Optoelectronics 著 主讲:高 宏 Amnon Yariv Pochi Yeh 理学院应用物理系,中1-3133

Slides:



Advertisements
Similar presentations
1 Field and Wave Electromagnetics Edited by David K. Cheng.
Advertisements

1 电磁辐射 第十一章 ( Electromagnetic Field ) 电磁场. 2 §11.1 位移电流(书 8.5 节) §11.2 麦克斯韦方程组 (书 11.1 节) §11.3 电磁波(书 11.4 节 和 11.6 节) §11.4 电磁辐射(书 11.2 节 和 11.3 节) *§11.6.
分享成长的快乐 2010年3月刊 成长进行时 欢乐出版社.
5.2.2 光在晶体中传播的几何法描述 (Geometric description of transmission of light in crystals) 光在晶体中的传播规律除了利用上述解析方法进行严格的讨论外,还可以利用一些几何图形描述。
《解析几何》 -Chapter 3 §7 空间两直线的相关位置.
康普顿散射的偏振研究 姜云国 山东大学(威海) 合作者:常哲 , 林海南.
第1章 光波的表示及在各向同性介质中的传播特性 (The expression of light wave and propagation characteristics of light-wave in isotropic dielectric ) 19世纪60年代,麦克斯韦建立了经典电磁理论,并把光学现象和电磁现象联系起来,指出光也是一种电磁波,是光频范围内的电磁波,从而产生了光的电磁理论。光力电磁理论是描述光学现象的基本理论。
電偶極如果突然形成或產生變化,遠處的電磁場如何被影響?
考慮電偶極突然形成或產生變化 ? + - 電偶極突然出現等於電荷加速 電偶極突然不只產生電場,電場的突然出現會感應出磁場!
第2章 Maxwell方程式.
(复习课) 光学复习.
人工智能技术导论 廉师友编著 西安电子科技大学出版社.
Origin of pulsar orthogonal polarization modes
电磁场与电磁波实验简介 天津大学电子信息工程学院通信系 Jin Jie.
7.2 Faraday’s Law of Electromagnetic Induction 7.3 Maxwell’s Equations
电动力学 Electrodynamics.
3-3 Modeling with Systems of DEs
期末考的範圍遠遠多於期中考,要了解的定理和觀念也非常多
Presenter: 宫曦雯 Partner: 彭佳君 Instructor:姚老师
光学谐振腔的损耗.
D. Halliday, R. Resnick, and J. Walker
位移與向量(Displacement and Vector)
计算机网络原理 徐明伟
Ch3. Maxwell’s Equations in Differential Form
99新課綱內容: 量子現象 1. 光電效應 1-1 黑體輻射 1-2 愛因斯坦 光電效應 1-4 光電效應的應用
第二章 共轴球面系统的物像关系 Chapter 2: Object-image relations of coaxial spheric system.
§5.6 Hole-Burning and The Lamb Dip in Doppler- Broadened Gas Laser
11 電磁 IV How did the electric guitar revolutionize rock?
普通物理 General Physics 16 - Transverse Waves
Ch4. Fields And Waves In Material Media
機械波 Mechanical Waves Mechanical wave is a disturbance that travels through some material or substance called the medium for wave. Transverse wave is the.
液晶材料及液晶顯示器簡介 傅永貴教授兼系主任/所長 成功大學物理系/光電所
普通物理 General Physics 29 - Current-Produced Magnetic Field
Short Version :. 11. Rotational Vectors & Angular Momentum 短版:. 11
Fundamentals of Physics 8/e 31 - Alternating Fields and Current
Short Version : 29. Maxwell’s Equations & EM Waves 短版 : 29. 麥克斯韋方程和電磁波
Chapter VIII Second-Harmonic Generation and Parametric Oscillation
Fundamentals of Physics 8/e 28 - Magnetic Force
§7.4 波的产生 1.机械波(Mechanical wave): 机械振动在介质中传播过程叫机械波。1 2 举例:水波;声波.
Quark Polarization in Relativistic Heavy Ion Collisions
分布式程序设计 姚斌 计算机科学与工程系 上海交通大学.
第8章 静电场 图为1930年E.O.劳伦斯制成的世界上第一台回旋加速器.
工业机器人技术基础及应用 主讲人:顾老师
Polarization of electro- magnetic wave after reflection
Universal Law of Electromagnetic Phenomenon
看一看,想一想.
Fundamentals of Physics 8/e 0 – Table of Contents
电磁学 电磁学.
脉冲星磁层中波的传播效应 王陈 国家天文台 2009年7月 2009年脉冲星暑期天文学校.
Summary for Chapters 24 摘要: 24章
中二 (綜合科學) 中三 (物理 PHYSICS Yau CY 化學 CHEMISTRY Wai CP
農業金融講義 課程大綱.
运动学 第一章 chapter 1 kinematices.
分词(二).
激光器的速率方程.
§9 光的偏振 横截面 光传播方向 E 一.自然光与线偏振光 1.光波的振动矢量 :E H,引起视觉:E
Q & A.
Summary : 3. Motion in 2- & 3-D 摘要: 3. 二及三維運動
波與粒子 波的類型 機械波 電磁波 物質波:matter
96學年度第二學期電機系教學助理課後輔導進度表(二)(查堂重點)
第一章 电磁现象的普遍规律(6) § 1.6 复习 教师姓名: 宗福建 单位: 山东大学物理学院 2015年10月09日
第四节 向量的乘积 一、两向量的数量积 二、两向量的向量积.
電流的瞬間變化,如何影響遠處的磁場(或電場)?
電偶極形成,如何影響遠處的磁場(或電場)?
§6 介质中的麦克斯韦方程组 介质的电磁性质方程
句子成分的省略(3).
Lecture #10 State space approach.
Principle and application of optical information technology
9.6.2 互补对称放大电路 1. 无输出变压器(OTL)的互补对称放大电路 +UCC
第三章 图形的平移与旋转.
Presentation transcript:

Optoelectronics 著 主讲:高 宏 Amnon Yariv Pochi Yeh 理学院应用物理系,中1-3133 主讲:高 宏 理学院应用物理系,中1-3133 honggao@mail.xjtu.edu.cn

光电子学由光学和电子学结合形成的技术学科。光子是性能极佳的信息和能量载体,电子学是以电子运动和电磁波及其相互作用的研究和利用为核心而发展起来的。光电子学的发展,依赖于光-电和电-光转换、光学传输、加工处理和存储等技术的发展。这些技术所依据的物理现象和原理,主要是光与物质的相互作用。在过去几十年里由于激光技术、光电材料、多媒体和网络技术的飞速发展,带动了光电子相关理论和应用的发展。目前该领域的新技术、新材料、新概念层出不穷,其产业前景潜力巨大。

本课程主要介绍激光物理学领域的各种现象和相关器件的最基本原理。 课程内容 第一章 电磁场和电磁波 第二章 光线和光束的传播 第三章 电介质平板和光纤中的导波 第四章 光学共振腔 第五章 辐射和原子系统的相互作用 第六章 激光振荡理论和特殊激光器 第八章 非线性光学基础 第九章 激光光束的电光调制和声光调制 *第十章 周期性媒质中波的传播、波导耦合

课程安排 参考书目 课程要求 课时64节,每周二上午3、4节,周五上午1、2节,地点主楼B-302,请有问题的学生随时来办公室答疑。 1、A. Yariv,Optical Electronics in Morden Communication,Oxford University Press,1997, ISBN 7-5053-7959-3 2、A. Yariv, Introduction to Optical Electronics, Holt, Rinehart, Winston, 1976, ISBN 0-03-089892-7 3、周炳琨等,激光原理,国防工业出版社,2009年,ISBN 978-7-118-05971-7 4、J.T. Verdeyen, Laser Electronics, Prentice Hall,1995,ISBN 0-13-706666-x 课程要求 1、按时完成并上交平时作业; 2、积极准备和做好课堂报告(5分钟); 3、不要漏掉平时考试; 4、按时完成大作业。

课程考核 平时作业和考试占20%,大作业占10%,期末考试为开卷(中文)占70%。 课堂纪律 不要影响他人听课;鼓励课堂提问。

Chapter I Electromagnetic Theory Lecture 1 Chapter I Electromagnetic Theory Highlights EM wave power transport, power dissipation, and energy storage The propagation of plane, single frequency, electromagnetic waves in homogeneous isotropic media, and in anisotropic crystal media. Phase velocity Index of refraction Power flow EM field Intensity EM field energy density Birefringence Index ellipsoid Ordinary and Extraordinary rays

Circular (radian) frequency §1.1 Complex Function Formalism a(t) t T Wave express: (1.1-1) Circular (radian) frequency Phase Start point Period: Real Frequency:

§1.1 Complex Function Formalism Complex amplitude (1.1-2) (1.1-3) (1.1-4) In most situations, no problems. However, product (or powers) case, use real form! Illustration:derivation and product Time-Average of products (1.1-12)

§1.2 Energy and Power in Electromagnetic Fields Maxwell curl equations i: 电流密度 e, h: 电场和磁场强度矢量 d, b: 电位移矢量,磁感强度 p, m: 电、磁极化率 0, 0: 介电常数和磁导率 Constitutive equation (1.2-10) Gauss theorem:

§1.2 Energy and Power in Electromagnetic Fields (1.2-11) 电荷移动产生 电场的功率 真空中的电磁储存 能量的增长率 单位体积内电 偶极场的功率 和磁极化有 关的作用

§1.2 Energy and Power in Electromagnetic Fields 简谐波场的偶极损耗 (1.2-11) (1.2-18) (1.2-20)

§1.3 Wave Propagation in Isotropic Media (1.3-1) (1.3-2) EM wave velocity

§1.3 Wave Propagation in Isotropic Media z  Phase Velocity (1.3-11) Index of refraction

§1.3 Wave Propagation in Isotropic Media In vacuum: and superposition:

§1.3 Wave Propagation in Isotropic Media Intensity(W/m2) (1.3-19) (1.3-21) Electric energy density in EM and dipolar field

§1.3 Wave Propagation in Isotropic Media (1.3-23) Magnetic energy density Only consider positive traveling wave, total EM energy density: (1.3-24)

§1.3 Wave Propagation in Isotropic Media Ratio of EM intensity and energy: (1.3-25) (1.3-26) Optical intensity and electric field amplitude

§1.4 Wave Propagation in Crystals 各向同性介质中:感应极化率与电场方向平行,只与一个标量因子有关: 晶体介质中:原子或离子的周期排列,感应极化率的大小和方向依赖于施加电场的方向,p 与 e 不再是简单的关系: (1.4-1) 是电极化张量各分量,与x, y, z轴的选取和晶体的结构有关系,实际中 总能选择合适的x, y, z轴,使电极化张量的非对角元素为零,这样的坐标 轴方向叫做晶体的主轴方向,于是有: (1.4-3)

§1.4 Wave Propagation in Crystals 双折射是光在各向异性晶体中传播时发生的一个重要现象,表现在电磁波的相速度依赖于电场矢量的偏振方向。 》在各向同性介质中,感应极化率不依赖与电场的方向,因此相速度不依赖偏振方向 》在各向异性介质中,假如波传播沿z方向,如果电场矢量平行于x,它将只感应出 px, 结果只有11,其相速为: ;但如果电场平行于y,则相速为: 。 因此相速依赖于偏振方向。 双折射有一些非常有意思的结果:如果一个线偏振光沿z传播,且在入射平面上具有相同的x, y分量,因为相速不同,当波传播一段距离后,x, y分量将不再同相,线偏光变为是椭偏光。

§1.4 Wave Propagation in Crystals 目的:确定两个容许波的偏振方向以及它们的相速。 定义: 方法:1、画出折射率椭球,并给出波传播方向;2、过原点作传播方向垂直的平面;3、画出该平面与折射率椭球所截的椭圆;4、该椭圆的长、短轴即两个容许的偏振方向;5、若长、短轴的长度为2n1和2n2,则两个波的相速分别为:c/n1和 c/n2。 举例:考虑一单轴晶体,并取该轴为z轴,即波的传播方向,由于旋转对称性,有11= 22,定义主折射率no和ne为: (1.4-11)

§1.4 Wave Propagation in Crystals z (optics axis) z (optics axis) s y o ne() A ne no  z  s (0, 0 , ne) A ne() (0, -no, 0) o y x B (no, 0, 0) (1.4-12) 偏振为OA方向的叫非常波,其折射率为: 偏振为OB方向的叫寻常波,其折射率不依赖于q,为no。

§1.4 Wave Propagation in Crystals z s no ne(q) q no ne y no(q) 考虑这样一个表面,其上一点到原点的距离等于波沿该方向传播的折射率。该表面被称为折射率正交面,并由折射率椭球来得到。非常光的正交面通过测量沿每一s(q,f)方向相应的折射率ne(q,f)来画出,即上页的OA随s(q,f) 的轨迹。对于单轴晶体,它是一个关于z轴的旋转椭球,如上图所示,可见,其相速依赖于光波的传播方向。对于寻常光,则是OB的轨迹,其折射率始终等于no,因此是一个圆球,其相速与光波的传播方向无关。

Jones vector, Stocks parameters, Poincare sphere §1.5 Polarization Optics Jones vector, Stocks parameters, Poincare sphere EM field Propagation Propagation direction Polarization direction Transverse wave Two orthogonal independent polarization directions 》Non-polarized light: two oscillate directions have no any relevant 》linear Polarized light: E oscillates along a specific direction

§1.5 Polarization Optics EM field expression In generally, when two orthogonal oscillations are not synchronous, the trail of combined oscillation is elliptical. This corresponds to the elliptical polarization of light.

Linear polarized light §1.5 Polarization Optics Linear polarized light On the condition of or Ay Ay   Ax Ax

Circular polarized light §1.5 Polarization Optics Circular polarized light When and Right CL Ay Left CL Ax Elliptical polarized light (作业!) Coordinate rotation

Polarization complex expression §1.5 Polarization Optics Ellipticity: The sign depends on the oscillates direction When Circular polarized light Polarization complex expression

Jones vector (complex amplitude column vector) §1.5 Polarization Optics Jones vector (complex amplitude column vector) Determine the polarization solely Normalized Jones vector Linear polarized Orthogonal state Ay  Ax

§1.5 Polarization Optics >> Linear polarized along axis: >> Circular polarized light: >> If two polarizations (J1, J2) are orthogonal, then: >> Any two orthogonal Jones vector can be regards as two base vectors, and any polarized state can expressed by the combination of these two vectors.

§1.5 Polarization Optics Stokes parameters Normalized Polarized light >> Nonpolarized light: >> Horizontal polarized light: >> Vortical polarized light:

§1.5 Polarization Optics >> Right circular polarized light: >> Left circular polarized light: >> Degree of Polarization: >> Stokes parameters and Complex expression of polarization

§1.5 Polarization Optics Poincare sphere

几个物理词汇 均匀: 物理性质不随空间位置变化 各向同性: 物理性质与方向无关 线性: 物理量之间的关系是线性函数 均匀: 物理性质不随空间位置变化 各向同性: 物理性质与方向无关 线性: 物理量之间的关系是线性函数 非均匀 非均匀、非线性、非各向同性的“三非”介质 非线性 各向异性