光子学：信号传输与介质光学原理

"光子学，或称photonics，是一门涵盖光的生成、发射、传输、调制、信号处理、开关、放大和检测/传感的科学。它研究光在从紫外到近红外、中红外和远红外整个光谱范围内的所有技术应用。尽管如此，大部分实际应用集中在可见光和近红外光区域。这一术语源于20世纪60年代初期首次实用半导体光源的发明以及70年代发展起来的光纤技术。 在本篇内容中，我们深入讨论了固态光学的第二讲——光在分散介质中的性质。信号在分散介质中的传播速度是关键概念，这里提到了组速（group velocity，vg），它与光波的实际信号传播速度密切相关。在远离共振区，如透明的石英玻璃在正常色散区（dn/dλ < 0，即n > ng），光的群速度vg小于光速c（vg = c/n）。在信号传输应用中，通常选择这个波长范围，因为这里的vg代表波包的传输速度，这对于通信和信息传递至关重要。 组速度本身随波长λ变化的现象被称为群速度色散（GVD），由公式给出。这意味着即使在波长变化时，vg也会有所改变，这可能导致信号在不同频率成分上的传播时间不一致，对光通信系统的设计带来挑战，特别是对于高速数据传输和精密同步来说。了解和控制GVD对于优化光纤通信系统的性能，如减少信号畸变和提高信号质量，是现代光电子学的重要课题。 参考文献包括《光电子器件》中的章节，以及Fowles的《现代光学入门》第六章，这些都是深入研究光子学理论和应用的基础。 Saleh & Teich的著作也在第五章和第六章详细探讨了这些主题。光子学是一个多学科交叉领域，其理论和实践在电信、激光技术、光纤通信以及新兴的量子信息等领域发挥着核心作用。"