Course期末總復習朱京西安交通大E- 西安交通大學電信學院朱京平教 013/12/

西安交通大學電信學院朱京平教 第一章緒 第二章光學基礎知識與光場 第3章激光原理與技 第4章光波導 期 201/1/8八章光無源信學院 1.1光電1.2光電子學與光電子技術發(fā)展1.3信息光電子系統(tǒng)與1.4光電子學44西安交通大學朱京

西安交通大學電信學可見光近紅外中紅外遠紅外

西安交通大學電信學院朱京平教 1960年前：光探測器發(fā)1873年，英國W.R.史密斯發(fā)現(xiàn)了硒的光電導特性(內(nèi)光電效應開辟了光探測的先1960s1916年，Einstein<關于輻射的量子理論1960年 梅曼研制成功了世界的一臺激光器——紅寶石激光1970s1970年，康寧公司研制出損耗為20dB/KM的石英光1970年，貝 研制出室溫下連續(xù)工作的CD 應1980sEDFA問世，LR實用化 ,英國相繼建 干線光纖通信1980s末，我國建設成8橫8 光纖通信干線光纖傳感出現(xiàn)；CRT；CD機

西安交通大學電信學院朱京平教 1990s：互聯(lián)網(wǎng)建波分復用成為主流光通信激光器問世DFB、EDFA光傳感實用化；背投-2000s：光纖到路互聯(lián)網(wǎng)大普空間光通2010s：最后1公光纖入戶，塑料自由空間光通物聯(lián)Net-TV，Blue21世紀：3T目標：傳輸速率、處理速度 速

西安交通大學電信學院朱京平教 1.3信息光電子技術與按信息傳遞的各個環(huán)節(jié)光信息加光或光控

光傳

光信 處接光源器 光調(diào)制器 光傳輸器 光探測器 光顯示器西安交通大

西安交通大學電信學院朱京平教 第二章：光學基礎知識與光 規(guī)2.1光學基2.2麥克斯2.32.4波動2.5光波的表示 特2.6西安交通大學朱京

西安交通大學電信學院朱京平教 ——光的基本微粒說：光的直 ——反射、折——問題：衍波動說：獨立性、疊加性、相干性— 、衍射、偏——問題：孤電磁理論：光電轉換關聯(lián)— 、衍射、偏——問題：黑體輻射、光電波粒二象性：光量子hv——反射、折射 、衍射、偏振、光電效獨立原理朱 西安交通大學電信學朱西安交通大學朱京：條件：頻率相等、振動方向相同、位相差恒定衍EE1E2Acos(tA2A2A22AAcos( tan

A2 A1cos2A2相 ：位相差為2pi的整數(shù)倍，光程差為波長整數(shù)相 ：位相差為pi的奇數(shù)倍，光程差為半波長的奇數(shù)衍射惠更斯-菲涅爾原理：波前上每一點作為新的次波波元在空間相干菲涅爾衍射（近場），夫瑯和費衍射（遠場偏三類（自然光、全偏振光、部分偏振光2/8然光、線偏振光通信、部分偏振光 西安交通大學朱京波長范麥克波長范可見光、短波紅外、中波cvnk關 E t

DEP0 0 HJ D B

B0H0M JEJ西安交通大學朱京

西安交通大學電信學院朱京平教 邊界連續(xù)條D2nD1n

自由電荷面密

B1nE1t 電介質

極化強

Px0r1介質折射率nr1簡單電介質：線性，非色散，均勻，各向同2E2E波動方程：Helmholtz

西安交通大學朱京

HH西安交通大學電信學院朱京平教 各種類 光 平面

E(rAeikr等相面(波前)

I(r)

E(r 球面

E(reikrI AIr)E(r r

柱面

E(r)r

等相面為圓柱 A

x2y2

I(r)

E(r r拋物面波E(r)

eikze 2z西安交通大學朱京

西安交通大學電信學院朱京平教 3.1相干光3.2光與物質相互作用理論——激光產(chǎn)生 基3.3激光產(chǎn)3.4激光器3.5激光的3.6激光器

西安交通大學電信學院朱京平教 ——非相干光來源：原子或分子體系的自發(fā)方向：四面八方無規(guī)則——相干光來源：原子或分子體系的受激

滿足信息光電子技術對光源的

西安交通

電信院朱京教 3.2.1光與物經(jīng)典模型——諧振子模原子內(nèi)部電子運動形成固有頻率0輻射場對電子反作用md2xm2xmdx

E(t)x(t)x()e00

m(22)

西安交通大學電信學院朱京平教 3.2.1光與物質相互作光波在各向同性介質中P()

E()Nex()

Ne2

Ne2

2

00

2)(

0(22)220

()

m

(22)2200

γΔωχ(ν)

8π2mε0

ν00 ν)2Δν/0χ(ν)

4π2mεν

京西安4交京西安4交通大學電信學

1 νν0

權所3.2.1D1E1EE

E10E

r 式中1n2

ν10

0可見，散射過程造成折射率n2 ；諧振使變?yōu)?k

1

kk

k

2n2

)z

經(jīng)典電振子模型精確解釋了：吸收譜線線型函數(shù)、吸收和色散關系等問但對光傳輸?shù)耐普撝荒苁窃絺髟饺?，無法解釋光放大——3/12/8子化概念

西安交通大學電信學院朱京平教 3.2.21.三種躍遷過自發(fā)輻

dN2dN21

受激輻

dN2dN21

受激吸

dN1dN12

三種躍遷同時存在，相互

B12g1——愛因斯坦

8πhν3n 西安交通大學電信學

受激吸3.2.2光譜線線型函

Course

NAνdν

dt

2ν 2ν

NWνdν

NBνρ

與粒子體系

ρν及輻射場 有g

西安交通大學電信學院朱京平教 3.2.2光輻射量子理論4.受激均勻展寬：包括：自然展寬，碰撞展寬和熱振動展非均勻展寬：包括：多普勒展寬與殘余應力高斯型線型函數(shù)

西安交通大學電信學院朱京平教 光與物質相互作用經(jīng)典理論量子修 λ2ss

χν N

g量子解釋g

18πn2G(ν) g1N)B12hg(ν)

g1N)Kg(νgλ gλ2

2

西安交通大學電信學院朱京平教 激光產(chǎn)生的條必要條

N2g2 充分條

1lnRR

glnRR

1lnR 1(N21N

2 1

K

A2

G(ν)(N2 N12穩(wěn)定振蕩條件

西安交通大學電信學院朱京平教 激光器基本結構及基本結激光器 G0(ν 輸出功G(νIGth

P I(0)ST IsST 1 輸出模式縱模

西安交通大學電信學院朱京平教 橫模：高斯分激光的特激光器的

西安交通大學電信學院朱京平教 3.6.5常見激光器性能2013/12/8E-西安交通大學朱京平

西安交通大學電信學院朱京平教 第4章光波導技術基4.1引言（地位，作用，發(fā)展歷程4.2平面波導中的 與導引波、消逝波、波4.34.44.6光纖中4.7階躍光西安交通大學朱京平

西安交通大學電信學院朱京平教 平面波導：結構最為簡單、直觀與精練，便于建立清晰條件光波導：無源、無荷、線性、均勻、各向同性、不導電、無損介質面入射光：均勻平過程：全反結果：沿界面方 的非均勻平面波光密介質中，波場沿界面法向按駐波分布——光疏介質中，波場沿界面法向按指數(shù)衰減分布——消逝

西安交通大學電信學院朱京平教 2222222sinsinn22211

nnrEy'/Ey

arctan

西安交通大學電信學院朱京平教 4.2.2光密媒質中的波場——光密介質中合成E1yr,tEyr,tEr,t2Acoshxeitz 特性合成場等相位面(z為常數(shù))垂直于 方 二者互相垂 E

1

合成場區(qū)沿x方向為駐波，場分量E1y與H1z的相位差為

合成場區(qū)沿z方向為行波 相速

nsin西安交通大學朱京平

西安交通大學電信學院朱京平教 4.2.2光疏媒質中的波場——消逝光疏介質中合成E2yr,t特性合成場等相位面(z為常數(shù))垂直于 方1E1

二者互相垂

西安交通大學朱京平

西安交通大學電信學院朱京平教 三層平板波導中

1c

2k0n1dcos212213m1

m

V 13

V n2n2n212

西安交通大學電信學4.4.2平面導波本征方 H2 k2n22E y由于E(xy)Ey

xx

Ey2n2 Ey Ey2

2 yyy2 y

dx(x西安交通大學朱京平

西安交通大學電信學院朱京平教 4.4.2平面導

于是其滿足導波條件(k0n2k0n1)及邊界條件(x＝0及x＝－d處Ey Ex

Aeqx

(x(dx epxdAcoshdqhsinhdk2k2 22k2n2 22k2n2

(xd且 tanhd

hpq p

h2 pq西安交通大學朱京平

h2西安交通大學電信學院朱京平教 4.5數(shù)值孔徑N.A.nsin

n2n2 歸一化頻率表示在光纖 V2aN.A.k

n2n 0當V2.4時，只有基模 ；而當V2.4時，為多模傳輸態(tài)西安交通大學朱京平

西安交通大學電信學院朱京平教 子午光11偏射光線(1)1

：不滿足全反射條件，不傳導 對應于圖中以過A點的界面法線x為軸線、以c1

12c n2n2 光功率2013/8全部限制在纖芯中，部分向纖芯外泄

西安交通大學朱京平

西安交通大學電信學1

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12

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