第7章光子学基础
微纳光子学从基础到应用

内容摘要
在本书的第三部分,我们将介绍微纳光子学的未来发展趋势。我们将讨论微纳光子学技术的未来 发展方向,包括更高的精度和更小的尺寸。然后,我们将探讨微纳光子学在未来科技领域的应用 前景,包括、量子计算和生物技术等。我们还将介绍微纳光子学与其他领域的交叉研究,如纳米 材料、纳米生物和纳米医学等。 《微纳光子学从基础到应用》这本书是一本全面介绍微纳光子学的著作,旨在帮助读者深入理解 微纳光子学的原理和应用,以及它在现代科技领域中的重要地位。通过本书的学习,读者将获得 对微纳光子学的深入了解,并能够更好地应用它来解决实际问题。
阅读感受
《微纳光子学从基础到应用》:深入浅出的光子学之旅
当我翻开这本书的时候,我并没有想到它会如此吸引我。作为一个对科学和物 理学有着深厚兴趣的读者,我原本以为这本书会是一本深入且技术性的读物, 然而,我惊喜地发现它以一种非常生动和易于理解的方式介绍了微纳光子学的 各个方面。
《微纳光子学从基础到应用》的内容丰富,覆盖了微纳光子学的各个主要领域。 从微纳光子学的起源和发展,到其在新材料、生物医学、信息科学、能源等各 个领域的应用,这本书都进行了深入浅出的讲解。尤其值得一提的是,这本书 在阐述理论的同时,还非常注重实践和应用,这对于理解微纳光子学的实际应 用非常有帮助。
“未来的微纳光子学将更加注重环保和可持续发展。”这句话让我们看到了微 纳光子学在环保和可持续发展方面的应用前景,也让我们对未来的科技发展充 满期待。
“未来的微纳光子器件将更加智能化和多功能化。”这句话预示着微纳光子器 件未来的发展趋势,也让我们对未来的科技产品充满期待。
《微纳光子学从基础到应用》这本书的精彩摘录不仅让我们深入了解了微纳光 子学的内涵和价值,也让我们看到了科技未来的发展趋势和应用前景。通过这 本书的阅读,我们不仅可以获得丰富的知识,也可以激发我们对科技的热爱和 追求。
《生物医学光子学》课件

光学相干成像技术
总结词
光学相干成像技术利用光的干涉现象,能够无损地观察生物组织的内部结构。
详细描述
光学相干成像技术利用光的干涉现象,通过测量光在生物组织内部不同路径的传播时间,重建组织内 部的折射率分布,从而观察生物组织的内部结构。这种技术具有无损、无创的优点,在眼科、心血管 等领域有广泛应用。
荧光寿命成像技术
研究内容与领域
总结词
生物医学光子学的主要研究内容、领域和应 用方向
详细描述
生物医学光子学的研究内容主要包括光与生 物组织的相互作用、光子在生物组织中的传 输和散射、生物组织的光学成像和光谱分析 等。该学科的研究领域涉及光学显微镜、光 学成像、光谱分析、激光生物学、光热治疗 和光动力治疗等。生物医学光子学的应用方 向非常广泛,包括医学诊断、治疗和基础研
详细描述
光学成像技术利用光的散射、吸收和 荧光等特性,对生物组织进行成像, 可应用于肿瘤、炎症等疾病的早期诊 断。
荧光分子成像与示踪
总结词
通过荧光标记技术对生物分子进行示 踪,研究分子在生命过程中的动态变 化。
详细描述
荧光标记技术利用荧光物质对生物分 子进行标记,通过荧光显微镜观察分 子的动态变化,有助于深入了解生命 过程和疾病发生机制。
深入研究和探索生物组织的光学特性
未来研究将更加深入地探索生物组织的光学特性,为光子检测和成像提供更准确的理论 依据和技术支持。
发展新型光子检测和成像技术
未来将发展新型的光子检测和成像技术,以提高灵敏度和分辨率,满足生物组织和细胞 层面的检测和成像需求。
拓展光子学在生物医学领域的应用范围
随着技术的不断进步和应用需求的不断增加,光子学在生物医学领域的应用范围将不断 拓展,涉及更多的疾病诊断和治疗领域。
现代通信光电子学——光子学

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。
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、规律和属性来自几何光学 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;
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
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。
第7章 光子学基础

第十七章 光子学基础传统光学主要是研究宏观光学特性,如光的折射、反射、成像及光传播时的干涉、衍射和偏振等波动性质,而未去探究其微观的物理原因。
然而随着光学的发展,人们逐渐地注意研究光与物质(包括光子与光子)相互作用的微观特性,以及与这种微观特性相联系的光的产生、传播和探测等过程。
同时,也逐渐注意研究光子承载信息的能力,以及它在承载信息时的处理和变换等基础问题。
现在人们用光子光学(Photon Optics )或光子学(Photonics)来概括这一领域的研究。
光子学在现代科学技术中的作用越来越显重要。
本章结合光电效应,引入光子学中的基本概念和关系式,讨论电磁场的量子化和光子的性质,并介绍两个应用。
第一节 光的量子性一、光电效应与爱因斯坦光子学说(一)光电效应的规律1887年赫兹在题为“关于紫外光对放电的影响”的论文中首先描述了物体在光的作用下释放出电子的现象,这就是通常所说的光电效应。
一般采用图16-1a 的装置观察金属的光电效应。
电极K 和A 封闭在高真空容器内,光经石英小窗照射到金属阴极K 上。
当电极K 受光照射时,光电子被释放出并受电场加速后形成光电流。
实验发现光电流的大小与照射光的强度成正比,照射光中紫外线越强,光电效应越强。
用一定强度和给定频率的光照射时,光电流i 和两极间电位差u 的实验曲线如图16-1b 所示,称为光电流的伏安特性曲线。
当u 足够大时,光电流达到饱和值m I ;当u ≤0u 时光电流停止(0u 称为临界截止电压)。
总结所有的实验结果,得到如下规律:(1) 对某一光电阴极材料而言,在入射光频率不变条件下,饱和电流的大小与入射光的强度成正比。
(2) 光电子的能量与入射光的强度无关,而只与入射光的频率有关,频率越高,光电子的能量就越大。
(3) 入射光有一截止频率0 (称为光电效应的红限)。
在这个极限频率以下,不论入射光多强,照射时间多长,都没有光电子发射。
不同的金属具有不同的红限。
光子学基础报告

姓名:曾福江学号:20121002251 班级:075123课程名称:光子学基础任课老师:王宏光学隐身技术1.1基本资料隐形技术(stealth technology),准确的术语应该是“低可探测技术”,即通过研究利用各种不同的技术手段来改变己方目标的可探测性信息特征,最大程度地降低对方探测系统发现的概率,使己方目标,己方的武器装备不被敌方的探测系统发现和探测到。
隐形技术是传统伪装技术的一种应用和延伸,它的出现,使伪装技术由防御性走向了进攻,有消极被动变成了积极主动,增强部队的生存能力,提高对敌人的威胁力。
雷达和通信设备工作时会发出电磁波,表面会反射电磁波,运转中的发动机和其他发热部件会辐射红外线,以及物体(如飞机)会反射照射向它的雷达波,这样,就使武器装备与它所处的背景形成鲜明对比,容易被敌人发现。
通过多种途径,设法尽可能减弱自身的特征信号,降低对外来电磁波、光波和红外线反射,达到与它所外的背景难以区分,从而把自己隐蔽起来。
这就是“低可探测技术”。
隐形技术涉及到电子学、材料学、声学、光学等许多技术领域,是第二次世界大战后的重大军事技术突破之一。
隐形技术包括:雷达隐形、红外隐形、磁隐形、声隐形和可见光隐形等。
很多武器装备,如飞机、导弹、舰船、坦克、战车、水雷、大炮等,都可以采取隐身措施把自己隐蔽起来。
首先出现的是隐形飞机,通过降低雷达截面和减小自身的红外辐射实现隐形。
作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段,它受到世界各主要军事国家的高度重视,从20世纪50年代开始发展以来,随着技术的发展,从简单的伪装到现代反声、光、电、磁等探测的隐身技术。
现代隐身技术主要包括反雷达探测、反红外探测、反电子探测、反可见光探测和反声波探测等隐身技术,近年来激光制导武器的快速发展,使得反激光探测技术(即激光隐身技术)也成为了各国竞相研究的对象。
1.2隐身技术实现的原理如图,A是某个物体, c是光线,假如来自四面八方不同角度照射到物体A上的光线,当要接近物体A时都自觉的绕过A后,继续沿着光线c原来的传播方向继续前进。
光子学物理基础A

光的传输 光在介质中的传输 各向异性介质 近场光学 光波导和光纤 光脉冲在单模光纤中的传输, 光脉冲在单模光纤中的传输,光孤子 光子的控制和检测 控制光子的各种物理效应(电光、声光、 控制光子的各种物理效应(电光、声光、 磁光、 磁光、光—光) 光 光调制器
§8.3 光双稳和光开关 §8.4 检测光子的各种物理效应 §8.5 检测过程中的噪音 §8.6 光子计数原理 第九章 §9.1 §9.2 光存储和光计算 光存储原理 光子并行处理
参考书: 参考书:
B. E. A. Saleh, M. C. Teich 《Fundamentals of Photonics》(1991) 》 ) Chai Yeh 《Applied photonics》 》 (1995) ) 王忠和、 王忠和、张光寅 光子学物理基础》 《光子学物理基础》 (1998) ) Keigo Iizuka 《Elements of Photonics》 》 (2002) )
c0 n= c
(2-2-1)
(3) 在光介质中,两个空间点 、B两点之间 在光介质中,两个空间点A、 两点之间 的光程定义为: 的光程定义为: B (2-2-2) 光程 = n(r )ds
∫
A
式中积分是沿通过A、B两点的光线进行的。 式中积分是沿通过 、 两点的光线进行的。 两点的光线进行的 (4)光在介质中的传播遵循 光在介质中的传播遵循Fermat原理: 原理: 光在介质中的传播遵循 原理
§ 1.2 光子学的物理基础
QED
Photon
Emission
Q. T. Interaction
Detection
Atom, Molecule, Condensate
Control Conversion
光子学基础知识

光子学基础知识光子学是研究光的产生、传播和控制的学科,是光学的一个重要分支。
光子学及其应用在现代科技领域中发挥着重要作用,如通信技术、材料科学、生物医学等。
本文将介绍光子学的基础知识,包括光的性质、光的传播、光的相互作用等内容。
一、光的性质光是一种电磁波,具有波动性和粒子性。
根据电磁谱,光波长范围从红外线到紫外线。
光的波长决定了光的颜色,短波长的光呈蓝色,长波长的光呈红色。
光的粒子性可通过光子来描述。
光子是光的能量量子,具有能量和动量。
光子的能量与光波长成反比,即能量越大,波长越短。
光子的动量与光的频率成正比,即频率越高,动量越大。
二、光的传播光的传播有两种方式:直线传播和衍射传播。
直线传播发生在光在均匀介质中传播时。
在同一介质中,光的传播是直线传播。
当光从一种介质传播到另一种介质时,会发生折射现象。
根据斯涅尔定律,入射角、传播介质的折射率和出射角之间存在一定的关系。
衍射传播发生在光通过边缘或孔径时。
当光通过一个小孔或扩展到一个尺寸与其波长相当的孔径时,光波会发生衍射现象。
衍射使得光以扩展的方式传播,形成衍射图样。
三、光的相互作用光与物质之间存在多种相互作用,包括吸收、反射、折射和散射。
吸收是指当光与物质相互作用时,光的能量被物质吸收并转化为其他形式的能量,如热能。
物质的颜色是由其吸收和反射特定波长的光所决定的。
反射是指光在遇到物体表面时,一部分光被物体表面反射回来。
反射现象使我们能够看到周围的物体。
根据光的入射角和物体表面的性质,反射可以分为漫反射和镜面反射两种。
折射是指光从一种介质传播到另一种介质时,发生方向的改变。
折射现象可通过斯涅尔定律来描述,根据入射角和两种介质的折射率之间的关系。
散射是指光在与物质微观结构相互作用时,改变传播方向并散射到不同的方向。
散射现象是太阳光在大气中形成蓝天和彩虹的原因。
四、光子学的应用光子学在众多领域中有着广泛的应用。
在通信技术中,光纤通信是一种高速传输信号的方法。
《光纤通信基础》习题及答案

光栅技术
第二章部分
2.1、光纤的结构由哪几部分组成?各有什么作用? 答:光纤(Optical Fiber)是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的 折射率比包层稍高,损耗比包层更低,光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射 面和光隔离,并起一定的机械保护作用。 2.2、简述光纤的类型包括哪几种以及各自特点? 解:实用光纤主要有三种基本类型: 1)、突变型多模光纤(Step Index Fiber, SIF), 纤芯折射率为 n1 保持不变,到包层突然 变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a=50~80 μm,光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播, 特点是信号畸变大。 2)、渐变型多模光纤(Graded Index Fiber, GIF), 在纤芯中心折射率最大为 n1,沿径向 r 向外围逐渐变小,直到包层变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a 为 50μm,光线以正弦形 状沿纤芯中心轴线方向传播,特点是信号畸变小。 3)、单模光纤(Single Mode Fiber, SMF),折射率分布和突变型光 纤相似,纤芯直径只有 8~10 μm,光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光 纤只能传输一个模式(两个偏振态简并),所以称为单模光纤,其信号畸变很小。 2.3、色散的产生以及危害? 答:由于光纤中所传信号的不同频率成分, 或信号能量的各种模式成分,在传输过程中, 因群速度不同互相散开,引起传输信号波形失真,脉冲展宽的物理现象称为色散;光纤色散 的存在使传输的信号脉冲畸变,从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。 2.4、光缆的结构分类? 答:(1) 层绞式结构:层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式,故又称为古典式光缆。 (2) 骨架式结构:架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中,槽的横截面可以是 V 形、U 形 或其他合理的形状,槽的纵向呈螺旋形或正弦形,一个空槽可放置 5~10 根一次涂覆光纤。 (3) 束管式结构:束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管扩大为整 个纤芯,成为一个管腔,将光纤集中松放在其中。 (4) 带状式结构:带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带,然后 将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。 2.5、光缆的种类? 答:根据光缆的传输性能、距离和用途,光缆可以分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第7章光子学基础第十七章光子学基础传统光学主要是研究宏观光学特性,如光的折射、反射、成像及光传播时的干涉、衍射和偏振等波动性质,而未去探究其微观的物理原因。
然而随着光学的发展,人们逐渐地注意研究光与物质(包括光子与光子)相互作用的微观特性,以及与这种微观特性相联系的光的产生、传播和探测等过程。
同时,也逐渐注意研究光子承载信息的能力,以及它在承载信息时的处理和变换等基础问题。
现在人们用光子光学(Photon Optics)或光子学(Photonics)来概括这一领域的研究。
光子学在现代科学技术中的作用越来越显重要。
本章结合光电效应,引入光子学中的基本概念和关系式,讨论电磁场的量子化和光子的性质,并介绍两个应用。
第一节光的量子性一、光电效应与爱因斯坦光子学说(一)光电效应的规律1887年赫兹在题为“关于紫外光对放电的影响”的论文中首先描述了物体在光的作用下释放出电子的现象,这就是通常所说的光电效应。
一般采用图16-1a的装置观察金属的光电效应。
电极K和A封闭在高真空容器内,光经石英小窗照射到金属阴极K上。
当电极K受光照射时,光电子被释放出并受电场加速后形成光电流。
实验发现光电流的大小与照射光的强度成正比,照射光中紫外线越强,光电效应越强。
用一定强度和给定频率的光照射时,光电流i和两极间电位差u的实验曲线如图16-1b所示,称为光电流的伏安特性曲线。
当u足够大时,光电uu流达到饱和值I;当u?时光电流停止(称为临界截止电压)。
总结所有的m00 实验结果,得到如下规律:(1) 对某一光电阴极材料而言,在入射光频率不变条件下,饱和电流的大小与入射光的强度成正比。
(2) 光电子的能量与入射光的强度无关,而只与入射光的频率有关,频率越高,光电子的能量就越大。
,(3) 入射光有一截止频率(称为光电效应的红限)。
在这个极限频率以0下,不论入射光多强,照射时间多长,都没有光电子发射。
不同的integrated energy, chemicals and textile Yibin city, are the three core pillars of the industry. In 2014, the wuliangye brand value to 73.58 billion yuan, the city's liquor industry slip to stabilise. Promoting deep development of integrated energy, advanced equipment manufacturing industry, changning district, shale gas production capacity reached 277 million cubic metres, built the country's first independent high-yield wells and pipelines in the first section, the lead in factory production and supply to the population. 2.1-3 GDP growth figure 2.1-4 Yibin, Yibin city, Yibin city, fiscal revenue growth 2.1.4 topography terrain overall is Southwest, North-Eastern State. Low mountains and hills in the city landscape as the main ridge-and-Valley, pingba small fragmented nature picture for "water and the second land of the seven hills". 236 meters to 2000 meters above sea level in the city, low mountain, 46.6% hills 45.3%, pingba only 8.1%. 2.1.5 development of Yibin landscapes and distinctive feature in the center of the city, with limitations, and spatial structure of typical zonal group, 2012-cities in building with an area of about 76.2km2. From city-building situation, "old town-the South Bank" Center construction is lagging behind, disintegration of theold city is slow, optimization and upgrading, quality public service resources are still heavily concentrated in the old town together. Southbank Centre has not been formed, functions of the service area space is missing. Meanwhile, peripheral group centres service was weak and inadequate accounting for city development, "suspicious" pattern could not be formed. As regards transport, with the outward expansion of cities, cities have been expanding, centripetal city traffic organization has not changed, integrated energy, chemicals and textile Yibin city, are the three core pillars of the industry. In 2014, the wuliangye brand value to 73.58 billion yuan, the city's liquor industry slip to stabilise. Promoting deep development of integrated energy, advanced equipment manufacturing industry, changning district, shale gas production capacity reached 277 million cubic metres, built thecountry's first independent high-yield wells and pipelines in the first section, the lead in factory production and supply to the population. 2.1-3 GDP growth figure 2.1-4 Yibin, Yibin city, Yibin city, fiscal revenue growth 2.1.4 topography terrain overall is Southwest, North-Eastern State. Low mountains and hills in the city landscape as the main ridge-and-Valley, pingba small fragmented nature picture for "water and the second land of the seven hills". 236 meters to 2000 meters above sea level in the city, low mountain, 46.6% hills 45.3%, pingba only 8.1%. 2.1.5 development of Yibin landscapes and distinctive feature in the center of the city, with limitations, and spatial structure of typical zonal group, 2012-cities in building with an area of about 76.2km2. Fromcity-building situation, "old town-the South Bank" Center construction is lagging behind, disintegration of the old city is slow, optimization and upgrading, quality public service resources are still heavily concentrated in the old town together. Southbank Centre has not been formed, functions of the service area space is missing. Meanwhile, peripheral group centres service was weak and inadequate accounting for city development, "suspicious" pattern could not be formed. As regards transport, with the outward expansion of cities, cities have been expanding, centripetal city traffic organization has not changed, 金属具有不同的红限。