系？我们一同想想光在我们生活中的方方面面。2.光的本质牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流，它能解释光的直射现象和光的反射现象。惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向周围传播，它能解释光的干涉和衍射现象。麦克斯韦的电磁说：认为光是电磁波，依据的实验是赫兹实验，它证明了光与电磁波在真空中传播速度相等且均为横波。爱因斯坦的光子说：认为光的传播是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量与它的频率成正比，

3、即E=hν（频率），光子说能成功地解释光电效应现象。光的波粒二象性学说：因为粒子性与波动性各有其存在合理性，因而通常称光具有波粒二象性，即认为光既有粒子性，又有波动性；少量光子易表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；频率大的光子粒子性明显，而频率小的光子波动性明显。0.1.2什么是电1.电的认识在对电的具体认知很多年前，人们就已经知道发电鱼会发出电击。根据公元前2750年撰写的古埃及书籍，这些鱼被称为“尼罗河的雷使者”，是所有其它鱼的保护者。大约两千五百年之后，希腊人、罗马人、阿拉伯自然学者和阿拉

4、伯医学者，才又出现关于发电鱼的记载。15世纪以前，阿拉伯人创建了“闪电”的阿拉伯字“raad”，并将这字用来称呼电鳐。2021/8/1718世纪时西方开始探索电的种种现象。1732年，美国的科学家富兰克林认为电是一种没有重量的流体，存在于所有物体中。当物体得到比正常份量多的电就称为带正电；若少于正常份量，就被称为带负电。1752年，富兰克林在一个风筝实验中，发明了避雷针。1799年，意大利帕维亚大学教授伏特制造出世界上最早的电池－伏特电池。1820年，法国的安培发现了关于电流周围产生的磁场方向问题的安

5、培定律。1831年，俄罗斯的西林格把线圈和磁针组合在一起，发明了电报机，这可说是电报的开始。1831年，法拉第制出了世界上最早的第一台发电机。他发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生，这个效应叫电磁感应。从此，电磁学得到了飞速发展。1826年，欧姆发现了关于电阻的欧姆定律；1849年，基尔霍夫发现了关于电路网络的定律，从而确立了电工学。在电磁学和电工学的研究基础上，逐步诞生了电子学。2021/8/170.1.3光与电的结合—光电技术1.光子学的诞生光子学是关于光子及其应用的科学。在理论

6、上，它主要研究光子的量子特性及其在与物质(包括与分子、原子、电子以及与光子自身)的相互作用中出现的各类效应及其规律；在应用方面，它的研究内容主要包括光子的产生、传输、控制以及探测规律等。实际上，光子学是一个具有极强应用背景的学科，并由此而形成了一系列的光子技术，如光子发生技术(激光技术)、光子传输技术、光子调制与开关技术、光子存储技术、光子探测技术、光子显示技术等等。2021/8/172.电子学的发展标志着电子学诞生的两个重大的历史事件，是爱迪生效应的发现和关于电磁波存在的验证实验。1883年，爱迪生

7、在致力于延长碳丝白炽灯的寿命时，意外地发现了在灯丝与加有正电压的电极间有电流流过，电极为负时则无电流，这就是爱迪生效应。2021/8/171887年，德国赫兹进行了一项实验，他用火花隙激励一个环状天线，用另一个带缝隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言。2021/8/173.光电技术的形成光子和电子是当今和未来信息社会的两个最重要的微观信息载子。它们除了具有能够承载信息的共性外，还有各自的个性。正是这些个性才决定了光子学与电子学分属不同的学科。从光子学和电子学的发展历程来看，它们在发展的

8、模式上也有或将有惊人地相似之处：电学→电子学→电子回路→电子集成→电子系统→电子工程→电子产业光学→光子学→光子回路→光子集成→光子系统→光子工程→光子产业2021/8/17光子与电子是一对孪生的天然伙伴。光子和电子正式的结合，没想到该结合能带来巨大的益处，成为当今乃至未来人类社会的宝贵财富。“光子”与“电子”的结合方式，起码在信息领域，有以下4种(a、b、c、d)模式。2021/8/17光电技术是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学