光电子学包括电光转换和光电转换理论及器件的研究
、设计及制造。
实现光电（ optical-to-electrical ）或电光（
electrical-to-optical ）转换的器件称为光电子器件。 有哪些？
基于光电子学的技术称为光电子技术：激光技术，光
纤通信技术，电子眼，远程传感技术，医学诊断技术 ，光学信息技术。 2013-8-4
电光调制技术：EO晶体 液晶
KDP crystal
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课程特点
先修课程：《数学物理方法》、《光学原理》、
《电磁理论》
数学+物理+技术
后续课程：《激光原理与技术 》
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主要内容
一、预备及基础知识（6）
二、数学基础：张量（6）
三、晶体的电光效应及光波在电光晶体中的传播（10）
自由下标
i, j 1,2,3
求和下标
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4、对称二阶张量 二阶张量[Tij]中，如果Tij= Tji，则称该二阶张量为 对称二阶张量。独立分量减少为6个。
双下标 单下标 T11 T1 T22 T2 T33 T3 T23=T32 T4 T13=T31 T5 T12=T21 T6
应力型张量： 1 11 , 2 22 , 3 33 , 4 23 32 , 5 13 31 , 6 12 21 应变型张量： s1 s11 , s2 s22 , s3 s33 , s4 2s23 2s32 , s5 2s13 2s31 , s6 2s12 2s21
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2、二阶张量概念
一般的，如果物理性质T，使两个矢量物理量P（P1，P2 ，P3）和q（q1，q2，q3）建立如下关系
P T11q1 T12 q2 T13 q3 1 P2 T21q1 T22 q2 T23 q3 P3 T31q1 T32 q2 T33 q3
χ12 χ 22 χ 32
χ13 E1 χ 23 E2 χ 33 E3
P的每一个分量都与E的三个分量存在着线性关系
坐标系确定后 χ11 , χ12 , χ33 均为常数 各向异性介质的电极化性质必须用九个数才能完整地
描述，这九个数可构成一个3×3的矩阵，即为二阶张 量： χ11 χ12 χ13 χ χ 22 χ 23 21 χ 31 χ 32 χ 33
振幅调制：调幅，amplitude modulation，AM
频率调制：调频，frequency modulation，FM 相位调制：调相，phase modulation, PM
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光学调制技术
电光调制
声光调制
偏振调制
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电光效应（显示）
感生物理量
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作用物理量
描述物质本身 性质的物理量
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各向同性 各向同性 各向异性
作用量 标量 矢量 矢量 矢量 张量 张量
感生量 标量 矢量 矢量 张量 矢量 张量
物理性质 标量 标量 张量 高阶张量 高阶张量 高阶张量
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本章内容
2.1 张量的基本知识及运算方法
即
P Tq
其中Tij均为常数，则称Tij构成二阶张量。
二阶张量是使一个矢量和另一 个矢量产生线性关联的物理量
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用二阶张量描述的物理性质
张量性质 电导率 介电常数
介电不渗透常 数 热导率 电极化率
作用矢量 电场强度 电场强度 电感应强度
温度梯度 电场强度
感生矢量 电流密度 电感应强度 电场强度
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光电子学
激光理论
半导体发光器件 光探测器
光调制（电光效应，声光效应，磁光效应）
显示技术 非线性光学 光传输（光波导）
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参考资料
《The fundamental of optical electronics for polytechnic
colleges students》，2003年 《光电子学》 马养武、王静环、包成芳 鲍超 编著 浙 江大学出版社，2003年 《光电子学》 申铉国、张铁强主编 兵器工业出版社， 1993年
热流密度 电极化强度
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3、张量关系式的习惯书写法 上式引入求和符号则
P T1 j q j , P2 T2 j q j , P3 T3 j q j 1
j i Tij q j
j 1
3
i 1,2,3
略去求和符号： P Tij q j i
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2.1.2 高阶张量
1、三阶张量：描述矢量与二阶张量之间线性关系的物 理量用三阶张量表示。
Ai BijkC jk Cij Bijk Ak
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A1 B111C11 B112C12 B113C13 B121C21 B122C22 B123C23 B131C31 B132C32 B133C33 A2 B211C11 B212C12 B213C13 B221C21 B222C22 B223C23 B231C31 B232C32 B233C33 A3 B311C11 B312C12 B313C13 B321C21 B322C22 B323C23 B331C31 B332C32 B333C33
1961：中国红宝石激光器，王之江
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带有尾纤的激光二极管，其中两个引脚为检测光 功率变化的探测器。
1550 nm 带有耦合光纤的激光二极管
850 nm 垂腔面射型（VCSEL）激光二极管
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光通信系统 (光源, 光调制，光传输，光探测)
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调制
2.2 张量分量坐标变换定律 2.3 晶体宏观对称性对晶体物理性质的影响
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2.1 张量的基本知识
2.1.1 张量概念的引入
P 0 E P 0 E1 1 0 ：真空介电常数 P2 0 E2 ：电极化率 P3 0 E3 1、各向异性晶体的电极化率： P 0χE
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A1 B111 B112 B113 B121 A B 2 211 B212 B213 B221 A3 B311 B312 B313 B321
B122 B222 B322
B123 B131 B132 B223 B231 B232 B323 B331 B332
Bijk Bikj
因此，后两个双下标可按前述规律简化成1～6的单下标 ，即简化为
Ai BinCn i 1,2,3; n 1,2,,6
A1 B11 B12 A B 2 21 B22 A3 B31 B32 B13 B23 B33 B14 B24 B34 B15 B25 B35
课程简介
什么是光电子学？
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功能器件 激光、发光器件 光接收器件 太阳能电池 光开关 光调制器 液晶器件 集成光路 量子效应器件
量 大容 超
信息高速公路 光纤传输 相干光传输 量子光传输 光交换
新 功 能
多媒体 传真、电话、可视电话 广播、有线电势 光盘、CD 激光打印机
超高速
光传感 激光测量 电场、磁场测量 激光雷达 激光陀螺仪
P P ' P" P"' ε0 ( χ11 E1 χ12 E2 χ13 E3 ) 1 1 1 1 P2 P2' P2" P2"' ε0 ( χ 21 E1 χ 22 E2 χ 23 E3 ) P3 P3' P3" P3"' ε0 ( χ 31 E1 χ 32 E2 χ 33 E3 )
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本课程的主要内容
光的电磁理论（麦克斯韦方程组）光与物质的相互
作用
晶体的电光效应及光波在电光晶体中的传播 晶体的声光效应及光波在声光晶体中的传播 非线性光学及光波在二阶非线性介质中的传播 光波导理论
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光电子学
光子 电子
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电信号
四、晶体的声光效应及光波在声光晶体中的传播（10） 五、非线性光学效应及光波在非线性介质中的传播（8） 六、光波导理论（6） 复习（2）
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第二章 数学基础-张量
物质的物理性质可用两个可测量的宏观物理量之间的
关系定义。 m /V 密度：质量和体积 R V / I 电阻：电压和电流 电极化率：作用在物质上的电场强度E和感生的电极 化强度P。 P / 0E 普遍情况：在确定坐标系中： B CA
光或光子信号
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光电子学的基础—激光
高相干性 高亮度 方向性 LASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1960： Theodore H. Maiman，红宝石激光器， 694.3nm 1961：Ali Javan (Bell Labs) ，He-Ne激光器， 632.8nm 1962：Robert Hall (GE Research) ，半导体激光 器 1964：J.E. Geusic，Nd:YAG 激光器