本科级光电子材料与设备教程第二版：简介与关键知识点

《光学电子学第二版》是一本针对本科阶段半学期或一学期课程设计的教材，适用于电气工程、工程物理以及材料科学与工程等领域的三年级或四年级学生。它既适合初学者，也可作为研究生入门教材。课程内容不依赖于麦克斯韦方程组，因为学生们通常在课程之前已经学习过基础物理，包括量子力学基础知识和几何光学、干涉和衍射等概念，但可能未深入探讨菲涅尔方程和群速度等高级主题。 该书的核心知识点包括： 1. 光子能量与动量： - 光子能量（E_ph）由普朗克常数（h）和频率（ν）决定：E_ph = hν。 - 光子动量（p_ph）等于光速（c）乘以波长（λ）的一半：p_ph = h/λ。 2. 光照度和辐射强度： - 光子流密度（Φ_ph）表示单位时间通过特定面积的光子数。 - 辐射强度（I）等于光子能量乘以光子流密度：I = hνΦ_ph。 3. 波数与相位速度： - 波传播常数（k）或波矢量等于2π/λ。 - 相位速度（v_phase）等于光在介质中的传播速度（v_phase = v_k = c/n，其中n是折射率）。 4. 波长和频率变化： - 波长和频率的变化可以通过光谱分析来理解，如光的多普勒效应。 5. 群速度与群指数： - 群速度（v_g）是频率响应的传播速度，通过dv/dk计算得出。 - 群指数（n_g）是群速度与光速的比值，与介质的折射率有关。 6. 电场和磁场： - 在光传播过程中，电场（E_x）和磁场（B_y）遵循麦克斯韦方程，且电场能量密度等于光速平方与介电常数和磁导率的乘积。 7. 泊松矢量与辐射功率： - Poynting矢量（S）描述电磁能量的传输，I = (1/2)veoerE_0^2是辐射功率的平均值。 8. 塞尔定律与布儒斯特角： - 塞尔定律描述折射定律，而布儒斯特角对应于光线入射时无反射的特殊角度。 9. 内全反射和透射/反射： - 在内全反射中，光线在界面发生全反射，有特定的条件涉及入射角和折射率。 - 反射率（R）、透射率（T）与折射率的关系可通过特定公式计算。 10. 法布里-珀罗腔： - 一种光学谐振器，光在腔内反射和干涉，形成特定的模式。 11. 单缝衍射： - 光线通过单缝时产生的干涉图案，中心强度最大，随着偏离中心，强度按照sinc函数衰减。 12. 空间分辨率和发散： - 空气衍射导致的光斑称为艾里斑，其大小与光波长和衍射角有关，光束具有一定的发散性。 这些知识点构成了光学电子学的基础，为学生提供了解析光的性质、材料特性及其在电子设备中的应用所需的理论框架。同时，它们也预示了后续课程中可能涉及的更高级主题，如光纤通信、光电探测器、激光技术等。