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ggz第1章_光电技术基础解析

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第一章光电技术基础

第一章光电技术基础
M e,s, m 1.309T 5 1015 W·cm-2·μm-1·K-5
2、M 数值随温度升高很快。（M 峰值升高， 维恩曲（线wi下en面）积最增大大发，射M本也领大定）律：
描述黑体光谱辐射出射度的峰值与温度关系的公式
以上三个定律统称为黑体辐射定律。
意义何在？
第一章光电技术基础
10
例1-1 若可以将人体作为黑体，正常人体温度为 36.5℃，（1）试计算正常人体所发出的辐射出射 度为多少W/m2？（2）正常人体的峰值辐射波长 为多少μm？峰值光谱辐射出射度Me,s,λm为多少？ （3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发 烧时的峰值光谱辐射出射度Me,s,λm又为多少？
1.本征吸收
在不考虑热激发和杂质的作用时，半导体中的电子基 本上处于价带中，导带中的电子很少。当光入射到半导体 表面时，原子外层价电子吸收足够的光子能量，越过禁带， 进入导带，成为可以自由运动的自由电子。 同时，在价带中留下一个 自由空穴，产生电子-空穴 对。如图1-9所示，半导体 价带电子吸收光子能量跃 迁入导带，产生电子空穴 对的现象称为本征吸收。
第一章光电技术基础
27
显然，发生本征吸收的条件是光子能量必须大于
半导体的禁带宽度Eg，才能使价带EV上的电子吸 收足够的能量跃入到导带底能级EC之上，即
hv Eg
（1-69）
由此，可以得到发生本征吸收的光波长波限
L
hc Eg
1.24 Eg
........(
m)
（0）
只有短于上述波长的入射辐射才能使器件产生
Le,
第一章光电技术基础
（1-54）
15
如图1-5所示为人眼的明 视觉光谱光视效率V（λ）
它为与波长有关的相对值。 注意短波长和长波长处

第一章 激光原理概论

第一章 激光原理概论

激光产生的物质基础
黑体辐射的普朗克公式
黑体辐射大小
u dE v dVdv
（1）
uv单色能量密度，指在单位体积V内处于频率 v 处单位频率间隔内的
电磁辐射能量E。实验证明 uv 的大小 v与和温度T有关。
普朗克能量量子化假说
普朗克认为，原子中运动的电子可以视为一维的谐振子，它所吸收 或发射的电磁辐射能量不能连续化，只能以与振子的振动频率成正 比的能量作为基元，取它的整数倍。能量大小为：
主要是指电光变换器件，分成相非干线性 光光源学器和件非光 激参 光相量 产振 干生荡 高光次谐源波
光源器件的分类



激光的和频与差频
相干光源非激照线光明性固半等 染气光光体导 料 离体源学激体激 子 激器白光气激光 体 光件炽器体光器 激 器灯放光 器 激 激光电参光 光器灯量的 产光、振和 生源着性荧荡频 高光与 次重和器灯差 谐光高件性频 波的速非相 单脉干色冲光源显 照 信示 明 息光 光 处源 源 理着用白 对阴发 荧 液 等 本 场 气重光炽极光 光 晶 离 征 致 体比源显灯射二 显 显 子 场 发 放度线极 示 示 体 致 光 电 发 各 示、管管 器 器 管 发 灯 光 (种图E色(光 、 二 小 LL象)显 E灯 荧 极 型彩D的示（ 光 管 光)饱器固 灯 （ 源清和体 L晰E灯 度D度)）等、
激光产生的物质基础
爱因斯坦关系
则原子系统从吸收能量E2-E1后，单位时间内从E1 跃迁到E2 能级
的原子数为：
n B u n
12
12 v 1
处于E2上的原子，单位时间通过自发辐射与受激辐射跃迁至E1上
的原子数为：
n A u B n
21

第1章 激光的基本原理 PPT课件

第1章 激光的基本原理 PPT课件

§5 光的自激振荡
损耗系数 振荡条件
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§5 光的自激振荡
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§5 光的自激振荡
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光电子技术 精品课程
电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院
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第1章 激光的基本原理 PPT课件
电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院
§2 相干性的光子描述
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§3 光的受激辐射的基本概念
黑体辐射的普朗克公式 光与物质相互作用的三
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§3 光的受激辐射的基本概念
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§3 光的受激辐射的基本概念
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§4 光的受激辐射放大
激光器的基本思想 集居数反转
增益系数
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§4 光的受激辐射放大
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§4 光的受激辐射放大
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复习总结

复习总结

解：S v甲 KW = Se
色温2856K标准钨 W =17.1 lm/W 色温 标准钨K 标准钨 S v甲 = Se /KW =5/17.1= 0.29 A/lm 而乙厂光电器件的光照灵敏度是 S v乙 = 0.4A/lm 则：S v乙 > S v甲
8
2012-3-8
1.11某半导体光电器件的长波限为 某半导体光电器件的长波限为13µm，求其杂质 ， 某半导体光电器件的长波限为 电离能∆Ei。 电离能 。 1.19光电发射材料 2CsSb的光电发射长波限为 光电发射材料K 光电发射材料 的光电发射长波限为 680nm,求该光电发射材料的光电发射阈值。 求该光电发射材料的光电发射阈值。 求该光电发射材料的光电发射阈值 1.20已知某种光电器件的本征吸收长波限为 已知某种光电器件的本征吸收长波限为1.4µｍ， 已知某种光电器件的本征吸收长波限为 ｍ， 计算该材料的禁带宽度。 计算该材料的禁带宽度。
hc 1239 (nm) 解题思路： 解题思路：λL = = Eth Eth
Eth = EA
N型半导体
Eth = Eg + EA
P型半导体
1.11 ∆Ei=Eth=1.24/13=0.095ev 1.19 Eth=1239/680=1.82ev 1.20 Eg=1.239/λL=1.239/1.4=0.886ev
2 .5设某光敏电阻在 设某光敏电阻在100lx的光照下的阻值为 的光照下的阻值为2KΩ，且已 设某光敏电阻在 的光照下的阻值为 ， 知它在90~120lx范围内的 范围内的γ=0.9。试求该光敏电阻在 知它在 范围内的 。 110lx光照下的阻值？ 光照下的阻值？ 光照下的阻值
解：
g =SgEγ
2012-3-8 12

1章绪.论

1章绪.论

d B l E dl － dt t dS S
变化的电场（位移电流）激发涡旋磁场 dD l H dl I s S j0 dt dS
光与现 代科技
LC振荡电路辐射电磁波的条件
•振荡频率足够高——辐射能量与频率的四次方成正比，因而 频率越高，辐射能量越高； •电路开放——LC是集中性元件，电场能量集中在电容器中， 磁场能量集中在线圈中，为了把电磁能辐射出去，电路必须 是开放型的。 LC振荡电路就演变为振荡偶
惠更斯的波动说 光是机械波，在弹性介质“以太”中传 播。
光与现 三、光的本性 代科技
• 光的电磁理论——波动性：
干涉、衍射、偏振
• 光的量子理论——粒子性：
黑体辐射、光电效应、康普顿效应
四、光学的分类


几何光学 以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪 器成象规律。 物理光学 以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。 波动光学——光的波动性：研究光的传输规律及其应 用的学科 量子光学——光的粒子性：研究光与物质相互作用规 律及其应用的学科
光与现 代科技

§1.1 光的基本特性




一、概念 概念 §1.1.1 光是电磁波谱中波长范围为1nm~1mm或者频率在 3*1011Hz~ 3*1017Hz范围的电磁辐射，是能量与信息 的载体。 可见光是波长为380nm~780nm的电磁辐射，可见光 刺激人眼产生人眼的视觉效应。 光也产生热效应，可以用主观和客观两种度量体制 即辐射度学和光度学来度量光。 光具有波动性和粒子性，利用光的波动性可以研究 光在介质和自由空间以及光电系统中的传播规律， 光的粒子性和材料的光电特性是光电信息转换器件 的物理基础。

科学出版社 江文杰编著《光电技术》习题答案

科学出版社 江文杰编著《光电技术》习题答案
同一照度下，加负载后，负载电阻与光电池内电阻串联，内电阻上总会分去一部分电压， 所以负载上的输出电压总是会小于开路电压。
4-7 说明 PIN 管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。PIN 管的频率特性为什么比普通 光电二极管好? 答：（一）PIN 光电二极管
工作原理：PIN 光电二极管是一种快速光电二极管，PIN 光电二极管在掺杂浓度很高的 P 型半导体和 N 型半导体之间夹着一层较厚的高阻本征半导体 I，其基本原理与光电二极管 相同。但由于其结构特点，PIN 光电二极管具有其独特的特性。如下图所示。
=
SΦ m
R1 RL
=
SΦ m
Rb Rb + RL
=
0.6 × 5 × 125 125 + 125
= 1.5μA
交流输出电压 UL 的有效值
UL = ILmRL / 2 = 1.5μA ×125kΩ/ 2 = 132.6mV
(3)上限截止频率
f HC
=
1 2πR1C1
=
1 2 × 3.14 × 125 ×103 × 6 ×10−12
科学出版社《光电技术》第 1 版习题与思考题及参考解答
第 4 章 光伏探测器
4-1 （1）证明：光电二极管输出的光电流 Ip = eηΦ0 / (hν ) ，式中：Ф0 为入射辐射功率，e
为电子电量，η为量子效率，hv 为入射光子能量；（2）通常光电二极管的内增益 M=1，不会 出现 M>1。试从光伏效应的机理上加以解释。
压，负载电阻 50Ω 自身的噪声电压）：
U
2 in
=
2eiΔf
⋅
R2
+
4kT Δf
⋅
R
=

第1章 光电技术基础下

第1章 光电技术基础下

电阻率大于1012Ω·cm
电阻率为10-3—1012Ω·cm
半导体的独特性能
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其应用 极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：
光敏性——半导体受光照后，其导电能力 大大增强；
热敏性——受温度的影响，半导体导电能 力变化很大； 掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质， 其导电能力极大地增强；
n N e , (1 e

) 载流子的平均寿命。
q dg d e, 2 hl
与电极间距 平方成反比
τ=1/Kf(ni+pi)称为
达到动态平衡状态时， n0 N e, μ为电子 光激发载流子引起半导体电导率的变化 n0 q 迁移率
bd qbd 本征半导 g N e , 体光电导 l l
+4
+4
空穴 硼
+3
硅
+4
受主能级的存在使较高能量的电子 直接跳上它而不跳向导带，所以平 均电子的能量降低，费米能级降低。
3. N型半导体
在纯净的硅晶体中掺入五价元 素（如磷或锑），使之取代晶 格中硅原子的位置，就形成了 N（Negative）型半导体。五 个价电子，其中四个与相邻的 半导体原子形成共价键，必定 多出一个电子，它很容易被激 发而成为自由电子，该原子就 成了不能移动的带正电的离子。 每个五价原子给出一个电子， 称为施主原子。这种半导体又 称为“电子型半导体”。 因施主能级的存在可使较多电子高 跳上导带，在高能态的电子就多， 所以费米能级升高。 磷
导通压降 硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
U
反向饱和电流
反向特性
P
–
+N
死区电压

精简版---激光原理知识点+复习90题

精简版---激光原理知识点+复习90题
因此，一次往返转换矩阵为
T
A C
1 2L
B D
2 R1
R2
2 R2
1
2L R1
2 L1
L R2
2L R1
1
2L R1
1
2L R2
把条件 R1 R2 R L 带入到转换矩阵 T，得到：
T
A C
B D
1 0
0 1
共轴球面腔的稳定判别式子 1 1 A D 1
2
如果 1 A D 1 或者 1 A D 1 ，则谐振腔是临界腔，是否是稳定腔要根据情况来定。本题中 ，
(1)判断腔的稳定性; (2)求输出端光斑大小； (3)若输出端刚好位于焦距 f=0.1m 的薄透镜焦平面上，求经透镜聚焦后的光腰大小和位置。
解: (1)如图所示，等效腔长
L
'
a
b
0.44
m
0.1 m 1.7
0.5m
由等效腔长可得
：
g1 g 2
1
L' R1
1
L' R2
1
0.5 1
1
0.5
2
1
1.52 1
1.52
要达到稳定腔的条件，必须是 1 1 A D 1，按照这个条件，得到腔的几何长度为：
2
1.17 L1 2.17 ，单位是米。（作图）
11
4.4（夏珉习题 2.19 数据有改变）如图 2.8 所示，波长 1.06m的钕玻璃激光器,全反射镜的曲率半径
R=1m，距离全反射镜 0.44m 处放置长为 b=0.1m 的钕玻璃棒，其折射率为 n=1.7。棒的右端直接 镀上半反射膜作为腔的输出端。
第三章
光学谐振腔

激光原理与技术第一章第二部分通俗讲解课件2

激光原理与技术第一章第二部分通俗讲解课件2

（2）非均匀加宽工作物质的饱和作用弱；
当1
0，I1
I
时
s
GH
0,
Is
1 2
GH0
0
Gi 0 , Is
1 2
Gi0
0
（3）非均匀加宽工作物质的增益曲线是局部饱和。
烧孔效应：反转粒子数的烧孔效应
n0 0 '
n0 1
n 1
0'
0
1
0
烧孔效应：存在于非均匀加宽气体激光器中
增益烧孔：增益曲线的烧孔效应
Gi ( , I1 )
Gi0 ( )
0
1
0
烧孔效应：反转粒子数按速度的分布曲线
n(vz )
v(z) v(z) 0 v(z)
常用激光增益介质谱线线宽的比较
教材表1.3 几种气体激光增益介质谱线的自然线宽
常用激光增益介质谱线线宽的比较
教材表1.4 几种气体激光增益介质谱线的多普勒线宽
常用激光增益介质谱线线宽的比较
原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正
dn21 dt
st
＝n2
B21
＋
g (
－
'）
'
d
'
＝n2B21g
同理：
dn12 dt
ab
＝n1B21g
在频率为的单色光辐射场的作用下，受激跃迁几率：
W21 B21g
W12
B12 g
原子自发辐射、受激辐射和受激吸收几率的修正
物理意义：
)2
L
2
2
线宽为：
＝1
L
2
均匀加宽：气体工作物质
均匀加宽线型函数为：

光电技术实验指导书共24页word资料

光电技术实验指导书共24页word资料

光电技术实验指导书第一章CSY-998G光电传感器实验仪说明CSY-998G光电传感器实验仪主要有主机、传感器与器件、光源等部分组成一、主机：由大面板、小面板和顶板。

供电电源AC220V，50Hz。

额定功率200W。

1、大面板：各类实验电路2、小面板：1）各种直流稳压电源和恒流源。

0~15V连续可调直流稳压电源。

0~5V连续可调直流稳压电源。

±15V、+5V稳压电源。

AC12V 交流电源0~20mA连续可调恒流源2）显示表：电流表：DC20μA、200μA、20mA 、200mA(量程四档切换)电压表：DC200mV、2V、20V（量程三档切换）光照度计：1-2019Lx3、顶板顶板：由安装架、支架、滑轨等组成。

二、传感器与器件光敏电阻（CdS光敏电阻、额定功率：100mW、暗阻≥1MΩ、t r 20ms、t f 30ms、λp：580nm）光敏二极管（Vr：20v、I D＜0.1μA、I L：50μA、t r t f：10ns λp：880nm）光敏三极管（V CEO：50v、I D＜0.1μA、I L：5mA、t r t f：15ns λp：880nm)硅光电池（V OC：300mv、I D＜1×10-8μA、I SC：5μA、λ：300-1000nm、λp：880nm)反射式光耦（输入：I FM=20mA、V R=5V、V F=1.3V 输出：V CEO=30V、I CEO=0.1μA、V CES=0.4V=5、t r t f：5us）传输特性：C TR（%）红外热释电探头光照度计探头Y型光纤PSD位置传感器普通白炽灯普通发光二极管红外发射二极管（V R：5V、V F：1.4V、I R：10uA、P O：2mw）半导体激光器（波长：635um、功率1-3mw）三、实验仪器尺寸实验仪器台尺寸为：520×400×350（mm）。

第二章实验指导实验一光电基础知识实验一、实验目的通过实验使学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等基本概念有具体认识。

第一章光电技术基础讲课文档

第一章光电技术基础讲课文档
激光加工设备还将继续沿高功率、高质量、 高可靠、低成本的方向发展。
第八页，共100页。
3. 光电子材料和元器件产业
光电子材料和元器件是光电子产业的基础，对光 电子产业的发展起着决定性的作用。 4. 光子学及光通信器件
主要包括光子的产生、探测、控制和处理，因 此，必须有相应的光子学器件，光子学器件的时间 响应和单道超大容量要比电子学器件高得多，这对 信息技术的发展有很大的推动作用。
学，它以光学和电子学为基础，综合利用光学、电子学、精密 机械、仪器仪表、材料科学、控制科学和计算机技术解决各种 工程应用课题的技术学科
第六页，共100页。
光电子产业
1. 信息光电子产业
21世纪的信息网络是以IP（或IP/ATM）协议控制下的密集 波分复用（DWDM）为基础的光核心网， 包括有线（光纤或 HFC）、无线等不同接入类型、不同业务规模的各种接入 网所形成的一个灵活、大容量的综合网。其中全光通信网 （AON）是主体， 全光网中的传输和交换容量均达到Tb/s量级， 将比现有传输速率提高100倍以上。
Ie0是面元dS沿其法线方向的辐射强度，又称 为余弦辐射体或朗伯体。(1)式代入(2)式得到余 弦辐射体的辐射亮度为
Le
dIe0 dS
Le0
第三十三页，共100页。
余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角
无关。余弦辐射体的辐射出射度为
Me
de dS
Le0
⑹辐射照度：在辐射接收面上的辐照度Ee定义 为照射在面元dA上的辐射通量与该面元的面
本章主要介绍光辐射的基本概念和原理，以 及在光电子技术中应用比较普遍的典型光辐 射源。
第十七页，共100页。
1. 电磁波的性质与电磁波谱
由麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生变化的

光电技术原理实验指导书V

光电技术原理实验指导书V

内容简介光电信息技术以其极快的响应速度、极宽的频宽、极大的信息容量以及极高的信息效率和分辩率推动着现代信息技术的发展，从而使光电信息产业在市场的份额逐年增加。

在技术发达国家，与光电信息技术相关产业的产值已占国民经济总产值的一半以上，从业人员逐年增多，竞争也越来越强烈。

为适应形势的发展需求，不少高等学校相继增开设了光电信息类专业或院系，以改变光电信息类人才短缺的现实。

基于这样的形势，我司为满足所有学校新增光电信息专业的教学需求，在参考了《光电技术与实验》（北京理工大学出版）、《光电技术》（浙江大学出版）等教材后开发出本套适用于《光电技术》课程的实验仪器设备，来提高我国光电信息人才的实际应用能力。

本实验系统与理论紧密结合，注重实用，可作为测控技术与仪器、物理电子技术、仪器仪表、自动控制、精密仪器及办公自动化等专业本科生、研究生和有关科技人员课堂实验和研究。

因时间仓促，书中有不当之处，殷切希望广大老师给予批评指正！目录实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试......................... - 4 -实验二光电探测原理实验 ................................... - 13 -光电探测原理实验仪说明 (13)实验指南 (15)实验（一）光照度测试实验 (15)实验（二）光敏电阻特性测试实验单元 (18)实验（三）光电二极管特性测试实验单元 (24)实验（四）光电三极管特性测试实验单元 (32)实验（五）光电池特性测试实验单元 (37)实验三光电探测器直流特性测试............................. - 44 -实验四光纤端面处理、耦合及熔接........................... - 48 -实验五光纤衰减系数的测试 ................................ - 54 -实验六光电倍增管特性参数的测试........................... - 58 -实验七 CCD原理及应用实验................................. - 63 -实验（一）CCD驱动测试实验.. (64)实验（二）CCD特性测试实验 (70)实验（三）CCD输出信号的二值化处理实验 (72)实验（四）线阵CCD的AD数据采集 (73)实验（五）线阵CCD软件二值化及物体宽度的测量 (75)实验八电光调制 .......................................... - 78 -实验九红外光电检测创新实验平台........................... - 84 -实验（一）主动式光电报警系统实验 (85)实验（二）被动式光电报警系统实验 (91)实验（三）锁相环实验 (93)实验（四）主动式光电报警系统电路搭建实验 (96)实验（五）被动式光电报警系统电路搭建实验 (102)实验（六）锁相环电路搭建实验 (105)实验十光电定向实验 ...................................... - 108 -实验十一偏振光原理及应用实验............................. - 119 -实验（一）偏振光的产生与鉴别.. (120)实验（二）椭圆偏振光和圆偏振光 (123)实验（三）测量布儒斯特角 (128)光电技术原理 ......................................... - 130 -ZY-YSLD3125型LD激光二极管. (131)ZY-YSLED3215型LED发光二极管 (133)ZY-LDT-5412型LD/LED温控器 (135)ZY-GY-7A型亮度可调卤素灯 (136)ZY-WDX型棱镜单色仪 (137)ZY-WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪 (147)ZY-CJQ型积分球 (148)ZY-AV33012型光纤切割刀 (150)ZY-AV6491E型光纤熔接机 (153)ZY-CFS-2型光纤剥皮钳 (157)ZY-AD/B-FC型裸纤转接器 (158)ZY-GT111/112型四象限光电探测器 (159)ZY606型LD/LED电流源 (160)ZY-931A型光电倍增管 (163)ZY12208C型电光调制器 (165)实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试一、实验目的1、通过测量LD 半导体激光器阈值电流、LED 发光二极管和LD 半导体激光器的输出功率－电流（P-I ）特性曲线和电压－电流（V-I ）特性曲线，计算阈值电流（Ith ）和外微分量子效率，从而对LED 发光二极管和LD 半导体激光器工作特性有个基本了解。

高等光学教程-第1章参考答案

高等光学教程-第1章参考答案

[Re E (r , t )][Re H (r , t )]
1 1 * j t * j t E 0 e j t E 0 H 0 e j t H 0 e e 2 2 1 Re E 0 H 0 e j 2 t Re E 0 H 0 2




ˆ。 1.6 求（1-201）式中所表示的表象之间的变换矩阵 F
解答：设偏振光表示为
1 E 0 X Y ˆE ˆ E Ep E x y x y 0 1
也可以表示为
~ ~ ~ ˆ ~ ˆ EL 1 ER 1 E p EL L ER R 2 j 2 j
令 则有
z vt ， z vt
U U1 U 2 U1 U 2 U1 U 2 z z z z z
2U z2

2U 1 2U 2 2U 1 2U 2 2 2 z 2 2 z
因此
~ ~ Ex 1 1 1 E L ~ ~ 2 j j ER E y

1 1 ˆ 1 F j j 2
1.7 设一个偏振态与下列偏振态正交
cos J ( , ) j sin e

U1
r2
1 U 1 U 2 1 U 2 U 1 1 U 1 2U 1 U 2 1 U 2 2U 2 2 2 r r r r2 r 2 r r 2
2U 2 2
1 2 v2 t 2 (r f ) 之值。 v ， t v t

激光光学

激光光学
教授
光电子
49
光电子
课程负责教师教育经历及学术成就简介：
长期从事激光理论、激光光学理论、高功率激光器、高功率激光束传输控制等领域研究。研究特点是理论联系实际，很多研究成果都直接发展成为产品。
主讲过激光原理、激光技术、激光物理、激光光学等激光领域主干课程。
课程教学目标：
熟练掌握：开腔激光谐振腔原理，开腔中谐振光束的基本特征，开腔中谐振光束在腔内和腔外的传输特征，激光光束的基本评价方法等。
附件
研究生
课程名称：激光光学
课程代码：182.504
课程类型：□一级学科基础课□√二级学科基础课□其它：
考核方式：考试
教学方式：讲授
适用专业：物理电子学、光学工程
适用层次：□√硕士□博士
开课学期：秋季
总学时：48
学分：3
先修课程要求：物理光学、激光原理
课程组教师姓名
职称
专业
年龄
学术方向
陈培锋（负责人）
结合最新研究成果，资料不断更新。
3、教学方式方面：
讲述与讨论结合。
4、教材方面：
内容全面，循序渐进。
5、其它：
§3.3高斯光束的聚焦
§3.4高斯光束的匹配
第四章简单两镜光学谐振腔
§4.1共轴球面腔的约束稳定性
§4.2等价共焦腔
§4.3不稳腔
第五章光学谐振腔的衍射积分方程理论
§5.1光学谐振腔的本征积分方程
§5.2光学谐振腔的本征积分方程的解
§5.3Fox-Li数值迭代法
§5.4光腔损耗的计算
第六章M基础
§1.1衍射方程
§1.2激光形成和特点
§1.3激光模式和光束质量概念
第二章矩阵光学基础
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光电技术
滨州学院 物理与电子科学系
高光珍
第1章
光电技术基础
光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。即光是以电 磁波方式传播的粒子。 光的本质是物质，它具有粒子性，又称为光量子或光子。 光子具有动量与能量，并分别表示为p与E，
p hv / c
E hv
式中h为普朗克常数(6.626× 10-34J· s)；v为光的振动 频率(s-1)；c为光在真空中的传播速度(3×108m· s-1)。 光的量子性成功地解释了光与物质作用时引起的光电效 应，而光电效应又充分证明了光的量子性。
图1-1为电磁波按波长的分布及各波长区域的定义(称为电磁
波谱)。电磁波谱的频率范围很宽，涵盖了由宇宙射线到无线电 波(102～1025Hz)的宽阔频域。光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部 分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即10-9～10-3m的范围。 在这个范围内，只有0.38～0.78μm的光才能引起人眼的视觉感， 故称这部分光为可见光。 红外 可见光 紫外 Γ射线 远红外 电磁波 X射线 近红外 10 3 10
与该方向立体角元dΩ之比定义为点光源在该方向的辐(射)强 度Ie，即
dΦe Ie dΩ
辐(射)强度的计量单位为瓦(特)每球面度 [W/sr]。 点光源在有限立体角Ω内发射的辐通量为
(1-10)
Φe I edΩ
Ω
(1-11)
各向同性的点光源向所有方向发射的总辐通量为
Φe I e dΩ 4πI e
6
10 9 1012
10
15
1018
1021

图1-1 电磁辐射光谱的分布
10 24 f /Hz
1.1 光辐射的度量
度量方法
1.物理的计量方法——辐射度参数
适用于整个电磁辐射谱区 2.生理的计量方法——光度参数 以人眼能见到的光对大脑的刺激程度来对光进行 计量。 适用于可见光谱区域。0.38～0.78μm
1.1 光辐射的度量
1.1.1 与光源有关的辐射度参数与光度参数 1. 辐(射)能和光能
以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐(射)能，用 符号Qe表示，其计量单位为焦耳(J)。 光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，以Qv表示，
其计量单位为流明秒(lm· s)。
2. 辐(射)通量和光通量
辐(射)通量或辐(射)功率是以辐射形式发射、传播或接收
的功率；或者说，在单位时间内，以辐射形式发射、传播或 接收的辐(射)能称为辐(射)通量，以符号Φe表示， 其计量单位 为瓦(W)，即
dQe Φe dt
Qe Φe t
对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收 的所有可见光谱，光能被无穷短时间间隔dt来除，其商定义为
光通量Φv，即
dQ v Φv dt
(1-3)
若在t时间内发射、传播或接收的光能不随时间改变，则上式 简化为
Qv Φv t
Φv的计量单位为流(明)（lm）。
(1-4)
显然，辐（射）通量对时间的积分称为辐（射）能，而光通 量对时间的积分称为光能。
3. 辐(射)出(射)度和光出(射)度
对有限大小面积A的面光源，表面某点处的面元向半球面
0
4
(1-12)
对可见光，与式(1-9)类似，定义发光强度为
dΦ v Iv dΩ
对各向同性的点光源向所有方向发射的总光通量为
(1-13)
Φv I v dΩ
Ω
(1-14)
一般点光源是各向异性的，其发光强度分布随方向而异 。
发光强度的单位是坎德拉(candela)，简称为坎[cd]。
1979年第十六届国际计量大会通过决议，将坎德拉重新定义
对可见光，亮度Lv定义为光源表面某一点处的面元在给 定方向上的发光强度除以该面元在垂直给定方向平面上的正 投影面积，即
dI v d 2Φv Lv dA cos dΩdA cos
Lv的计量单位是坎德拉每平方米[cd/m2]。
(1-16)
若Le ，Lv与光源发射辐射的方向无关，且由式（1-15）、
（1-16）表示，这样的光源称为余弦辐射体或朗伯辐射体。
黑体是一个理想的余弦辐射体，而一般光源的亮度多少与方
向有关。粗糙表面的辐射体或反射体及太阳等是一个近似的 余弦辐射体。
余弦辐射体表面某面元dS处向半球面空间发射的 通量为
dΦ L cos dSdΩ
式中， dΩ sindd 。
5. 辐(射)亮度和亮度
光源表面某一点处的面元在给定方向上的辐强度除以该 面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称为辐射亮度Le，
即
dI e d 2Φe Le dA cos dΩdA cos
(1-15)
式中，为所给方向与面元法线之间的夹角。辐亮度Le的计量单 位为瓦(特)每球面度平方米[W/(sr·m2 )]。
空间内发射的辐通量dΦe与该面元面积dA之比，定义为辐(射) 出(射)度Me，即
dΦe Me dA
Me的计量单位是瓦(特)每平方米[W/m2]。
面光源A向半球面空间内发射的总辐通量为
(1-5)
Φe
( A)
M edA
(1-6)
对于可见光，面光源A表面某一点处的面元向半球面空间 发射的光通量dΦv、与面元面积dA之比称为光出(射)度Mv，即
为：在给定方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源，在此方 向上的辐强度为(1/683)W/sr，其发光强度定义为一个坎德拉
[cd]。
由式（1-13），对发光强度为1cd的点光源，向 给定方向1球面度(sr)内发射的光通量定义为1流明
(lm)。发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出
的总光通量为=4πIＶ＝12.566 lm。
对上式在半球面空间内积分的结果为
dΦ LdA
2π π
0
d 2 sin cosd πLdA
0
由上式得到余弦辐射体的Me与Le、Mv与Lv的关系为
Me Le π
(1-17)
dΦν Mv dA
其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m2]。 对均匀发射辐射的面光源有
(1-7)
Φv Mv A
由式(1-7)，面光源向半球面空间发射的总光通量为
(1-8)
Φv
( A)
M v dA
(1-9)
4. 辐(射)强度和发光强度
对点光源在给定方向的立体角元dΩ内发射的辐通量dΦe，