现代通信光电子学-光子学

光电子学绪论光电子学是光学和电子学相结合的产物，是一门交叉学科。它借助电子学的概念、技术和方法研究光波的规律和属性，研究光波场与物质中的电子相互作用及其能量转换的规律。从学科发展的历史看信息光电子学

光学

研究光波的性质、规律和属性几何光学以射线光学为基础研究光在均匀介质中的传播规律，在两种在界面上反射、折射、全反射，在此基础上发明了放大镜、显微镜、望远镜、照相机等应用光学仪器；物理光学研究光的干涉、衍射、偏振特性，以此为基础研制了各种干涉仪、衍射光栅、标准具、光谱仪、滤光片等物理光学器件和仪器。

这些仪器对生物学、化学、天文学、医学以及物理学等基础学科和现代科学技术的发展起到了举足轻重的作用。从学科发展历史看光电子学

众所周知，当今时代已步入信息时代，在信息社会中，光信息占人类可获得的信息总量的80％以上。不能不说光学这个古老的学科正在飞速发展，正在不断注入新内容。光学几何光学物理光学薄膜光学晶体光学信息光学激光从学科发展的历史看光电子学

电子学是在电磁学的基础上发展起来的，是研究电信号的产生、放大、调制、解调、传输、存储、处理、显示和应用的学科。二十世纪六十年代，半导体材料的研制成功，大大促进了电子学的发展，随着半导体工艺和微电子技术的发展，电子学、微电子学产业已经成为二十世纪的支柱产业，人类享受的现代物质文明，很大程度上依赖于电子学的发展。。电子学从学科发展历史看光电子学

虽然早在十九世纪麦克斯韦的经典电磁理论就揭示了光的电磁性质及其在介质中的传播规律；关于光的吸收和辐射问题，在1917年爱因斯坦就建立了系统的理论；但是，直到二十世纪五十年代光学和电子学一直保持着独立性，称为两门独立的学科。。。从学科发展历史看光电子学

1960年，梅曼发明了第一台激光器，激光的单色性好，能量高度集中，相干性好，这些特性是其它光源所不能比拟的。激光与物质相互作用的研究变得空前活跃。从1960年开始，短短十年，就涌现出了激光物理学、非线性光学、半导体光电子学、导波光学和相干光学等一系列新学科。在那十年里，几乎每天都有新研究成果报道。70年代以后，随着半导体激光器和光导纤维技术的重大突破，导致了光通信和光信息处理等现代高科技的发展。从学科发展历史看光电子学

时间是物理学的最基本的物理量之一，随着时间刻度的细分，秒、毫秒、纳秒、皮秒、飞秒、阿秒……，人类可以进入超快过程的研究领域，象光化合作用、化学中化合物的形成过程以及生命过程等的研究将在人类面前揭示一个崭新的世界。超短脉冲技术为人类提供了一个快速“时间探针”。实际上，梅曼发明的第一台激光器就工作在脉冲状态，只不过其光脉冲宽度比较宽而已。调Q技术、锁模技术、光脉冲的放大和压缩技术的发展使人类得到纳秒乃至飞秒的“时间探针”已经是很容易的事了。超短脉冲技术的发展自从1966年首次利用被动锁模技术在钕玻璃激光器中获得了皮秒量级的超短激光脉冲以来，超短脉冲技术一直受到广泛关注，发展异常迅速。从学科发展历史看光电子学

长度是物理学的另一个最基本的物理量，利用饱和吸收稳频氦氖激光器可以在可见光和中红外区得到皮米（10-12米）绝对长度标准。激光的能量高度集中，用1016～1020J/cm2的光波可以将物质的分子或原子电离，因此，研究高能光波场与物质相互作用的等离子体物理学随之崛起。从学科发展历史看光电子学

激光的单色性好，传播距离远、保密性强，特别是采用密集型波分复用技术将会实现巨大容量光纤通信（1000Gbt/s或更高）。从学科发展历史看光电子学

激光技术的发展不仅从深度和广度促进了相应学科的发展，而且促进了各个学科之间和技术的相互交叉和渗透，与物理学、数学和材料科学等基础学科相互交叉形成了许多边缘学科。例如：非线性光学效应历来都是在强光作用下，在介电材料中才观察到的现象，然而，到了80年代，用弱光激发的象GaAs等量子阱半导体材料竟观察到了极强的三阶非线性光学现象，从而导致了半导体光学双稳态功能器件的开发，正象晶体管的研制成功奠定了微电子学的基础一样，“光晶体管”的研制成功必将促进光电子学的发展和光电子产业的发展；再如，以前人们把光纤仅仅看作传输光波的介质，但是，随着光纤物理特性的深入研究，发现了光纤的偏振和相敏特性，利用这些性质可以发展光纤传感技术；利用光纤的非线性和色散特性可以压缩和整形光脉冲，形成光孤子；在光纤中掺入稀土元素（铒、镱、銩等）制成有源光纤，可以发展光纤激光器和光纤放大器，光纤放大器的研究引起了光纤通信的第二次革命；在光纤中掺入光敏材料，可以研制光纤光栅，这必将促进光通信和光传感技术的发展，一种全固化的光子集成回路已经迅速地形成，并向人们展现出来。从学科发展历史看光电子学

在多学科综合发展的推动下，光通信已经形成了产业，光纤传感技术日趋成熟，半导体逻辑功能器件和光集成取得了重大进展，光信息处理成了举世瞩目的现代信息科学的重大研究课题。光电子学便从现代信息科学领域脱颖而出。随着信息时代的到来，人们面对的是巨量的信息，要求在有限的时间内，甚至实时的采集、传输、处理、存储、显示、应用这些数据，这向微电子学提出了严峻的挑战，微电子学在实现超高速、超大容量、超低损耗的集成系统方面遇到了根本的困难。从学科发展历史看光电子学

光波的频率比微波频率高三个数量级，比无线电波频率高六个数量级，用光波作为载波，若视频带宽为5MHz，那么一路光纤上可以同时播放100万套电视节目。

一个完整的信息系统，应包括载波光源、信号加载、信息传输、信号处理与监测解调等基本部分。每一部分都需要有源无源光电子器件和光电子学技术。因此光通信是以光电子学为基础的。

从学科发展历史看光电子学

二十世纪末是光电子产业迅速发展时期，1989年光电子产业规模～450亿元，1995年增加到700亿美元。2000年为1650亿美元，2003年，增加到了2482亿美元。2010年？照此发展，二十一世纪将发展到上万亿的产业规模。光电子学做为一门学科也必将随之发展和深入。从学科发展历史看光电子学

现代通信光电子学（第五版）亚里夫教材授课时间：2010年9月21日——2011年1月11日答疑时间：临时安排考试时间：2011年1月18日授课方式：讲授+自学+讨论时间考核方式：平时成绩（出勤、作业）：50%期末成绩（闭卷考试)：50%第1章电磁理论第2章光波在光学介质中传播第3章光波频率变换第4章激光光束的电光调制第5章激光光束的声光调制第6章光探测中的噪声第7章光辐射的探测第8章光波在光纤