光子学基础1&2.ppt

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1、光子学基础第一章光子学绪论第二章光的波粒二象性及测不准原理第三章激光的产生与性质第四章光的传播第五章光波导与光纤第六章光的调制与光子学器件第七章光的放大与光的探测第八章光子技术的应用1参考文献教材：黄肇明，光子学与光通信导论，上海大学出版社，2001年2月(自行打印)参考书：S.O.Kasap,“OptoelectronicsandPhotonics,PrincipleandPractices,光电子学与光子学的原理及应用”，电子工业出版社，2003年3月马声全、陈贻汉编著，“光电子理论与技术”，电子工业出版社，

2、2005年1月2第一章光子学绪论光子学内涵从电子学到光子学光子的特性从牛顿力学到相对论物质的粒子性光电效应3光子学的内涵光子学作为学术词汇，最早赋之以科学定义规范的当数1970年，第九届国际高速摄影会议，荷兰科学家Poldervaart首次提出关于光子学的定义规范，他认为，光子学是“研究以光子为信息载体的科学”。过了几年，他又作了补充，认为“以光子作为能量载体的”也应属光子学的研究内容。光子学(PHOTONICS)4法国颇有影响的DGRST组织提出：激光二极管的问世，使光子替代了电子成为信息的载体，从而促成了光子

3、学的形成世界著名的美国《SPECTRA》杂志，也于1982年率先更名为《PHOTONICS—spectra》，并提出光子学是“研究发生与利用以光子为量化单位的光，或其他辐射形式的科学”，并认为，“光子学的应用范围从能量的发生到通信与信息处理”。光子学的内涵5贝尔实验室著名的Ross教授为光子学作了一个颇为广义的定义，他认为，可与电子学类比，“电子学是关于电子的科学”，光子学则应是“关于光子的科学”。龚祖同、钱学森等早在70年代末就频频发出呼吁，希望大家积极开展光子学的学科建设。钱学森教授提出，“光子学是与电子学平

4、行的科学”，它主要“研究光子的产生、运动和转化”。他还首次提出了“光子学—光子技术—光子工业”的关于光子学的发展模式。光子学的内涵61994年香山科学会议上，光子学定义、内涵及研究范围，较为一致的见解是：光子学是研究作为信息和能量载体的光子行为及其应用的科学。或者广义地讲，光子学是关于光子及其应用的科学。在理论上，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。光子学的内涵7光子学

5、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。光子技术的基础是光子学。光子技术内容光子学重要的研究领域信息光子学(INFOPHOTONICS)生物医学光子学(BIO-MEDOPHOTONICS)基础光子学：量子光学、分子光学、非线性光学、超快光子学等8从电子学到光子学1.电子学(通信)的简史：1825发明莫尔斯电报。1858发送越洋(大西洋)电报。1876贝尔发明电话。1887赫芝发明电磁波

6、。1901马可尼--波波夫发明无线电报。1904发明真空电子二极管---检波。1906发明真空电子三极管---放大、振荡。1938之后发明各种真空微波管。1940年代末以后发明各种半导体晶休管。9从电子学到光子学2.光纤通信简史1880贝尔发明光电话1960发明激光1964提出光通信1966高锟提出玻璃光纤作为光传输介质1966三----五族半导体光电探测器1969发明双异质结半导体激光器1976第一条光纤通信试验线建成1988发明光纤放大器EDFA1994左右推广WDM技术21世纪人类进入了全光通信的时代10高

7、锟----光纤通信发明家（左）1998年在英国接受IEE授予的奖章11从电子学到光子学1.电子学的定义以电子作为信息与能量载体的科学2.电子学的“瓶颈”电子带负电荷,电子之间相互排斥电子有静止质量开关(弛豫)时间~1ns(瓶颈)最高工频率~100GHz(瓶颈)微波(特别是10GHz以上)的电子设备价格昂贵121.光子学的定义以光子作为信息或能量载体的科学2.光子学的优点光子无静止质量光子的弛豫时间光的频率光子学设备价格低廉光子不带电无相互作用,具有光学的透明性从电子学到光子学13光子与电子的主要差别特征电子光子静

8、止质量(m)m00运动质量(m)mehν/c2传播特性不能在自由空间传播能在自由空间传播传播速度小于光速(c)等于光速(c)时间特性具时间不可逆性具一定的类时间可逆性空间特性高度的空间局域不具空间局域性粒子特性费米子(费米统计)玻色子(玻色统计)电荷-e0自旋l(h)/2l(h)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