光電子技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件

.,光電子技術(shù)基礎(chǔ),選用教材：光電子技術(shù)基礎(chǔ)朱京平編，2003.9，科學(xué)出版社。主要參考書目:現(xiàn)代通信光電子學(xué)(第五版)亞里夫著，陳鶴鳴譯，2004.9，電子工業(yè)出版社；光電子技術(shù)基礎(chǔ)彭江得主編，1988.9，清華大學(xué)出版社；光電子技術(shù)楊經(jīng)國等編，1990.12，四川大學(xué)出版社。,.,課程目的與任務(wù),光電子技術(shù)是“光子技術(shù)”與“電子技術(shù)”相結(jié)合的產(chǎn)物，是繼微電子技術(shù)后興起的一門高新技術(shù)，目前已成為信息科學(xué)的重要支柱。本課程講解了光電技術(shù)的基本知識(shí)，包括光束傳播規(guī)律、激光原理與技術(shù)、光波導(dǎo)技術(shù)、光通信無源和有源器件技術(shù)、光調(diào)制技術(shù)以及光電探測技術(shù)。,.,教學(xué)基本要求,通過本課程的學(xué)習(xí)，要求掌握的主要內(nèi)容：描述光場的麥克斯韋方程、波動(dòng)方程、光波的表示與傳播特性、高斯光束的特性等；激光產(chǎn)生的基本條件、激光器的基本結(jié)構(gòu)和輸出特性；平面介質(zhì)波導(dǎo)中的光傳播特性、光波導(dǎo)的物理光學(xué)分析、光纖基本知識(shí)；光通信無源與有源器件，包括半導(dǎo)體激光器、光纖連接器、光纖耦合器、光纖隔離器、偏振控制器、光纖激光器以及光纖放大器等；光調(diào)制技術(shù)，包括晶體光學(xué)基礎(chǔ)、光在晶體中的傳播、電光以及聲光調(diào)制器等；光電探測技術(shù)，包括光探測器性能參數(shù)、探測方式、物理效應(yīng)以及光電探測器的種類。,.,學(xué)時(shí)安排,.,緒論,光子技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的光電子技術(shù)主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)，以光源激光化、傳輸波導(dǎo)化、手段電子化、現(xiàn)代電子學(xué)中的理論模式和電子學(xué)處理方法化為特征，是一門新興的綜合交叉學(xué)科。,.,光電子技術(shù)發(fā)展史,.,信息光電子技術(shù)與器件,光電子器件,光源器件,光傳輸器件,光控制器件,光探測器件,光存儲(chǔ)器件,光盤光驅(qū)光盤塔,調(diào)制器偏轉(zhuǎn)器光開關(guān)光雙穩(wěn)器件,光電導(dǎo)型光伏型熱伏型各種傳感器,相干光源非相干光源,光學(xué)元件光波導(dǎo)光纖,.,光電子技術(shù)應(yīng)用,光纖通信、傳輸,光信息處理,分光分析,光應(yīng)用計(jì)算,光空間傳輸,長距離、大容量、寬帶數(shù)字通信模擬通信局域網(wǎng)通信太陽光的光纖照明,光盤存儲(chǔ)器、全息照相存儲(chǔ)器光視頻盤、光音頻盤二維信息處理匹配濾波器信息處理器、激光打印機(jī)、傳真機(jī)光計(jì)算機(jī),短距離簡單圖象通信光遙感、光開關(guān)光在線檢測,激光雷達(dá)、激光陀螺、激光傳感光纖傳感系統(tǒng)精密測量、全息測量、在線測量,同步激光超精密分光分析大氣污染氣體分析、醫(yī)用氣體分析同位素濃度測定、同位素分析激光診斷微等離子體超快過程分析,.,光學(xué)雙穩(wěn)態(tài),1969年Szoke首先提出光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)：器件在一定的輸入范圍內(nèi)，對(duì)給定的輸入存在著兩個(gè)穩(wěn)定的輸出狀態(tài)。,.,非線性法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具是典型的光雙穩(wěn)器件，由非線性光學(xué)材料和反饋光腔構(gòu)成。,實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)的兩個(gè)必要條件：1、光學(xué)非線性2、反饋機(jī)制,機(jī)理：在強(qiáng)光的作用下，介質(zhì)的非線性參數(shù)（非線性吸收系數(shù)或非線性折射率）發(fā)生變化，從而引起透射光強(qiáng)發(fā)生變化，光強(qiáng)的變化進(jìn)一步引起非線性參數(shù)的變化。在光腔的反饋?zhàn)饔孟?，這種變化形成正反饋過程，因而產(chǎn)生光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。,.,光雙穩(wěn)器件的分類,光雙穩(wěn)器件是一種具有反饋的非線性光學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)反饋方式可分為本征型和混合型。,本征型光雙穩(wěn)器件直接將部分光信號(hào)作為反饋調(diào)控參量，非線性地控制器件的輸出；混合型光雙穩(wěn)器件是先將反饋光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁信號(hào)，再以電磁信號(hào)作為反饋調(diào)控參量來控制器件的輸出。,區(qū)別：兩者都需要一定的非線性機(jī)制，但實(shí)現(xiàn)本征型雙穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)介質(zhì)的光學(xué)非線性有很高的要求，而混合運(yùn)轉(zhuǎn)則依靠外部電路等機(jī)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)，一般僅需一個(gè)具有非線性透射或反射功能的光學(xué)元件和相應(yīng)的反饋電路，對(duì)介質(zhì)的非線性要求不高。,.,通常光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)使用波長固定的激光器作為光源，也可以使用可調(diào)諧激光器實(shí)現(xiàn)所謂的頻域光學(xué)雙穩(wěn)。,頻域光學(xué)雙穩(wěn)可理解為：當(dāng)非線性調(diào)制曲線和反饋曲線均在頻域上時(shí)，利用可調(diào)諧光源實(shí)現(xiàn)不同的波長對(duì)應(yīng)兩個(gè)穩(wěn)定而有區(qū)別的輸出狀態(tài)，或者兩個(gè)穩(wěn)定而有區(qū)別的輸出狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同波長的光學(xué)雙穩(wěn)。,.,頻域光學(xué)雙穩(wěn)器舉例,基于可調(diào)諧環(huán)形腔光纖激光器實(shí)現(xiàn)電光混合頻域雙穩(wěn)的光路原理圖,理論上濾波器可由任意在頻域上具有非線性透射率的光學(xué)濾波器構(gòu)成。從濾波器輸出的光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)光纖耦合器取樣后輸入反饋電路，經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)放大器A放大后加在PZT上調(diào)制光纖激光器的輸出波長，實(shí)現(xiàn)電光反饋控制。,.,利用交叉增益飽和機(jī)制實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)的半導(dǎo)體環(huán)形腔光纖激光器光路原理圖,不同的波長經(jīng)過保偏光纖后對(duì)應(yīng)不同的偏振態(tài)，而偏振不同的光在SOA內(nèi)的增益是不同的?？梢酝ㄟ^控制SOA抽運(yùn)電流或控制入射光強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間的切換。當(dāng)SOA抽運(yùn)電流先達(dá)到波長1的閾值電流時(shí)，開始產(chǎn)生波長1的激光，繼續(xù)增大SOA的抽運(yùn)電流，在達(dá)到波長2的閾值電流時(shí)由于波長1的競爭作用，波長2的增益低于腔的損耗，此時(shí)不能產(chǎn)生波長2的激光。雙穩(wěn)態(tài)裝置處于低態(tài)。繼續(xù)增加抽運(yùn)電流，由于在SOA中對(duì)波長1的光出現(xiàn)增益飽和現(xiàn)象，此時(shí)開始有波長2的激光產(chǎn)生，雙穩(wěn)器件輸出切換到高態(tài)。此時(shí)若減少SOA的抽運(yùn)電流時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)輸出又會(huì)切換到低態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定而有區(qū)別的輸出狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同波長的頻域光學(xué)雙穩(wěn)過程。,.,利用介質(zhì)飽和吸收機(jī)制實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)的環(huán)形腔光纖激光器光路原理圖,飽和吸收是介質(zhì)對(duì)輸入的小信號(hào)具有較強(qiáng)的吸收而對(duì)大信號(hào)吸收較弱。在激光器中，小信號(hào)的增益決定激光的閾值。基于飽和吸收光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的機(jī)理是在達(dá)到激光閾值的過程中，由于小信號(hào)因介質(zhì)的吸收而衰減較大，因此對(duì)小信號(hào)增益輸出的抽運(yùn)功