光電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗

前言

　　在20世紀，現(xiàn)代光學與電子學的結(jié)合產(chǎn)生和建立了光電子學，并取得輝煌成就，在信息、能源、材料、航天、生命、環(huán)境等軍事和民用科技領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。近年來，以光電子學為基礎(chǔ)發(fā)展起來的光電子技術(shù)成為標志性高新技術(shù)，光電子產(chǎn)業(yè)成為光電信息領(lǐng)域的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)外建立了多個大規(guī)模光電子企業(yè)和光谷園區(qū)，光電子技術(shù)的強勁發(fā)展對相應(yīng)人才的需求猛增。正是在這樣的背景下，各大學的許多專業(yè)，例如應(yīng)用物理學、光信息科學與技術(shù)、電子與通信工程、電子信息工程和計算機應(yīng)用等，紛紛開設(shè)了光電子技術(shù)方面的專業(yè)課程，以培養(yǎng)具有光電信息專業(yè)知識的人才，培養(yǎng)我國光電信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的后備力量。　　為滿足社會對于既具有光電子學基本理論知識、又掌握相關(guān)實用技術(shù)的人才的需求，也為了幫助相關(guān)專業(yè)的學生將所學專業(yè)基礎(chǔ)知識與今后從事實際工作所需的基本技能有效地銜接，編者結(jié)合自身教授光纖通信和光電子技術(shù)的理論課程與實驗課程的經(jīng)驗編寫了本書。光電子技術(shù)是一門橫跨多個學科門類和工程領(lǐng)域的綜合性高新技術(shù)，涉及內(nèi)容非常廣泛。本書是在總結(jié)光纖通信技術(shù)與集成光學器件微納加工的實驗知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合當前實驗室設(shè)備條件編寫的一本實驗指導(dǎo)用書?！　”緯婕肮怆娮蛹夹g(shù)實驗的有關(guān)內(nèi)容，主要分為光纖光學實驗和導(dǎo)波光學實驗兩大部分。第一部分從光纖光學的基礎(chǔ)知識出發(fā)，介紹了光纖通信等系統(tǒng)應(yīng)用中需要掌握的主要技術(shù)環(huán)節(jié)，目的是使學生掌握光纖的基本特性、光纖器件的基本特性及其應(yīng)用技術(shù)，熟悉現(xiàn)代光纖信息處理的基本方法，培養(yǎng)學生正確應(yīng)用光纖器件與設(shè)備解決實際問題的能力。這部分共設(shè)二十二個專題實驗，涵蓋光纖切割與熔接、光纖與光源的耦合和光纖特性測量與分析、常用有源和無源光器件的性能參數(shù)測量、光收發(fā)模塊、光纖波分復(fù)用技術(shù)、摻鉺光纖放大、光纖光柵傳感以及無線光通信等方面的基礎(chǔ)實驗。第二部分從介質(zhì)光波導(dǎo)的基礎(chǔ)知識出發(fā)，介紹了制備介質(zhì)光波導(dǎo)器件需要掌握的基本技術(shù)環(huán)節(jié)，目的是訓(xùn)練學生掌握現(xiàn)代加工和測試的實驗平臺，熟悉微光學器件的模擬設(shè)計、加工和測試的基本方法，培養(yǎng)學生從事光學工程研究和技術(shù)開發(fā)的實驗技能。這部分共設(shè)置十一個專題實驗，包括硅基襯底處理工藝和微細光刻技術(shù)與工藝，金屬膜層真空蒸鍍法制備、聚合物薄膜平板波導(dǎo)和條形波導(dǎo)的制備工藝及其特性測量的實驗內(nèi)容?！　”緯芍茯E教授主編，參加編寫工作的有諸躍進、徐丙振、張玲芬、姚紅兵、高永鋒、黃水平、顏飛彪、蔣文曉和張飛雁等。江蘇大學機械工程學院光信息科學與技術(shù)系的陳明陽、許孝芳、佟艷群和祝遠鋒，寧波大學理學院物理系光學專業(yè)的研究生任海東、王振永、陽明仰、林豪、顏承恩、張琪、束磊和陳金平等也為本書的編寫提供了種種幫助。本書經(jīng)過江蘇大學光信息科學與技術(shù)系和寧波大學物理系師生的多次試用和修改。對有關(guān)老師和同學的幫助一并表示感謝。　　本書的編寫工作得到寧波大學教務(wù)處、寧波大學研究生院和江蘇大學教務(wù)處的支持，得到中央與地方共建高等學校專項“光電子科學與技術(shù)實驗室”建設(shè)項目、浙江省“非線性科學與技術(shù)”重中之重學科項目和寧波市“應(yīng)用物理”重點專業(yè)建設(shè)項目的支持，也得到上海交通大學曹莊琪教授的支持，在此表示衷心的感謝?！　∮捎诰幷咚接邢蓿瑫胁煌字幵谒y免，殷切希望廣大讀者批評指正。　　編者

內(nèi)容概要

　　本書內(nèi)容分為兩大部分，第一部分是光纖光學實驗，第二部分是導(dǎo)波光學實驗。第一部分從光纖光學的基礎(chǔ)知識出發(fā)，介紹了光纖通信等系統(tǒng)應(yīng)用中需要掌握的主要技術(shù)環(huán)節(jié)，包括光纖的切割與熔接、光纖與光源的耦合和光纖基本特性的測量與分析，常用有源和無源光器件的性能參數(shù)測量，光纖的波分復(fù)用技術(shù)、摻鉺光纖放大以及光纖光柵傳感等方面的基礎(chǔ)實驗。第二部分從介質(zhì)光波導(dǎo)的基礎(chǔ)知識出發(fā)，介紹了制備介質(zhì)光波導(dǎo)器件需要掌握的基本技術(shù)環(huán)節(jié)，包括硅基襯底處理工藝和微細光刻技術(shù)與工藝，聚合物薄膜平板波導(dǎo)和條形波導(dǎo)的制備工藝及其特性測量的實驗內(nèi)容。
　　本書適合作為應(yīng)用物理學、光信息科學與技術(shù)、測試計量技術(shù)專業(yè)、電子與通信工程、電子信息工程和計算機應(yīng)用等專業(yè)作為光纖通信課程的實驗指導(dǎo)書，可作為光學、光學工程或儀器科學相關(guān)專業(yè)碩士生的現(xiàn)代光學實驗和光電子學實驗教材或參考書。

書籍目錄

緒論
第一部分光纖光學實驗
　實驗一光纖的基本特性演示
　　【實驗原理】光纖結(jié)構(gòu)與光傳播原理
　　　1.光纖的結(jié)構(gòu)
　　　2.光纖的種類與光傳播模式
　　【實驗內(nèi)容】光纖光場傳播實驗操作
　　　1.觀察光纖（波導(dǎo)）內(nèi)的光場傳播
　　　2.觀察光纖基模場的遠場分布
　　　3.觀察光纖輸出的近場和遠場圖案
　實驗二光纖切割與熔接實驗
　　【實驗原理】光纖切割與熔接實驗原理
　　　1.光纖切割
　　　2.光纖熔接
　　【實驗內(nèi)容】光纖切割與熔接實驗操作
　　　1.光纖切割
　　　2.光纖端面檢查
　　　3.光纖熔接
　實驗三光纖與光源的耦合實驗
　　【實驗原理】光纖與光源耦合實驗原理
　　【實驗內(nèi)容】光纖與光源耦合實驗操作
　　　1.直接耦合
　　　2.透鏡耦合
　實驗四光纖數(shù)值孔徑的測量
　　【實驗原理】光纖數(shù)值孔徑實驗原理
　　　1.光纖數(shù)值孔徑
　　　2.光纖數(shù)值孔徑的計算
　　【實驗內(nèi)容】測量光纖數(shù)值孔徑
　實驗五光纖傳輸損耗特性及測量實驗
　　【實驗原理】光纖傳輸損耗測量實驗原理
　　　1.光纖產(chǎn)生損耗的原因
　　　2.光纖傳輸損耗的含義和表示方法
　　　3.光纖傳輸損耗的測量方法
　　【實驗內(nèi)容】光纖的傳輸損耗測量的實驗操作
　　　1.用截斷法測量光纖的傳輸損耗
　　　2.考察光纖的彎曲損耗
　實驗六光纖偏振狀態(tài)的控制
　　【實驗原理】光纖偏振控制原理
　　【實驗內(nèi)容】光纖偏振控制
　　　1.實驗裝置
　　　2.實驗步驟
　　　附件光纖偏振控制器的使用
　　　1. MPC.1.1三環(huán)型機械式光纖偏振控制器
　　　2. F.POL.IL擠壓型光纖偏振控制器
　實驗七光纖偏振特性的測量
　　【實驗原理】光纖偏振特性測量原理
　　　1.光纖的傳輸模式和偏振特性
　　　2.光纖偏振特性的測量
　　【實驗內(nèi)容】測量光纖偏振特性
　　　1.實驗裝置
　　　2.實驗步驟
　實驗八光纖連接器的性能參數(shù)測量
　　【實驗原理】光纖連接器的工作原理與性能指標
　　　1.光纖連接器簡介
　　　2.光纖連接器的對接
　　　3.光纖連接器的主要性能和指標
　　【實驗內(nèi)容】光纖連接器性能測試
　實驗九光纖分束器的性能參數(shù)測量
　　【實驗原理】光纖分束器工作原理及特性參數(shù)
　　　1.光纖分束器及其用途
　　　2.光纖分束器主要特性參數(shù)
　　【實驗內(nèi)容】光纖分束器性能測試
　實驗十光纖耦合器的性能參數(shù)測量
　　【實驗原理】光纖耦合器的工作原理和性能指標
　　　1.光纖耦合器介紹
　　　2.光纖耦合器的制作
　　　3.光纖耦合器的主要性能和指標
　　【實驗內(nèi)容】光纖耦合器的性能測試
　實驗十一可調(diào)光衰減器的性能參數(shù)測量
　　【實驗原理】光衰減器的工作原理
　　　1.光衰減器簡介
　　　2.固定光衰減器
　　　3.可調(diào)光衰減器
　　【實驗內(nèi)容】可調(diào)光衰減器性能測試
　實驗十二光隔離器的性能參數(shù)測量
　　【實驗原理】光隔離器的工作原理及性能指標
　　　1.光隔離器及其分類介紹
　　　2.光隔離器原理
　　　3.光隔離器的主要性能和指標
　　【實驗內(nèi)容】光隔離器性能測試
　實驗十三光纖光開關(guān)的性能參數(shù)測量
　　【實驗原理】光開關(guān)的工作原理及性能指標
　　　1.光開關(guān)簡介
　　　2.光開關(guān)的種類
　　　3.光開關(guān)的特性參數(shù)
　　【實驗內(nèi)容】光開關(guān)性能測試
　實驗十四光發(fā)射/接收機的性能指標測量
　　【實驗原理】光發(fā)射/接收機的工作原理與性能指標
　　　1.光發(fā)射機工作原理
　　　2.光發(fā)射機的性能指標
　　　3.光接收機工作原理
　　　4.光接收機的性能指標
　　【實驗內(nèi)容】光發(fā)射/接收機性能測試
　　　1.光發(fā)射機消光比的測量
　　　2.光接收機靈敏度的測量
　實驗十五波分復(fù)用系統(tǒng)原理性實驗
　　【實驗原理】光波分復(fù)用技術(shù)原理
　　　1.光波分復(fù)用技術(shù)簡介
　　　2.光波分復(fù)用系統(tǒng)原理
　　【實驗內(nèi)容】光波分復(fù)用實驗
　實驗十六摻鉺光纖放大器原理性實驗
　　【實驗原理】光纖放大器的實驗原理
　　　1.光纖放大器的種類與用途
　　　2. EDFA的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
　　　3. EDFA的分類
　　　4. EDFA的主要特性
　　【實驗內(nèi)容】摻鉺光纖放大器性能測試
　實驗十七開路音頻模擬信號傳輸實驗
　　【實驗原理】無線光通信實驗原理
　　　1.無線光通信系統(tǒng)的構(gòu)成
　　　2.無線光通信系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢
　　　3.無線光通信系統(tǒng)存在的問題
　　　4. FSO研究的發(fā)展趨勢
　　【實驗內(nèi)容】開路音頻模擬信號傳輸實驗
　實驗十八馬赫.曾德爾光纖干涉實驗
　　【實驗原理】馬赫.曾德爾光纖干涉儀工作原理
　　　1.馬赫.曾德爾干涉原理
　　　2.馬赫.曾德爾光纖干涉儀
　　【實驗內(nèi)容】馬赫.曾德爾光纖干涉實驗
　實驗十九溫度和應(yīng)力測量光纖傳感實驗
　　【實驗原理】光纖傳感器實驗原理
　　　1.傳感的意義及光纖傳感技術(shù)
　　　2.光纖傳感器的原理及分類
　　　3.相位型光纖傳感器
　　【實驗內(nèi)容】溫度與應(yīng)力測量
　　　1.實驗光路
　　　2.溫度測量
　　　3.應(yīng)力測量
　實驗二十布喇格光纖光柵傳感實驗
　　【實驗原理】布喇格光纖光柵傳感原理
　　　1.光纖光柵及其基本特性
　　　2.光纖光柵傳感的基本原理
　　　3.光纖光柵傳感測量系統(tǒng)的工作過程
　　【實驗內(nèi)容】布喇格光纖光柵傳感實驗
　　　1.實驗測量系統(tǒng)
　　　2.光纖光柵溫度傳感實驗
　　　3.光纖光柵應(yīng)變傳感實驗
　實驗二十一錐形光纖的制作及其傳感實驗
　　【實驗原理】錐形光纖制作方法與傳感實驗原理
　　　1.實驗意義
　　　2.錐形光纖制作方法
　　　3.錐形光纖Mach.Zehnder干涉?zhèn)鞲性?br />　　【實驗內(nèi)容】錐形光纖制作與傳感實驗
　　　1.錐形光纖制作
　　　2.錐形光纖Mach.Zehnder干涉?zhèn)鞲袦y量
　實驗二十二長周期光纖光柵的制作及傳感實驗
　　【實驗原理】長周期光纖光柵的特性及傳感原理
　　　1.長周期光纖光柵及其基本特性
　　　2.長周期光纖光柵傳感的基本原理
　　【實驗內(nèi)容】長周期光纖光柵的制作與傳感實驗
　　　1.長周期光纖光柵的制作方法與步驟
　　　2.長周期光纖光柵的折射率傳感實驗
第二部分導(dǎo)波光學實驗
　實驗一硅基襯底涂覆制作聚合物薄膜
　　【實驗原理】勻膠機的工作原理
　　【實驗內(nèi)容】勻膠機的使用
　　　1.熟悉勻膠機的結(jié)構(gòu)
　　　2.樣品溶液的制作
　　　3.襯底片的制作
　　　4.襯底片的清洗和烘干
　　　5.勻膠
　　　6.烘片
　　　7.注意事項
　實驗二二氧化硅薄膜的熱氧化生長實驗
　　【實驗原理】二氧化硅薄膜的性質(zhì)及熱氧化生長原理
　　　1.二氧化硅薄膜的性質(zhì)
　　　2.二氧化硅薄膜的熱氧化生長原理
　　【實驗內(nèi)容】二氧化硅薄膜熱氧化的生長
　　　1.熟悉熱氧化裝置的組成
　　　2.熱氧化裝置的使用方法
　　　3.襯底硅片的制作
　　　4.二氧化硅薄膜樣品的制備
　　　5.注意事項
　實驗三光纖頻譜儀測量薄膜厚度
　　【實驗原理】OSM.400UV/VIS光譜儀簡介
　　【實驗內(nèi)容】薄膜厚度測試
　　　1.系統(tǒng)連接
　　　2.軟件安裝
　　　3.運行薄膜厚度測量軟件和設(shè)定軟件參數(shù)
　　　4.測量標定
　　　5.薄膜厚度計算
　實驗四平板波導(dǎo)制備與膜層參數(shù)測量
　　【實驗原理】介質(zhì)平板波導(dǎo)理論與棱鏡耦合原理
　　　1.介質(zhì)平板波導(dǎo)理論
　　　2.棱鏡耦合原理
　　【實驗內(nèi)容】平板波導(dǎo)的制備與參數(shù)測量
　　　1.熱氧化法制備二氧化硅薄膜
　　　2.旋涂法制備聚合物波導(dǎo)層
　　　3.導(dǎo)波層厚度與折射率的測量
　實驗五平板波導(dǎo)傳輸損耗的測量
　　【實驗原理】波導(dǎo)傳輸損耗測量的原理
　　　1.介質(zhì)波導(dǎo)傳輸損耗的機理
　　　2.測量原理
　　　3.傳輸損耗的計算
　　【實驗內(nèi)容】測量波導(dǎo)傳輸損耗
　實驗六微細光刻技術(shù)與工藝實驗
　　【實驗原理】光刻技術(shù)原理
　　【實驗內(nèi)容】紫外光刻機的使用
　　　1.熟悉URE.2000/17型紫外光刻機的結(jié)構(gòu)
　　　2.光刻機的操作步驟
　　　3.光刻工藝流程
　實驗七聚合物條形波導(dǎo)制備實驗
　　【實驗原理】條形介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與等離子體刻蝕原理
　　　1.條形介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)
　　　2.等離子體刻蝕原理
　　【實驗內(nèi)容】聚合物條形波導(dǎo)的制備
　　　1.熱氧化法制備二氧化硅薄膜
　　　2.旋涂法制備聚合物波導(dǎo)層
　　　3.條形波導(dǎo)圖形光刻
　　　4.條形波導(dǎo)的制備
　　　5.條形波導(dǎo)制備整套流程示意圖
　　　6.條形波導(dǎo)制備質(zhì)量的檢查
　實驗八真空蒸鍍法制備金屬膜層
　　【實驗原理】真空鍍膜技術(shù)原理
　　【實驗內(nèi)容】真空鍍膜臺的使用
　　　1.熟悉DM220型真空鍍膜臺的結(jié)構(gòu)
　　　2.高真空鍍膜臺的操作步驟
　　　3.鍍膜工藝流程
　實驗九離子交換法制備玻璃條形波導(dǎo)
　　【實驗原理】離子交換技術(shù)
　　【實驗內(nèi)容】玻璃波導(dǎo)的制備
　　　1.玻璃片的制作
　　　2.玻璃片的清洗和烘干
　　　3.坩堝的清洗和烘干
　　　4.硝酸鈉和硝酸銀熔融液樣品的配置
　　　5.熔融液樣品預(yù)熱
　　　6.離子交換
　　　7.蒸鍍金屬膜層
　　　8.光刻條形波導(dǎo)圖形
　　　9.濕法刻蝕鉻金屬膜層
　　　10.干法刻蝕條形波導(dǎo)
　　　11.波導(dǎo)樣品清洗
　實驗十條形波導(dǎo)的模式特性測量
　　【實驗原理】馬卡提里方法與波導(dǎo)模場分布
　　【實驗內(nèi)容】條形波導(dǎo)模式特性的測試
　　　1.測量裝置
　　　2.操作步驟
　　　3.導(dǎo)模特性分析
　實驗十一條形波導(dǎo)傳輸損耗的測量
　　【實驗原理】條形波導(dǎo)傳輸損耗的測量方法
　　　1.截斷法
　　　2.光纖掃描法和數(shù)字成像法
　　【實驗內(nèi)容】條形波導(dǎo)傳輸損耗的測量
　　　1.測量裝置
　　　2.測量步驟
　　　3.光纖掃描法的測量數(shù)據(jù)處理
　　　4.數(shù)字成像法的測量數(shù)據(jù)處理
　實驗十二有機化合物的拉曼光譜檢測
　　【實驗原理】光散射現(xiàn)象與拉曼散射原理
　　【實驗內(nèi)容】拉曼光譜測試
　　　1.拉曼光譜測試實驗光路
　　　2. BWS415i型拉曼光譜儀
　　　3.酒精溶液的拉曼光譜測量
附錄1常用物理常數(shù)、單位及換算關(guān)系
附錄2實驗室安全常識
參考文獻

編輯推薦

　　《光電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》適合作為應(yīng)用物理學、光信息科學與技術(shù)、測試計量技術(shù)專業(yè)、電子與通信工程、電子信息工程和計算機應(yīng)用等專業(yè)作為光纖通信課程的實驗指導(dǎo)書，可作為光學、光學工程或儀器科學相關(guān)專業(yè)碩士生的現(xiàn)代光學實驗和光電子學實驗教材或參考書。

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