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1、第第11章光电技术的新发展章光电技术的新发展学习目的与要求学习目的与要求本章主要学习光电技术的新发展，包括泵浦本章主要学习光电技术的新发展，包括泵浦探测技术、频率上转换光电探测技术及光电探测技术、频率上转换光电探测技术及光电探测技术的发展趋势。探测技术的发展趋势。本章要求了解目前发展有哪几种新技术及相本章要求了解目前发展有哪几种新技术及相关原理术语等。关原理术语等。考核知识点与考核目标考核知识点与考核目标（一）本章重点（一）本章重点识记：太赫兹信号波长、频率范围。识记：太赫兹信号波长、频率范围。领会：泵浦探测技术中光电导采样过程。领会：泵浦探测技术中光电导采样过程。应用：分析电光太赫兹扫描照相
2、机的测量原理。应用：分析电光太赫兹扫描照相机的测量原理。（二）本章次重点（二）本章次重点识记；获得蓝色激光输出的几种方法。识记；获得蓝色激光输出的几种方法。领会：频率上转换光电探测技术中上转换现象、上转领会：频率上转换光电探测技术中上转换现象、上转换原理。换原理。应用：蓝色荧光光谱分析。应用：蓝色荧光光谱分析。考核知识点与考核目标考核知识点与考核目标（三）本章一般（三）本章一般识记：光电技术的发展趋势光电材料与器件。识记：光电技术的发展趋势光电材料与器件。领会：量子阱与超晶体材料与器件、垂直腔面发射领会：量子阱与超晶体材料与器件、垂直腔面发射激光器、半导体量子点的实验研究、光子晶体研究激光器、
3、半导体量子点的实验研究、光子晶体研究的进展、有机发光材料与器件、固体激光器、纳米的进展、有机发光材料与器件、固体激光器、纳米技术、光通信。技术、光通信。应用：光电技术的应用（光电技术在军事上的应用应用：光电技术的应用（光电技术在军事上的应用及发展趋势、光电技术在航天方面的应用及发展趋及发展趋势、光电技术在航天方面的应用及发展趋势、光电技术在生物医学上的应用及发展趋势光电势、光电技术在生物医学上的应用及发展趋势光电技术在环境保护上的应用及发展趋势、电技术在工技术在环境保护上的应用及发展趋势、电技术在工业上的应用及发展趋势、其他应用）、世界光电子业上的应用及发展趋势、其他应用）、世界光电子技术发展
4、趋势分析。技术发展趋势分析。第第11章光电技术的新发展章光电技术的新发展11.1泵浦探测技术泵浦探测技术11.2频率上转换光电探测技术频率上转换光电探测技术11.3光电技术的发展趋势光电技术的发展趋势11.1泵浦探测技术泵浦探测技术1.太赫兹太赫兹：1THz=1012Hz太赫兹信号波长及频率范围太赫兹信号波长及频率范围 太赫兹辐射是波长为太赫兹辐射是波长为3m3mm，频率为，频率为0.110THz的电磁辐射。的电磁辐射。2.泵浦探测技术中光电导采样过程泵浦探测技术中光电导采样过程 光电导采样测量原理光电导采样测量原理：探测飞秒激光脉冲在光导层：探测飞秒激光脉冲在光导层中产生自由载流子，用泵浦得
5、到的太赫兹辐射电场中产生自由载流子，用泵浦得到的太赫兹辐射电场驱动载流子产生光电流，通过探测光电流来探测太驱动载流子产生光电流，通过探测光电流来探测太赫兹辐射。赫兹辐射。光电导采样过程光电导采样过程：一个与太赫兹脉冲有确定时间关：一个与太赫兹脉冲有确定时间关系的取样脉冲，在光导层中产生自由载流子，当它系的取样脉冲，在光导层中产生自由载流子，当它与自由空间中传播的太赫兹辐射场同时到达时，即与自由空间中传播的太赫兹辐射场同时到达时，即可驱动这些载流子产生正比于太赫兹瞬间电场的电可驱动这些载流子产生正比于太赫兹瞬间电场的电流。记录采样脉冲和太赫兹脉冲在不同时间延迟下流。记录采样脉冲和太赫兹脉冲在不同
6、时间延迟下产生的光电流，即可获得太赫兹脉冲电场的时间波产生的光电流，即可获得太赫兹脉冲电场的时间波形。光探测脉冲的持续时间远远小于太赫兹脉冲，形。光探测脉冲的持续时间远远小于太赫兹脉冲，所以通过改变两光脉冲的时间延迟采样出时间轴上所以通过改变两光脉冲的时间延迟采样出时间轴上太赫兹波形。探测的太赫兹信号是入射太赫兹波形太赫兹波形。探测的太赫兹信号是入射太赫兹波形与光电导天线响应的卷积。与光电导天线响应的卷积。3.电光太赫兹扫描照相机的测量原理电光太赫兹扫描照相机的测量原理 电光采样测量原理电光采样测量原理：太赫兹电场调制探测晶体的双折射，进：太赫兹电场调制探测晶体的双折射，进而调制通过该晶体的探
7、测光束的偏振方向，通过测量探测光而调制通过该晶体的探测光束的偏振方向，通过测量探测光束的偏振变化，可获得施加电场束的偏振变化，可获得施加电场(太赫兹场太赫兹场)的振幅和位相信的振幅和位相信息。息。电光太赫兹扫描照相机的测量原理图电光太赫兹扫描照相机的测量原理图电光太赫兹扫描照相机的测量原理电光太赫兹扫描照相机的测量原理太赫兹脉冲太赫兹脉冲(泵浦获得的脉冲泵浦获得的脉冲)和线偏振飞秒探测脉冲共线穿和线偏振飞秒探测脉冲共线穿过过EO(ZnTe)晶体，经过晶体，经过Pockels效应探测脉冲的偏振方向受效应探测脉冲的偏振方向受到太赫兹脉冲电场的调制，并由检偏器将偏振方向调制转化到太赫兹脉冲电场的调制
8、，并由检偏器将偏振方向调制转化为强度调制。太赫兹调制的飞秒光探测脉冲照射到扫描电子为强度调制。太赫兹调制的飞秒光探测脉冲照射到扫描电子管的光电阴极，产生光电子，这些光电子朝向微通道板加速。管的光电阴极，产生光电子，这些光电子朝向微通道板加速。同时，在扫描电极提供的恰当的同步静电压下，光电子沿同时，在扫描电极提供的恰当的同步静电压下，光电子沿x方向偏转。因此，不同时间产生的电子会射到方向偏转。因此，不同时间产生的电子会射到MCP的不同位的不同位置。电子穿过置。电子穿过MCP后经过几千次放大，然后在荧光屏上生成后经过几千次放大，然后在荧光屏上生成可见的成像轨迹。荧光屏的图像通过可见的成像轨迹。荧光
9、屏的图像通过CCD摄像机输入到计算摄像机输入到计算机。机。第第11章光电技术的新发展章光电技术的新发展11.1泵浦探测技术泵浦探测技术11.2频率上转换光电探测技术频率上转换光电探测技术11.3光电技术的发展趋势光电技术的发展趋势11.2频率上转换光电探测技术频率上转换光电探测技术1.获得蓝色激光输出的三种方法获得蓝色激光输出的三种方法(1)利用利用宽禁带半导体材料宽禁带半导体材料直接制作蓝光波段的半导体直接制作蓝光波段的半导体激光器；激光器；(2)利用利用非线性频率变换技术非线性频率变换技术对固体激光器进行对固体激光器进行倍频倍频；(3)利用利用上转换技术上转换技术在掺稀土的晶体、玻璃或光纤
10、中实在掺稀土的晶体、玻璃或光纤中实现蓝激光输出。现蓝激光输出。2.频率上转换光电探测技术中上转换现象频率上转换光电探测技术中上转换现象用红外光来激发一种材料用红外光来激发一种材料,材料吸收双光子或多光子材料吸收双光子或多光子,产生产生可见光。产生的可见光的光子能量高于激发光的光子能量可见光。产生的可见光的光子能量高于激发光的光子能量,这一现象称为上转换现象。这一现象称为上转换现象。3.上转换原理上转换原理在通常的激光器中，泵浦光子的能量比激光光子能量高，激在通常的激光器中，泵浦光子的能量比激光光子能量高，激活离子吸收一个泵浦光子即足以被激发到上激光能级。活离子吸收一个泵浦光子即足以被激发到上激
11、光能级。对上转换激光器而言，对上转换激光器而言，要使激活离子被激发到上激光能级，要使激活离子被激发到上激光能级，需要不止一个光子才能提供足够的能量需要不止一个光子才能提供足够的能量。上转换过程分为三种上转换过程分为三种(1)激发态吸收激发态吸收(ESA)一个基态离子顺序吸收两个光子能引起上转换激发。第一个光一个基态离子顺序吸收两个光子能引起上转换激发。第一个光子使亚稳态的光子数增加，第二个光子通过激发态吸收把亚稳子使亚稳态的光子数增加，第二个光子通过激发态吸收把亚稳态离子泵浦到上激发能级，当足够多的离子被激发到亚稳态时，态离子泵浦到上激发能级，当足够多的离子被激发到亚稳态时，就由可能造成上激光
12、能级对基态的粒子数反转，实现上转换跃就由可能造成上激光能级对基态的粒子数反转，实现上转换跃迁。迁。(2)能量转移能量转移(ET)两个能量接近的临近离子通过非辐射耦合，结果一个回到基态，两个能量接近的临近离子通过非辐射耦合，结果一个回到基态，另一个被激发到上能级。在多数情况下，这些交叉驰豫过程建另一个被激发到上能级。在多数情况下，这些交叉驰豫过程建立在电偶极子之间的相互作用的基础上。为了弥补施主和受主立在电偶极子之间的相互作用的基础上。为了弥补施主和受主离子能量的失配，声子参与了这些能量转移的过程。离子能量的失配，声子参与了这些能量转移的过程。(3)雪崩吸收或光子雪崩过程雪崩吸收或光子雪崩过程它
13、涉及泵浦光的激发态吸收，以及离子间的交叉驰豫。它涉及泵浦光的激发态吸收，以及离子间的交叉驰豫。第第11章光电技术的新发展章光电技术的新发展11.1泵浦探测技术泵浦探测技术11.2频率上转换光电探测技术频率上转换光电探测技术11.3光电技术的发展趋势光电技术的发展趋势11.3光电技术的发展趋势光电技术的发展趋势光电技术的若干发展光电技术的若干发展光电技术的应用光电技术的应用世界光电子技术发展趋势世界光电子技术发展趋势11.3光电技术的发展趋势光电技术的发展趋势略，课后阅读略，课后阅读第第11章光电技术的新发展章光电技术的新发展11.1泵浦探测技术泵浦探测技术11.2频率上转换光电探测技术频率上转换光电探测技术11.3光电技术的发展趋势光电技术的发展趋势The End!