本课程为物理电子和凝聚态物理专业研究生的核心课程。在《电动力学》、《量子力学》和《固体物理》等专业基础课程的基础上，着重学习光的波动性和粒子性、光的产生、传输、探测以及光子同物质的相互作用等物理本质，进一步研究各种光子器件，包括学习光纤、半导体光子器件的结构与特性。重点在于深入学习光子学基础的物理概念和物理模型，为将来从事光子学研究打下坚实基础。 
课程内容包括光子材料、异质结构和能带、辐射复合发光和光吸收、光波传输模式、超晶格和量子阱、激光器、探测器、光波导和太阳能电池等光子器件的工作原理、器件结构和特性以及光子晶体、光子集成等，以求对光纤、固体、气体和半导体激光器、探测器、光纤和SOI光波导器件、光通信、太阳能电池等的物理模型、工作原理、器件结构和特性以及光子应用等有深入的了解，为研究生进入研究所从事相关研究进行前期的对接和准备。

第一部分 光子学基础
第1章  概论
1.1 信息时代的前沿学科—光子学
1.2 电子和光子的比较
1.3 电子学的发展历程
1.4 光子学的发展历程
1.5 课程内容

第2章 光的波动性
2.1 光的波动性和粒子性
2.1.1 波动性和粒子性比较
2.1.2 平面波、球面波和发散波 
2.2 折射率和群速度
2.2.1介质空间中的光速 
2.2.2 磁场、辐射和Poynting矢量
2.3 反射、折射和透射
2.3.1光的反射、折射和透射 
2.3.2 布儒斯特角和全反射 
2.4 多层介质和谐振腔
2.4.1 F-P谐振腔
2.4.2 Goos-Hänchen位移
2.5 相干、衍射和光栅
2.5.1 相干和衍射原理
2.5.2 衍射光栅

第3章 介质光波导
3.1 光的反射和折射
3.2 辐射模、衬底模和波导模
3.3 平板介质波导
3.4 电磁场理论
3.4.1麦克斯韦方程 
3.4.2 波动方程 
3.4.3 平面波
3.4.4 有损耗的介质中的平面波
3.5 平板介质波导中的TE模 
3.5.1 对称波导
3.5.2 偶阶TE模式
3.5.3 奇阶TE模式
3.6 矩形介质波导 
3.7 光的模式

第4章 光纤  
4.1 光纤的种类和结构 
4.2 光纤的损耗 
4.3 光纤的色散 
4.4 数值孔径 
4.5 光纤中的模式
4.6 阶跃光纤和渐变折射率光纤
4.7 光纤的制备和耦合  

第5章 光辐射和光吸收
5.1 引言 
5.2 辐射复合和非辐射复合
5.2.1 辐射复合
5.1.2 非辐射复合
5.3 光辐射和光吸收的关系
5.3.1 光辐射和光吸收的基本概念
5.3.2 黑体辐射 普朗克黑体辐射定律
5.3.3 爱因斯坦关系式
5.3.4 半导体中受激辐射的必要条件
5.3.5 净受激发射的速率
5.3.6 两个能级间的光吸收系数
5.4 跃迁几率
   5.4.1 费米黄金准则
   5.4.2 矩阵元
5.5 半导体中的态密度
5.6 半导体中的光吸收和光发射
   5.6.1 吸收系数
   5.6.2 自发辐射和受激辐射速率
5.7 半导体中的光增益

第二部分 光发射
第6章 气体和固体激光器
6.1 激光器工作原理 
6.1.1 受激发射物质 
6.1.2 粒子数反转 
6.1.3 光学谐振腔 
6.1.4 阈值条件
6.2 气体激光器 
6.2.1 氦氖激光器的结构
6.2.2 氦氖激光器的工作原理 
6.2.3 氦氖激光器的特性 
6.2.4 氩离子激光器 
6.2.5 其它气体激光器 
6.3 固体激光器 
6.3.1 固体激光器的工作物质 
6.3.2 红宝石和钕玻璃激光器 
6.3.3 全固态激光器

第7章 半导体激光器
7.1 半导体能带图和异质结
7.1.1 半导体的能带图
7.1.2 异质结构和性质
7.2 激光二极管的基本结构
7.2.1双异质结激光器
7.2.2 SCH(分离限制异质结)激光器 
7.3 DFB(分布反馈)激光器
7.4 QW(量子阱)激光器
7.5 VCSEL(垂直腔面发射激光器)
7.6激光二极管的特性
7.6.1 阀值特性
7.6.2激光二极管的效率
7.6.3激光二极管的远场图和近场图
7.6.4激光二极管的模式特性
7.6.5 老化和寿命

第三部分 光波导
第8章 有源和无源光纤器件
8.1 色散补偿和保偏光纤 
8.1.1 色散补偿 
8.1.2 保偏光纤 
8.2 无源光纤器件 
8.2.1 光纤耦合器 
8.2.2 衰减器、隔离器、环行器和偏振器 
8.2.3 光交换与光开关 
8.3 光纤放大器 
8.3.1增益和光放大模型 
8.3.2 掺铒光纤放大器 
8.3.3 其它掺稀土元素的光纤放大器 
8.4 光纤的非线性效应 
8.4.1 光纤的非线性 
8.4.2 受激布里渊散射和受激拉曼散射 
8.4.3 自相位调制和交叉相位调制 
8.4.4 四波混频

第9章 半导体光波导器件
9.1 脊形波导和模式
9.2 光开关和调制器
9.2.1 光开关/光调制机理
9.2.2 光开关/调制器结构和特性
9.3 AWG (阵列波导光栅)
9.3.1 AWG工作原理
9.3.2 AWG 器件结构和特性
9.4 光耦合器和滤波器

第四部分 光探测
第10章 半导体光电探测器
10.1 光电探测器的材料 10.2 探测器结构和工作原理
10.2.1 PN和PIN光电二极管
10.2.2 APD雪崩光电二极管
11.2.3 MSM金属-半导体-金属光电二极管
10.3 探测器性能
10.3.1 响应度
10.3.2 信噪比和暗电流
10.3.3 响应时间
10.3.4 雪崩倍增噪声

第11章 太阳能电池
11.1 光伏效应
11.2太阳能电池的材料 11.3太阳能电池工作原理
11.4太阳能电池结构
11.4.1 单结太阳能电池
11.4.2 多结太阳能电池
11.5太阳能电池性能

第五部分 光子晶体与光子集成
第12章 光子晶体
12.1光子晶体的内涵
12.2光子晶体的分类与制备
12.3光子晶体的物理属性与功能应用
12.4光子晶体的基础研究与发展前景

第13章 光子集成
13.1 引言
13.2 几种光子集成结构
13.3光子集成特性
13.4光子集成的发展趋势

1. 余金中，《半导体光子学》，科学出版社，北京，2015。
2. 余金中，《硅光子学》，科学出版社，北京，2011。
3. 余金中，《半导体光电子技术》，化工出版社，北京，2003。
4. 宋菲君 羊国光 余金中，《信息光子学物理》，北京大学出版社，2006。
5. 黄德修, 《半导体光电子学》(第2版)，电子工业出版社，北京，2013。
6. H. C. Casey and M. B. Panish，《Heterostructure and Semiconductor Lasers》, 1978。
7．S. O. Kasap, 《Photonics and Optoelectronics: Principle and Practice》, Publishing，Electronics House Industry，2003。 
8. C. Decusatis, et. al., 《Handbook of Fiber Optic Data Communication》,  Academic press, San Diego, London, 1997.