《光电复习提纲》课件 .ppt

*************************************光学系统对准技术准直技术准直技术用于使光束平行化或检测光轴是否平行。常用工具包括准直仪、自准直仪和激光准直系统。自准直仪利用平面反射镜反射光束回到发射点的原理，可精确测量角度偏差。激光准直系统利用激光束直线传播特性，结合位置敏感探测器，可实现微弧秒级的角度测量。准直技术是光学系统装调的基础，对确保系统光轴对准至关重要。中心定位中心定位技术确保光学元件的几何中心与光轴对齐。传统方法使用机械中心找正仪，通过旋转光学元件观察边缘跳动来判断中心位置。现代技术采用干涉中心定位法或计算机视觉辅助定位，精度可达微米级。对于复杂光学系统，还需考虑光学中心与机械中心的偏差，使用补偿技术确保光束正确传播。光轴校准光轴校准是多组件光学系统装调的核心工作，目标是使各光学元件的光轴共线。常用方法包括针孔法、光学基准面法和干涉测试法等。现代精密光学系统装调通常采用六自由度精密调整机构，结合实时成像或波前检测，通过迭代优化实现最佳光轴对准。对高精度系统，还需考虑温度变化和机械稳定性对光轴对准的影响。光电材料1半导体材料半导体材料是光电子学的物质基础，其特点是带隙适中（约0.1-6eV），通过掺杂可控制电学和光学性能。常用的半导体材料包括元素半导体（Si、Ge）和化合物半导体（GaAs、InP、GaN等）。直接带隙半导体（如GaAs）适合发光和探测应用，而间接带隙半导体（如Si）主要用于电子和光电探测设备。新型半导体材料如碳化硅和氧化物半导体在高功率和宽带隙应用中展现出优势。2光学晶体光学晶体具有规则的晶格结构和优异的光学性能，广泛用于激光器、调制器和非线性光学设备中。常用的激光晶体包括YAG、钕玻璃和钛宝石等；电光晶体如铌酸锂(LiNbO?)和KDP用于光调制；非线性光学晶体如BBO、KTP用于频率转换。这些晶体的关键性能指标包括透射范围、色散特性、双折射性、激光损伤阈值和机械稳定性等。3光学玻璃光学玻璃是光学系统中最常用的透明材料，具有均匀性好、可塑性强的特点。常见类型包括冕牌玻璃（低折射率、低色散）和火石玻璃（高折射率、高色散）。光学玻璃的关键参数是折射率和阿贝数，这两个参数决定了玻璃的成像特性和色差控制能力。现代光学系统设计通常结合不同种类的光学玻璃以校正各种像差，提高成像质量。光电子学前沿量子光学量子光学研究光的量子性质及其应用，是量子信息科学的基础。核心概念包括光子纠缠、量子相干和量子态操控。主要研究方向有量子密钥分发、量子计算、量子传感和量子成像等。量子通信已实现千公里级安全密钥分发；量子计算利用光子的量子叠加特性处理特定问题；量子传感器灵敏度突破经典极限；量子成像技术可在极低光照条件下获取信息。光子学光子学聚焦于光子的产生、操控和检测，类似于电子学对电子的研究。核心技术包括光子晶体、表面等离子体光子学和硅光子学等。光子晶体通过周期性折射率结构控制光传播；表面等离子体技术实现亚波长光操控；硅光子学利用成熟的CMOS工艺实现光电集成。这些技术推动了高性能光通信器件、生物传感器和微型光谱仪等应用的发展。纳米光学纳米光学研究光在纳米尺度下的相互作用和调控，突破传统光学衍射极限。关键领域包括近场光学、超透镜、超构材料和微纳光学器件等。近场光学利用倏逝波探测纳米结构；超透镜通过精心设计的纳米结构突破衍射极限；超构材料展现自然材料不具备的负折射率等特性。纳米光学技术支持了超高分辨率成像、超紧凑光学元件和高效光能量转换设备的发展。光通信网络1光交换技术实现光信号路由和切换2波分复用技术在单根光纤中传输多波长信号3光纤网络结构连接各节点的物理拓扑光纤网络结构是光通信系统的物理基础，主要包括点对点、星型、环形和网格等拓扑结构。骨干网通常采用网格结构提供路由冗余；城域网多采用环形结构兼顾成本和可靠性；接入网则以星型或树型结构将服务延伸至用户。网络节点间通过光纤线路终端设备(OLT)、光放大器和光分路器等连接。波分复用技术(WDM)是现代光通信的核心，通过在单根光纤中传输多个不同波长的光信号，极大提高了传输容量。粗波分复用(CWDM)通道间隔大，成本低；密集波分复用(DWDM)可支持80+通道，实现T级传输容量。光交换技术实现光信号在节点间的路由和切换，包括波长选择开关(WSS)、光交叉连接(OXC)和软件定义光网络(SDON)等，是构建灵活高效光网络的关键技术。光存储技术光盘存储光盘存储是最广泛应用的光存储技术，基于激光读写凸坑（pit）或相变材料实现数据存储。CD采用780nm激光，存储容量约700MB；DVD使用650nm激光，容量4.7-