光電科技介紹 基礎光電 雷射原理及應用 光子晶體 光電半導體與光電元件

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1 光電科技介紹 基礎光電 雷射原理及應用 光子晶體 光電半導體與光電元件
If in the future I will talk on this again, add (1) more ray tracing examples, like calculating in details the curvature interface, lens design, one lens image system, telescope, curvature mirrors, and cavity. (2) Calculate the stable and unstable cavity. (3) Explain standing string wave to extend it to wavelength selecting. (4) Explain Fermat principle, and use it to explain reflection law, and gratings. Take out the detailed 1D photonic crystal.

2 幾何光學(Ray Tracing)

3 近軸近似 光線斜率 = y ’ z

4 空間傳播距離 L 角度不變 位置改變 (y1, y1’) (y0, y0’)

5 透鏡 位置不變 斜率改變 由透鏡前聚點出發斜率為 的光在透鏡後會平行光軸，即 (y0, y0’)=(f y0’, y0’) 在透鏡後會變為
由透鏡前聚點出發斜率為 的光在透鏡後會平行光軸，即 (y0, y0’)=(f y0’, y0’) 在透鏡後會變為 平行光軸 (y0, y0’) (y1, y1’)

6 ABCD matrix 一般化 (y0, y0’) (y1, y1’) (y2, y2’) 例子：通過透鏡後，再傳播距離L = f

7 4f成像 前例串接 (y1, y1’) (y3, y3’) (y0, y0’) (y4, y4’) (y2, y2’) (y5, y5’)

8 介面折射 斯乃而定律 n1 n2

9 光在介質中如何傳播

10 電磁波的發生 電子雲 電偶極矩p = 電場 (a)正負電荷平均位置重疊 (b)正負電荷平均位置不重疊

11 在真空中電磁波的傳播 電偶極矩 p 電場 電磁波前進 x E 一個波長

12 介質中電偶極矩p受電磁波的影響 電磁波前進 電場E 加速度 加速度 可了解電磁波如何產生壓力 加速度

13 電偶極矩受電磁波(這裏是指電場)影響後，會再發出電磁波
p E

14 非線性光學 E E E

15 物質中的電偶極矩受電磁波影響後， 再發出電磁波
電磁波前進 x

16 折射率 相位延遲 時間t

17 光子(量子電子學)

18 "I therefore take the liberty of proposing for this hypothetical new atom, which is not light but plays an essential part in every process of radiation, the name photon." -Gilbert N. Lewis, 1926

19 [PHOT(O)- + -ON] --ph'ton'ic adj. -American Heritage Dictionary
photon n. Physics. The quantum of electromagnetic energy, generally regarded as a discrete particle (see) having zero mass, no electric charge, and an indefinitely long lifetime. [PHOT(O)- + -ON] --ph'ton'ic adj. -American Heritage Dictionary

20 光的基本粒子。為電磁幅射的量子，穩定而不帶電，具有動量與角動量， 光的波長愈短光子的能量愈大。西元一九○五年愛因斯坦在解釋光電效應時，
首先指出它的存在，而使人了解光線除了有波的性質外，尚有粒子的性質。 或稱為“光量子” 。 -教育部國語辭典

21 E=hf

22 E=hf “happy guesswork” 普朗克(Planck)
只有符合邊界條件的電磁波可以存在。而每一個可能的電磁波模式的能量是電磁波頻率乘上一個常數(普朗克常數)的整數倍，即 E=hf

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25 應用一： 雷射基本原理 受激輻射+共振腔

26 共振腔穩定性 ?

27 共振腔 來回N次後，回到原始狀態