光电子技术与科学专业介绍

第一篇：光电子技术与科学专业介绍

光电子技术科学专业

目录

光电子技术科学专业介绍

研究领域

详细介绍

前景

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光电子技术科学专业介绍

研究领域

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前景

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光电子技术科学专业介绍

专业概述

光电子技术科学 ：属于理学大类，电子信息科学类。

光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科，其技术广泛应用于光电探测、光通信、光存储、光显示、光处理等高新技术光电信息产业。而光电子技术科学专业正是由光学、激光、电子学和计算机技术学科互相渗透而组成的。

培养目标及要求

光电子技术科学专业培养在光电子技术科学领域具有宽厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能，德、智、体、美、劳全面发展的高级光电子技术科学人才，使学生具有在光学、光电子学、激光科学、光通信技术、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。

本专业学生主要学习数学、物理、计算机语言及应用基础，四大力学、固体物理、半导体物理、红外物理、红外探测器、红外电子学、红外系统原理与设计、红外安防技术等基础理论和基本知识，具有利用现代的光学、电子、计算机等先进技术，对红外系统乃至其它光电子系统仪器整机的设计、应用的基本能力。

通过学习，将具备了以下几方面的能力：

1．坚实的数理基础、较好的人文社会科学基础、并熟练掌握一门外国语；

2．系统地掌握本专业领域必需的较宽的技术基础理论知识；

3．具备较强的近代物理实验、光电子技术和红外技术实验能力、计算机应用能力和初步的专业实践经验，具备科技创新和工程应用的基本能力；

4．了解本专业领域的最新理论前沿和发展动态；

5．掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力。相近专业

科技防卫（071204W）、电子信息科学与技术（071201）、微电子学（071202）、光信息科学与技术（071203*）信息安全（071205W）、信息科学技术（071206W）、光电子技术科学（071207W）。

课程设置

光电子技术、光电子器件及系统、信号与系统、通信原理与技术、高等光学、应用光学、光电子学、计算机及网络技术、电子电路与技术、电动力学、量子力学、半导体物理等，模拟电路，数字电路，大学物理，电路分析，C语言，高等数学，线性代数，概率论数理统计，电子设计自动化，工程制图。

光电子技术科学专业的主要实践性教学环节包括专业实验（普通物理实验、近代物理实验、电工技术实验、电子技术实验、光电子专业实验）、程序设计上机、微机上机、工程训练、认识实习、专业调研、专业实习、毕业实习、毕业论文设计等。

毕业去向

继续攻读硕士、博士学位；或到信息产业部门、中科院及有关研究所、电信部门、高等院校、企事业单位及有关公司，主要从事光学、光电子学、光电子技术科学、光电信息工程与技术、光通信工程与技术、光电信号检测处理与控制技术等领域的研究、设计、开发、应用和管理等工作。

开设院校

南开大学、燕山大学，天津大学、长春理工大学、池州学院、华南理工大学、华南师范大学、东南大学、湖北工业大学、东华大学、长春理工大学光电信息学院、大连民族学院、华中科技大学、四川大学、西北工业大学等。新增此专业的院校有：深圳大学、湖南理工大学、黑龙江大学、湖州师范学院 浙江师范大学、河北师范大学

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研究领域

研究领域是信息光学与光电子技术相结合的应用基础学科，包括：现代光学与光电子学、光通信、光信息处理、声光信息处理与光通信技术和激光技术等。主要有三个研究方向，即光信息存储与处理、光通信技术与器件、以及激光超短脉冲与变频技术，均处于国内先进或领先的水平；代表性成果有新型超高密度体全息存储、声电光器件、可调谐激光器。目前承担了1项“973”国家重点基础研究项目、4项国家自然科学基金项目、1项国家部委项目和5项北京市科委教委项目，研究经费充足，同时与国际学术界有较为广泛的学术交流。本学科所依托的光学学科于1986年获得国务院授权的博士学位授予权，光学工程学科于2000年获得博士学位授予权。学科部可同时招收理学(光学)和工学(光学工程)的博士、硕士研究生。在211工程“九五”期间的重点学科建设中,作为“激光应用技术”重点学科的一部分,学科的学术水平有了很大的提升,并且实验室建设成效显著,并且于2001年与激光工程研究院整合,进入了“光学”国家重点学科行列。

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详细介绍

在光盘技术的促进下，近年来可见光半导体激光二极管和发光二级管得到了较快的发展。蓝绿光可见光半导体激光二级管（LD）和蓝绿光半导体发光二极管、黄橙红光可见光激光二极管和高亮度黄橙红绿光发光二极管都已商品化。今后的发展需要继续解决提高亮度，降低价格，提高使用寿命等问题。

近红外半导体激光和发光二极管的发射波长为0.8~1.0μm。近红外半导体激光二极管主要用于光纤通信和作为固体激光器的泵浦源（替代闪光灯泵浦源）。在1.3μm和1.55μm近红外半导体激光二极管商品化之后，其发展势头受到很大影响，甚至出现了停止发展的迹象。随着短距离局域网和二极管泵浦固体激光器的迅猛发展，又出现了新的发展。目前研究开发主要集中在单频工作、模式稳定以及提高输出功率等方面。近红外发光二极管主要有超发光二

极管和谐振腔发光二极管。超发光二极管是光纤陀螺仪的最佳自选光源，与一般的发光二极管相比，可提供较高的输出功率和相对窄的发射谱。目前，在50mA工作电流下，单管超辐射输出功率的研究水平最高达到50MW，最窄谱宽为15nm。谐振腔发光二极管是一种有前途的发光二极管，其实验和理论效率比传统发光二极管高5~10倍。

1.3μm和1.55μm近红外半导体激光和发光二极管是现行通信系统、高速光纤通信系统的重要光器件，已成为广为研究开发的光源。日本NEC已开发出在单晶片上制造不同发射波长的近红外激光二极管，采用它可大大降低多波长长途通信设备的价格。近年来，国外又相继开发出半导体孤子激光器、量子阱线或点激光器和垂直腔表面发射激光器等新型半导体激光二极管。

激光技术是一项前沿科学技术发展不可缺少的支柱。作为光电子主导产品的激光器的发展，经历了原理上的四次变革，体积日益变小，功率不断增大，可靠性和功率得到了很大的提高。半导体二级管激光器和固体激光器技术和发展十分迅速，其中最为突出的进展是固态化。现今，固体激光器的平均输出功率已从百瓦级提高到了千瓦级。半导体激光器的功率也有很大提高，其结构和其他性能也正在经历重大变化。与此同时，还开发出了实用价值高的新波长和宽带可调谐激光器，包括对人眼无伤害的1.54μm和2μm的激光器、蓝光激光器和X光激光器。

光纤是随着光通信的发展而不断发展的，各种结构和类型的光纤支持着光通信产业的发展。目前，单根光纤传输的信息量已达到万亿位。光纤作为光通信信息传输的介质，它的色散和损耗将直接影响到通信系统的传输容量和中继距离，而常规的单模光纤已不能满足新一代通信技术的要求，因此光纤技术又有了新的发展。迄今，光纤已经经历了由短波长（0.85μm）到长波长（1.3~1.55μm），由多模到单模光纤以及特种光纤的发展过程，并开发出了色散移位光纤、非零色散光纤和色散补偿光纤。

平板显示（FPD）技术包括液晶显示（LCD）、等离子体显示（PDP）、电致发光显示（EL）、真空荧光显示（VFD）和发光二极管显示（LED）等，除在民用领域的广泛应用外，已在虚拟显示、高清晰度显示、语言和图形识别等军用领域应用。近年来，液晶显示以及其他平板显示器件和技术正在大力地改进，如为解决等离子体显示发光效率、亮度、寿命、光串扰和对比度等问题，正在进行诸如大面积精细图形制作和保护层等工艺方面的改进，并取得了较快进展。从整体来说，平板显示技术将继续向着彩色化、高分辨率、高亮度、高可靠、高成品率和廉价方向发展。

随着半导体技术的迅速发展，各种类型的光电探测器，如电荷耦合器件、光位置敏感器件、光敏阵列探测器等应运而生，取得了重大进展。进入90年代，光电探测器的发展方向除了开发高速响应光电 探测器外，其重点是开发焦平面阵列为代表的光电成像器件。红外焦平面阵列制作技术的日臻完善，使红外探测技术进入了第二代。当前，降低成本是红外探测器在民用领域得到广泛应用的关键。21世纪，红外焦平面阵列开发方向，一是在现有基础上提高分辨率，二是开发多功能和智能化焦平面阵列。

随着光通信、光信息处理、光计算等技术的发展，加之材料科学和制造技术的进展，使得在单一结构或单片衬底上集成光学、光电和电子元器件成为可能，形成具有单一功能或多功能的光电子集成回路（OEIC）和集成光路（IOC）。目前，商品化的集成光路产品有调制器、开关和分路器以及采用集成光路相干通信系统、光纤陀螺、激光光纤多普勒干涉仪等系统，以及用于光纤传输试验的单片集成光电子集成回路。预计到2020年，光电子集成回路和集成光路的发展速度将相当于20世纪70年代的微电子技术，多功能集成光学器件和光电子集成器件将系列化，集成光学信号处理速度将达到1GHz。

我国光电子行业在科研上起步较早，也有一批水平较高的应用成果，其中光纤通信的发展尤快。在国防上的应用也开展较早，如靶场用的激光、红外、电视等光测设备，以及红外导引

装置、红外热像仪、激光测距仪、微光夜视仪等。但民用市场开发较晚，真正能形成较大生产规模的产品不多。我国在“八五”计划期间对一些光电器件企业进行了技术改造，已在“九五”计划中产生了效益。例如，12英寸彩色液晶显示屏已经在1996年投产。国家重大成套通信设备2.5Gbps同步数字系列（SDH）光通信系统，于1997年研制开发成功，现已广泛应用于国家通信骨干网的建设。

鉴于上述情况，中国光电子技术发展战略总的指导思想是：有限目标、突出重点、科技领先、形成规模、开拓市场，在“八五”、“九五”计划基础上，使有基础的企业和研究所分别形成规模生产和研究开发中心，使我国光电子元器件初步形成基本配套的产业，满足市场的需要。编辑本段

前景

在微电子技术蓬勃发展的同时，人们发现可以利用光电各自的优势来为我们服务。比如激光器，光电探测器，太阳电池如等方面都需要光电结合。这就是早期的光电子学。随着光电子学的发展，人们研究完全利用光来处理信息，于是诞生了光子学。所以可以说，先有了光电子学，又有了光子学。而最终的发展会是光电的再次统一，即更高一个层次上的光电子学。现在正在发展单电子技术和单光子技术，那时信息的载体不再是束流，而是单个的粒子。光子和电子都是利用量子力学的概念，区别只是波长不同而已。我想我们在二十一世纪肯定会走到这一步。那时既不能叫光子信息技术，也不能叫电子信息技术，应该叫量子信息技术。由于光子具有电子所不具备的许多特性所以光子学有它独特的优势。尤其在信息领域。比如通信，我们现在大部分主干网用的都是光纤，信息的载体都是光。由于密集波分复用技术的发展，一根头发丝粗细的光纤就可以传输一亿门电话线路。这是电缆无法比拟的。再如信息存储技术，光盘由VCD发展到DVD，容量增大了好几倍，未来如果研制出能够商用的蓝光激光器，采用蓝光波段的光来作为信息的载体，就又可以使同样大小的光盘的容量增大近十倍。而且光具有相干性，可以实现全息存储，在不到一个平方厘米的芯片上，我们可以把北京图书馆的所有的书都存进去。在计算机方面，未来的发展趋势是光要进入计算机中，发挥光子的优势实现开关的互联，利用光来消除电子传输带来的瓶颈效应。[1]

第二篇：计算机科学与技术专业介绍

计算机科学与技术专业介绍

一、什么样的一门学科——研究计算机理论，应用和发展计算机技术

计算机科学和技术学科涉及的领域十分广泛。怎样完成各种复杂的计算任务（如气象预测，核爆模拟，生化反应模拟等），怎样使得计算机越来越智能化、人性化（如语音识别，人像识别，虚拟现实，机器人），怎样用计算机加速人们的信息交流，改进信息交流方式（如网络技术），这些都是计算机科技人员孜孜以求的内容。学习计算机科学和技术专业要求有较好的逻辑思维和抽象能力。数学和英语是学好计算机学科的两门重要基础课。

二、授课内容：理论与实践的充分结合主要的专业课程包括离散数学，计算机原理，数字电路，程序设计，数据结构，计算机体系结构，操作系统，编译原理，数据库原理，软件工程等等。主要基础课程有数学分析，高等代数，物理，英语等。专业课程主要授课形式是课堂讲授和上机练习（或课后实习）相结合，一般都有课程实习工程或实验任务。比如，操作系统课程可能要求分组合作完成一个简单的操作系统作为课程实习工程。一般来讲，实习工程（或实验）的成绩和笔试成绩在最后课程成绩中占的比重相当。

基础课程：电路原理、计算机原理、通信原理概论等。

专业课程：模拟电子技术、数字逻辑、数字分析、微型计算机技术、计算机网络、高级语言、汇编语言、数据结构、操作系统、编译原理、信号处理原理、计算机系统结构、系统分析与控制等。

三、毕业后干什么——目前乃至今后很长时间内都将是国内最有前景的专业之一

目前，这个领域的专业人才还处于相对短缺状态，因此发展的前景非常广阔，相对而言，大学毕业时最需要这个专业的有几类工作：

技术支持人员工程师教师科研人员

软件开发工程师

信息技术咨询专家

软件工程管理人员

企业信息技术顾问

企事业单位信息部门管理人员

硬件开发设计人员

IT人员

计算机网络管理人员

计算机技术支持人员

学校老师

四、什么样的人相对不适合?

研究众多的从业人员，相对而言，逻辑思维能力或使用工具的兴趣较低者最不适合。

第三篇：光电子技术

光电子技术

1.世界上第一台激光器，由修斯研究室的梅曼研制，并最终在1960年成功运转。（红宝石激光器）

2.黑体：能够完全吸收任何波长的电磁辐射。

3.跃迁：原子中的电子在特定的轨道上运动，并具有能量，各能量级能量不连续，当原子从某一能级吸收或释放了能量，转移到另一能级时，就称为跃迁。4.自发辐射：处于高能级E2上的原子自发的向低能级E1跃迁，并发射一个频率v=（E2-E1）/h的光子的过程称为自发辐射跃迁。5.受激辐射：处于高能级E2上的原子在频率为v=（E2-E1）/h的辐射场激励作用下或在频率为v=（E2-E1）/h的光子诱发下，向低能级E1跃迁并辐射出一个与激励辐射场光子或诱发光子的状态(包括频率、运动方向、相位等)完全相同的光子的过程称为受激辐射跃迁。

6.受激吸收：受激辐射的反过程为受激吸收过程，一般也称作吸收。

7.激光产生的基本原理：在受激辐射跃迁的过程中，一个诱发光子可以使处在上能级上的发光粒子产生一个与该光子状态完全相同的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光粒子，从而产生更多状态相同的光子。必要条件：使激光工作物质处于粒子束反转状态。粒子束反转：采用诸如光照、放电等方法从外界不断地向发光物质输入能量，把处于下能级的发光粒子激发到上能级去，便可使上能级E2的粒子数密度超过下能级E1的粒子数密度的状态。此时，受激辐射大于受激吸收。

8.激光器构造：由三部分构成，包括激光工作物质(基质与激活粒子)、泵浦源（对激光工作物质进行激励）和光学谐振腔（得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光输出）。9.激光粒子的能级系统：1三能级系统2四能级系统（P9页）

10.光学谐振腔：是常用激光器的三个主要组成部分之一。它是在激活物质两端适当位置放置两个反射镜组成。主要作用：1.提供光学正反馈作用。2.产生对振荡光束的控制作用。11.谐振腔的Q值：品质因数Q=ωW/ρ,式中ω为角频率，W为存储在谐振腔内的能量，ρ为每秒损失的能量。（P21页）12.横模：激光光束横截面上稳定的光场分布称之为横模。

13.激光纵模：激光器谐振腔内获得振荡的几种波形（波长稍微不同）沿光轴方向的分布。14.纵模的选择:1短腔法：两个相邻纵模间的频率差Δνq=νq-νq-1=c/2L’

(L’=(L-l)+nL表示谐振腔的光学长度；n晶体折射率，L物理长度，l晶体长度，c表示真空中的光速）例：在氦氖激光器中，其荧光谱线ΔνF约为1500MHZ。若激光器腔长为10cm，则纵模间隔Δνq为Δνq= c/2L’=3*108m/s /2*1*10*10-2m=1500MHZ 15.稳频技术:通常讲的频率的稳定性包括两方面：一是“稳定度”，指的是激光器在连续工作期间内它的频率该变量Δν’在振荡频率ν中所占的比例，即

Δν’/ν。二是“复现度”，指的是同样设计、同样方法制成的激光器在同样条件下使用时相互之间的频率偏差，或是在完全不同设计、和不同条件下，用相同的能级跃迁所制成的激光器，其振荡频率与与原子跃迁中心频率的偏差，如果这方面的偏差用Δν表示，则其在ν中所占比例Δν’’/ν称为复现度。

16.固体激光器：一般采用光激励（泵浦灯），其能量转换环节多，所以效率低。（光的激励能量大部分转换为热能）。气体激光器：一般采用电激励，其效率高、寿命长，长采用连续方式。

17.掺钕钇铝石榴激光器（YAG）：典型的四能级系统，激光波长为1.0641μm，优点是阈值功率低，可以做成连续激光器，输出功率已达千瓦量级。激光输出为多纵模。每次脉冲

’’输出功率在几千瓦以上。

18.红宝石激光器：属于三能级激光器，是最早的一种激光器。它的效率比较低，但由于它发射694.3nm的红光且能得到相干性好的单模输出，当研究顺便过程的全息照相时，作为可见光脉冲光源是比较合适的。

19.尖峰振荡效应：不加任何特殊装置的固体脉冲激光器，在一次输出中，激光脉冲的宽度大约是ms数量级。经过仔细的观察和分析会发现，这个脉冲并不是平滑的，而是包含着很多宽度更窄的短脉冲序列。而且随着激励的增强，短脉冲的时间间隔会更小。这种现象被称做弛豫振荡效应或尖峰振荡效应。其定性解释：一个短脉冲形成和消失，可以由激光系统反转粒子数密度的增减变化来解释。造成系统反转粒子数密度增加的因素是光泵浦，其增加速率在一个短脉冲序列的消长过程中可以看成是不变的。是反转粒子数密度减少的因素是受激辐射，其减少速率则是因腔内光子数密度的多少而变化。20.调Q技术原理：初期它处于关闭状态（Q值很低），抑制受激辐射的作用，在泵浦抽运工作一段时间后，突然将Q值提高（Q开关导通），上能级粒子瞬间释放，获得高功率巨脉冲。（腔内储存的能量通过受激辐射一下释放出来，瞬间达到获得高功率巨脉冲的目的）。

21.电光调Q激光器 ：（电光效应：对于某些晶体经过特殊方向的切割后，如果在某个特定的方向上外加电压，就可以通过它的线偏振光改变振动方向。）原理流程图如下（P60页）

22.声光Q开关原理：声光介质在超声波的作用下，介质的折射率会发生周期性的变化，使介质变成为正弦相位光栅，当光通过此介质时，由于衍射会造成光的偏折。如果这个装置放在激光器腔内，就会增加损耗改变腔的Q值。

其流程如下：（Ｐ６１页）

23.三基色：本质是三基色具有独立性，三基色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。三基色具有最大的混合色域，其他色彩可由三基色按一定的比例混合出来，并且混合后得到颜色数目最多。红、绿、蓝为色光三基色。为了统一认识，１９３１年国际照明委员会规定了三基色的波长：红光为７００．０ｎｍ，绿光５４６．１ｎｍ，蓝光为４３５．８ｎｍ。

24.相加混色原理 ：由两种或两种以上的色光相混合时，会同时或者在极短时间内连续刺激人的视觉器官，使人产生一种新的色彩感觉。称这种色光混合为加色混合。这种由两种以上色光相混合，呈现一种色光的方法称为色光加色法。

25.激光显示技术：分三种类型；第一种是激光阴极射线管LCRT（laser cathode tube）,其基本原理是用半导体激光器代替阴极射线显像管荧光屏的一种新型显示器件；第二种是激光光阀显示，基本原理是激光束仅用来改变某些材料（如液晶等）的光学参数（如折射率或透过率）而再用另外的光源使这种光学参数变化而形成的像投射到屏幕上，从而实现图像显示；第三种是直观式（点扫描）电视激光显示，它是将经过信号调制过的RGB三色激光束直接通过机械扫描方法偏转扫描到显示屏上。

26.德国 Jenoptik 公司ＲＧＢ全固态激光器光路图：Oscillator振荡器；Amplifier放大器；SHG倍频，频率增加一倍，波长减少一半;SFM和频;OPO（Optical Parametric Oscillation）光学参量振荡器；AOM（Acoustic Optical Modulator）声光调制器；KTA crystal（KTA晶体，砷酸钛氧钾）；LBO晶体（三硼酸锂）；流程图如下：（p113页）

27.光电探测器的物理效应：通常分为两大类：光子效应和光热效应。光子效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应，对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其影响速度一般比较快。（光电效应：在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流。）光热效应：指材料收到光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，由于温度的变化而造成物质的电学特性变化。

28.光电发射效应：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象，称为光电发射效应。爱因斯坦方程：Ek=hυ—Eψ，Ek=mv/2是电子离开发射体表面时的动能；m是电子质量；v是电子离开时的速度；hυ是光子能量，Eψ是光电发射体的功率函数。光电发射效应发生的条件：υ≥Eψ/h≡υc（入射光波的截止频率），或用波长表示时：λ≤hc/ Eψ≡λc（截止波长）。

29.光电导效应：在光线作用下，对于半导体材料电导率吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值降低，这种现象称为光电导效应。（P148页）30.光伏效应：如果光导现象是半导体的材料的体效应，那么光伏现象则是半导体材料的“结”

效应。当照射光激发出电子-空穴对时，电势垒的内建电场将把电子-空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，形成光生伏特效应。（光照零偏PN结产生开路电压的效应，又称光伏效应。）31.温差电效应：当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体）两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势，回路中就有电流流通。如果把冷端分开并与一个电流表连接，那么当光照熔接端时，熔接端吸收光能使其温度升高，电流表就有相应的电流读数，电流的数值间接反映了光照能量的大小。——用热电偶来探测光能的原理。

232.热释电效应：当强度变化的光打到晶体上，引起材料温度变化——电极化强度发生变化——面电荷发生变化——产生热释电电流。压电晶体：发生压电效应的晶体。压电效应：某些晶体在特定的方向上施加外力，那么就会在某两个表面产生面电荷，当外力消失，晶体回到不带电。

33.量子效率η：灵敏度R从宏观描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，量子效率则是对同一问题的微观-宏观描述。

η=hυRi/e（Ri电流的灵敏度），光谱量子效率

：ηλ =hcRiλ/eλ

(c是材料的光速)34.归一化探测度D*：

D*大的探测器其探测能力一定好。

35.光电导探测器——光敏电阻：利用光电导效应而工作的探测器。光电导效应是半导体材料的一种体效应，无需形成PN结，故又常称为无结光电探测器。这种元件在光照下会改变自身的电阻率，光照愈强，元件自身的电阻率愈小，因此常常又称光敏电阻或光导管。本征型光敏电阻一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测；非本征型光敏电阻通常必须在低温条件下工作，常用于中、远外辐射探测。由于光敏电阻没有极性，只要把它当做电阻值随光照强度而变化的可变电阻器对待即可，因此在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析、光电制导、激光外差探测等领域获得了十分广泛的应用。常见的光敏电阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工业上应用最多的，而PbS主要用于军事装备。

36.光频外差探测技术：原理：基于两束相干光在探测器光敏面上的相干效应。故也常称为光波的相干探测。相干光：振动方向相同，振动频率相同，相位相同或相位差保持恒定。37.曼莱-罗威关系：公式（P307页）

相互作用中三个光电场光子数的变化关系：ω1和ω3的光子数之和及ω2和ω3的光子数之和在非线性过程中始终保持不变。ω1与ω2光子数之差保持不变。如果频率为ω1与ω2的两个光子同时湮灭，可以产生频率为ω3的一个光子，这就是和频与倍频的情况。反过来ω3光子湮灭，同时产生两个频率为ω1与ω2的光子，这就是参量产生的过程。

38.相位匹配技术：为有效的进行非线性光学频率变换，必须使参与互作用的光波在介质中传播时具有相同的相速度。实现有效频率变换的方法之一是相位匹配技术，利用非线性晶体的双折射与色散特性达到相位匹配。39.单轴晶体的相位匹配条件及匹配角：(折射率)负单轴晶体——n0>ne。正单轴晶体——ne>n0.40.二次谐波的产生：能量守恒和动量守恒（P314页）

41.参量振荡器：光学参量振荡器（OPO）是利用非线性晶体的混频特性来实现频率变换的器件，其中有一个或两个光波具有振荡特性，具有谐振腔。具有调谐范围宽、结构简单及工作可靠等特性。光学参量放大的原理：实质上是一个差频产生的三波混频过程。由曼莱-罗威关系可知，在差频过程中，每湮灭一个最高频率的光子，同时要产生两个低频光子，在此过程中这两个低频获得增益，因此光学参量放大器可作为他们的放大器。如果将非线性晶体置于谐振腔中，并用强的泵浦光照射，当增益超过损耗时，在腔内可以从噪声中建立起相当强的信号光及空闲光。在光学参量振荡器中建立起来的两种频率的光波，任何一个光波都可以称为信号光或者空闲光。

42.参量振荡器的阈值：判断阈值与什么参量有关系？（P331页公式）

式中，k=

；gs为模耦合系数；l为有效参量增益长度；τ为1/e处脉冲半宽度；L=L’+(n-1)l;L’为OPO腔长；l为非线性晶体长度；n为信号输出 100μJ时（定义为阈值临界状态）腔内振荡次数；Pn为阈值处信号波能量；P0为参量量子噪声能量；a为参量光在介质中的场吸收系数；R为腔内各种损耗的总和。

43.光的干涉：用波的叠加而引起强度从新分配的现象。三个必要条件：频率相等，两束光存在相互平行的振动分量，位相差δ（P）恒定。

第四篇：常用光电子器件介绍

主要光电子器件介绍

【内容摘要】

光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，本文从几种常见的光电子器件的介绍来展示光纤通信技术的发展。

【关键词】

光纤通信光电子器件

【正文】

光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，随着人类技术的发展，其应用越来越广泛，优点也越来越突出。

将优点突出的光纤通信真正应用到人类生活中去，和很多技术一样，都需要一个发展的过程。从宏观上来看，光纤通信主要包括光纤光缆、光电子器件及光通信系统设备等三个部分，本文主要介绍几种常见的光电子器件。

1、光有源器件

1)光检测器

常见的光检测器包括：PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。目前的光检测器基本能满足了光纤传输的要求，在实际的光接收机中，光纤传来的信号及其微弱，有时只有1mW左右。为了得到较大的信号电流，人们希望灵敏度尽可能的高。

光电检测器工作时，电信号完全不延迟是不可能的，但是必须限制在一个范围之内，否则光电检测器将不能工作。随着光纤通信系统的传输速率不断提高，超高速的传输对光电检测器的响应速度的要求越来越高，对其制造技术提出了更高的要求。

由于光电检测器是在极其微弱的信号条件下工作的，而且它又处于光接收机的最前端，如果在光电变换过程中引入的噪声过大，则会使信噪比降低，影响重现原来的信号。因此，光电检测器的噪声要求很小。

另外，要求检测器的主要性能尽可能不受或者少受外界温度变化和环境变化的影响。

2)光放大器

光放大器的出现使得我们可以省去传统的长途光纤传输系统中不可缺少的光－电－光的转换过程，使得电路变得比较简单，可靠性也变高。

早在1960年激光器发明不久，人们就开始了对光放大器的研究，但是真正开始实用化的研究是在1980年以后。随着半导体激光器特性的改善，首先出现了法布里－泊罗型半导体激光放大器，接着开始了对行波式半导体激光放大器的研究。另一方面，随着光纤技术的发展，出现了光纤拉曼放大器。80年代后期，掺稀土元素的光纤放大器脱颖而出，并很快达到实用水平，应用于越洋的长途光通信系统中。

目前能用于光纤通信的光放大器主要是半导体激光放大器和掺稀土金属光纤放大器，特别是掺饵光纤放大器（EDFA）倍受青睐。1985年英国南安普顿大学首次研制成掺饵光纤，1989年以后掺饵光纤放大器的研究工作不断取得重大

突破。由于光纤放大器的问世，在1990年到1992年不到两年的时间里，光纤系统的容量竟增加了一个数量级。而在1982年到1990年的8年时间里，光纤系统的容量才只增加了一个数量级。光放大器的作用和光纤传输容量的突飞猛进，为光纤通信展现了无限广阔的发展前景。

当前光纤通信系统工作在两个低损耗窗口：1.55m波段和1.31m波段。选择不同的掺杂元素，可使放大器工作在不同窗口。

非线性的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。光纤拉曼放大器是利用光纤的非线性光学效应——受激拉曼散射效应产生的增益机理而对光信号进行放大的。其优点是传输线路与放大线路同为光纤，因此，放大器与线路的耦合损耗小，噪声较低，增益稳定性较好。但由于这种光放大器需要很大的泵浦功率（数百毫瓦）和很长的光纤（数公里）。另外，光纤拉曼放大器的特性对光纤的偏振状态十分敏感。因此，光纤拉曼放大器目前还不能用于光纤通信。

2、光无源器件

光无源器件是光纤通信系统的重要组成部分，在光纤通信向大容量、高速率发展的今天，光无源器件显得尤为重要。今年来，新材料、新工艺和新产品在不断涌现，光无源器件正面临一个迅速发展的时期。

1)光纤活动连接器

光纤（缆）活动连接器是实现光纤之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其他无源器件、光纤与有源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。在进一步提高光纤活动连接器性能的基础上，使其向小型化、集成化方向发展。

光纤活动连接器的集成化，不但增加了连接器的功能，而且更重要的是体高其它器件的密集度和可靠性，给使用者带来极大方便。

2)固定连接器

固定连接器又称固定接头或接线子，它能够把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性连接。固定接头的制作方法按其工作原理有熔接法、V形槽法、毛细管法、套管法等。

光纤熔接机正朝着两个方向发展：一是向全自动、多功能方向发展；二是向小型化、简易化方向发展。目前普遍使用的全自动光纤熔接机设备笨重，价格昂贵。今后这一机型会朝着提高精度、降低成本、尤其是增加连接芯数的方向发展。

同时，随着光纤应用领域的扩大及用户不同的需要，对光纤熔接技术的要求也逐渐趋于多样化。因此，研制小型和超小型熔接机就成为第二个发展方向。同时致力于多芯光纤熔接机和保偏光纤熔接机的研究生产。

3)光衰减器

光衰减器是光通信中发展最早的无源器件之一，目前已形成了固定式、步进可调式、连续可调式及智能型光衰减器四种系列。

目前，光衰减器的市场越来越大。由于固定光衰减器具有价格低廉、性能稳定、使用简便等优点，所以市场需求比可变光衰减器大一些。而可变光衰减器由于其灵活性，市场需求仍稳步增长。

国外的光衰减器性能已达到高性能要求，目前国外的一些光学器件公司正在不断开发各种新型光衰减器，以求获得性能更高、体积更小、价格更适宜的实用化产品。

从市场需求的角度来看，光衰减器将向着小型化、系列化、低价格的方向发展。此外，由于普通型光衰减器已相当成熟，所以今后的研究将侧重于其高性能方面。

4)无源光耦合器

光耦合器的研制、开发及应用已经历了近四十年，目前基本形成了以熔融拉锥型器件为主、波导器件逐渐发展的局面。随着光纤通信、光纤传感技术、光纤CATV、局域网、光纤用户网以及用户接入网等的迅速发展，对光耦合器的需求会进一步增大。

当前，能进行大批量生产单模光纤耦合器的方法是熔融拉锥法。但是在这种方法中，由于光纤之间的耦合系数与波长有关，所以光传输波长发生变化时，耦合系数也会发生变化，即耦合比发生变化，一般它随波长的变化率为0.2%nm。所以宽带化是耦合器的一个重要方向。

与此同时，为了适应各种光纤网络用户数量剧增的需要，一方面需要大功率的光源，另一方面在不断增加耦合器路数的同时，进一步降低附加损耗、减少器件体积，并提高使用的可靠性。

综上所述，未来的光耦合器将是宽带的、集成化的、低损耗和易接入的器件，还应根据要实现多路数、小型化等。

5)光隔离器

隔离器是一种光单向传输的非互易器件，它对正向传输光具有较低的插入损耗，而对反向传输光有很大的衰减作用。

目前，光隔离器已经产生了一系列的器件，如阵列光隔离器、小型化光隔离器，还有一些隔离器与WDM、Tap、GFF等滤波器混合的器件，这些器件都已研制成功，并批量生产。到目前为止，自由空间型、偏振相关型隔离器应用较多，主要用于有源器件的封装。

从实用的角度来看，光隔离器发展的主要方向是高性能偏振无关在线型光隔离器、高性能偏振灵敏微型光隔离器以及多功能光隔离器。

6)光开关

随着密集波分复用系统和全光通信网的使用，各结点上的信号交换直接在光域中完成，这就需要光开关。由于这些结点上进行交换的光纤和波长数量很多，所以这种光开关应当是大端口数的矩阵开关。因此，光开关的矩阵化和小型化是光开关发展的一个重要趋势。

今年来出现了能继承大规模矩阵阵列而又有良好性能的两种新型光开关，即微机械光开关（MEMS）和热光开关。

【参考文献】

[1] 穆道生主编.现代光纤通信系统.北京：科学出版社，2005.9

[2] 刘增基，周洋溢，胡辽林，周绮丽编著.光纤通信.西安：西安电子科技大学出版社，2001.8

第五篇：计算机科学与技术专业(网络方向)介绍

计算机科学与技术专业（网络方向）介绍

一、培养目标及规格

本专业培养适应社会主义建设需要的，德、智、体全面发展的，重点面向基层的，能从事计算机应用软件、硬件设计开发和应用的高级工程技术人才。

在政治思想道德方面，热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，愿为人民服务，有为国家富强、民族昌盛而奋斗的志向和责任感；具有敬业爱岗、艰苦求实、热爱劳动、遵纪守法，团结合作的品质；具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。

在业务知识和能力方面的基本要求是：

1．扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论，掌握计算机应用软、硬件设计、开发和应用等必须的基本技能。

2．了解本专业范围内科学技术的发展现状和发展趋势，具有较强的获取知识的能力和一定的分析问题、解决问题的能力。

3．掌握一门外国语，能够比较熟练地阅读本专业英文技术资料。

4．在身体素质方面,身体健康，能精力充沛地工作。

二、课程设置及教学管理

1．教学计划中设必修课、限选课、选修课和集中实践环节。

2．必修课由中央电大统一开设，执行统一教学大纲、统一教材、统一考试、统一评分标准。

3．限选课为专业必修课程，由中央电大统一课程名称，执行统一教学大纲（或教学要求），并推荐教材，尽可能提供教学服务。

4． 选修课由学生根据需要自由选择，但专科阶段已选的选修课，本科阶段不得重复选用。选修课由省电大统一开设，执行统一教学大纲、统一教材、统一考试、统一评分标准。

5．有实验和作业的课程，办学单位必须按要求组织完成。凡没做实验或实验不及格者，不能取得该门课程的学分。中央电大将对实验（含大作业）及平时作业进行必要的抽查，以确保教学质量。

6．集中实践环节由省电大根据中央电大制定的教学大纲（要求）具体组织实施。毕业设计重点培养学生综合运用所学理论知识和技能解决实际问题的能力，选题要尽量选择与现实任务相联系的题目。中央电大对毕业设计答辩情况和毕业设计说明书进行抽查。集中实践环节不得免修。

7．省电大负责组织教学，学生可根据自身情况选用现代远程开放教育中提供的文字、音像、电视直播课、CAI课件、计算机网络、电子邮件、电话答疑等各种学习媒体和手段自主学习。

三、修业年限与毕业

实行学分制，学生注册后8年内取得的学分均为有效。中央电大按三年业余学习安排教

学计划。本专业最低毕业学分为73学分。学生通过学习取得规定的毕业总学分，思想品德经鉴定符合要求，即准予毕业，并颁发国家承认的高等教育本科学历毕业证书。

四、教学计划进程表

五、课程说明

1．计算机数学基础

计算机数学基础是计算机专业重要的基础课程，它是学习专业理论课不可缺少的数学工具。本课程主要包括：数理逻辑、集合论、图论、代数系统和数值分析等内容，是一门理论性较强，应用性较广的课程。通过本课程的教学，要求学生：1）掌握离散数学的基本概念和基本原理，进一步提高抽象思维和逻辑推理的能力。2）熟悉数值计算方法的基本原理和基本方法，掌握常见的数值计算方法，提高数值计算能力。

2．面向对象程序设计

面向对象软件开发方法是吸收了软件工程领域有益的概念和有效的方法而发展起来的一种软件开发方法。它集抽象性、封装性、继承性和多态性于一体，可以帮助人们开发出模块化、数据抽象程度高的，体现信息隐蔽、可复用、易修改、易扩充等特性的程序。

本课程主要介绍面向对象程序设计的方法和C++语言的基本概念。以C++语言中的面向对象机制为主。学习者在学习过程中可以通过大量的程序实例和相关练习，逐步掌握C++的面向过程和面向对象的功能，从而掌握面向对象程序设计的基本知识和基本技能。在本课程中，作为一种编程环境，简要介绍了VISUAL C++5.0中最基本的编程工具。

3．数据结构

本课程介绍如何组织各种数据在计算机中的存储、传递和转换。内容包括：数组、链接表、栈和队列、递归、树与森林、图、堆与优先级队列、集合与搜索结构、排序、索引与散列结构等。课程采用面向对象的观点讨论数据结构技术，并以兼有面向过程和面向对象双重特色的C++语言作为算法的描述工具，强化数据结构基本知识和面向对象程序设计基本能力的双基训练。为后续计算机专业课程的学习打下坚实的基础。

4．微计算机技术(原微机接口技术)

本课程以当今主流微处理器80X86为结合点，分析它的结构特点、操作原理、指令系统以及汇编语言程序设计的基本方法。重点讲解80X86外围主要支援芯片的功能、结构、编程方法以及接口技术。在此基础上，对键盘、LED数码显示器、打印机、AD与DA转换器等基本外部设备的原理与接口技术进行讨论。此外对微计算机系统总线、先进的微处理器结构也给以介绍。通过本课程的学习和实验，使学生掌握微机接口的基本设计原理和技术。

5．信号处理原理

本课程是本专业必修的重要课程之一，目的是通过理论学习和实验使学生掌握信号处理，尤其是数字信号处理的基本原理和方法。

主要内容有：介绍信号的基本概念，以及信号的基本运算，包括信号与消息，卷积与相

关等。信号的傅里叶分析：包括周期信号的傅里叶级数分析，一般信号的傅里叶变换分析，抽样定理，离散傅里叶变换及其快速算法。拉氏变换：介绍拉普拉斯变换的基本概念、定义、性质，以及其在信号处理中的应用。离散信号的Z变换：包括Z变换基本概念和性质，离散系统的Z域分析方法(如离散系统的频率响应、稳定性、因果性等)数字滤波器的原理与设计等。简介信号处理方法的最新技术：如小波变换，时频表示等。实验：根据课程内容设计实验，使学生更加全面地掌握课程知识。

6．计算机组成原理

本课程是本专业必修的硬件课程中重要核心课程之一。基本要求是使学生掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理，学习计算机设计中的入门性知识，掌握维护、使用计算机的技能。

课程内容包括：常用的组合逻辑器件，如译码器、数据选择器、编码器、ALU原理；常用的同步时序电路，如寄存器、移位寄存器、计数器的原理、参数及使用方法；可编程逻辑阵列：ROM，PLA，PAL及门阵列的原理与使用。数字化编码，数制及数制转换，数据表示，检错纠错码；数据的算术与逻辑运算，运算器的功能、组成与设计；教学机的运算器实例。计算机指令系统综述，指令格式与寻址方式；教学计算机的指令系统与汇编语言程序设计；控制器的功能、组成与设计，教学机的控制器实例。多级结构的存储系统综述，主存储器的组成与设计，教学机的内存储器实例，CACHE存储器的运行原理，虚拟存储器的概念与实现，磁盘设备的组成与运行原理，磁盘阵列技术；光盘机的组成与运行原理，磁带机的组成与运行原理。计算机输入/输出设备与输入/输出系统综述，显示器设备，针式打印机设备，激光印字机设备；计算机总线的功能与组成，输入/输出系统的功能与组成；教学机的总线与输入/输出系统实例。几种常用的输入/输出方式，中断与DMA的请求、响应和处理。

7．计算机网络

计算机网络是本专业的一门必修专业课。

本课程主要内容包括:计算机网络基本原理，计算机网络体系结构，局域网和广域网一般特性，典型网络的结构特点及具体实现，计算机网络应用。

通过本课程的学习，要求学生了解计算机网络涉及的术语、概念及新技术，掌握典型计算机网络结构及实现技术。

8．计算机操作系统

计算机操作系统是本专业的重要课程之一，通过学习使学生掌握计算机操作系统的设计基本原理及组成；计算机操作系统的基本概念和相关的新概念、名词及术语；了解计算机操 作系统的发展特点和设计技巧和方法；对常用计算机操作系统（Dos、Windows和UNIX或linu x）会进行基本的操作使用。

具体内容有：操作系统概念：操作系统定义及发展、五大类型五大功能、操作系统属性、“生成”概念。（人机交互）界面管理：人机交互的特点；第一、二、三代界面；基本的 键盘命令和系统调用；作业调度算法。文件管理：文件的结构与分类；物理结构和逻辑结构；目录结构；存取控制和安全机制；文件系统。存储管理：分区、分页、分段管理；物理地址与逻辑地址；“扩充”技术；分配算法。输入输出设备管理：功能与分类；独享、共享、虚拟设备的管理；管理策略。处理机管理：操作系统核心功能；“进程”概念；并发与并行；进程的基本状态与转换；进程调度算法；同步与互斥；P-V操作；死锁概念。操作系统程序结构：层次、模块结构；设计与检测。

9．软件工程

软件工程是本专业一门重要的专业课，它对于培养学生的软件素质，提高学生的软件开发能力与软件项目管理能力具有重要的意义。

课程的主要内容有：介绍软件的基本概念和软件工程的目标，通过对传统的面向过程的软件开发方法和面向对象的软件开发方法的介绍，使学生掌握开发高质量软件的方法；通过对软件开发过程和过程管理技术的学习，使学生了解如何进行软件度量和管理，怎样进行质量保证活动，从而能够有效地策划和管理软件开发活动。

10．软件开发工具与环境

软件开发工具与环境是支持软件开发的一些工具软件的集成系统，是协助开发人员进行需求分析、设计和程序编制、测试的有效手段。本课程的主要目的是从实用角度出发，教授学生如何使用当前最流行的软件开发工具，掌握典型的软件开发工具环境的基本原理和基本功能，提高使用这类软件工具进行软件开发的能力。

11．数据库系统概论

该课程主要讨论数据库系统的基本概念，基本原理，基本方法以及有关的应用。内容主要包括：数据库系统的组成、关系数据库、数据库设计以及数据保护等，同时讲解一种重要的数据库系统的应用。要求学生通过本课程的学习了解有关数据库系统的基本概念，掌握相关的知识，初步掌握数据库设计方法，并能用数据库系统建立数据库及简单的应用。

12．多媒体技术基础及应用

多媒体技术基础及其应用课程从研究、开发和应用角度出发，综合讲述多媒体计算机的基本原理、关键技术及其开发应用。

主要内容包括：多媒体技术现状及其发展趋势、视频和音频获取技术、多媒体数据压缩编码技术、多媒体计算机硬件和软件系统结构、多媒体数据库与基于内容检索、多媒体著作工具与同步方法以及多媒体通讯和分布式多媒体系统。

13．计算机系统结构

本课程通过具体介绍指令系统、存储系统、输入输出系统、流水线和并行处理技术，使学生能够较全面地掌握计算机系统结构的基本概念100、基本原理、基本结构和基本分析方

法。具体内容为：计算机系统结构基本概念，包括计算机系统的层次结构、系统结构定义、分类、设计技术、评价标准和系统结构的发展；指令集的系统结构，包括CISC指令系统和RI SC指令系统；存储系统原理、虚拟存储器和CACHE存储器；标量处理机、包括流水线、超标量处理机、超流水线处理机和超标量超流水线处理机；并行处理技术、包括向量处理机、互连网络、SIMD计算机和多处理机。

14．管理信息系统

管理信息系统是计算机应用在管理领域的一门实用技术。它综合运用了管理科学、数学和计算机应用的原理和方法，在符合软件工程规范的原则下，形成了自身完整的理论和方法学体系。

本课程的主要内容有：管理信息系统的概念与结构、建立管理信息系统的基础、管理信息系统开发方法学、管理信息系统开发过程各阶段的任务与技术、管理信息系统开发环境与工具以及管理信息系统的进展等。