了得網研究生_光電子技術基礎

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每章提供“學習目標”“學習要求”、“引例”和“閱讀材料”，方便教與學。

內容簡介

本書從光電子技術的概念與特點出發，繫統全面地介紹了光電子繫統信息傳遞與處理各個環節的基本概念、基本原理與應用基礎。一方面注重光電子技術的基礎內容，體現光電子技術的全貌；另一方面適當加入了一些相關領域近年的研究、應用成果，使其更符合光電子技術迅速發展的要求。

第１章介紹光輻射的基本定律和光電子技術中常用的光源。第２章、第３章介紹激光的產生原理，以及光束的調制方法、掃描原理和幾種典型的光調制器。第４章討論光輻射探測原理及典型光輻射探測器的性能。第５章介紹光纖通信技術。第６章介紹光電成像原理與器件、顯示技術及相關器件。第７章介紹電光轉換現像與發光及圖像顯示器件。第８章介紹光電子技術在國民經濟、國防等方面的應用。

作者簡介

譚保華，湖北工業大學青年骨干教師，2005年4月起任湖北工業大學理學院電子信息科學與技術教研室副主任，2005年12月入選“湖北省跨世紀高層次人纔工程”第3層次，2007年12月獲得“*訪問學者計劃——青年學者赴日本訪問進修計劃”（12個月）資格，2008年4月起任湖北工業大學理學院光電子信息科學與技術繫書記，2010年12月起聘任副教授職稱。

第１章光學基礎知識與光輻射………… １
1.１光的波粒二像性………………… ２
1.1.１光子的波動性………… ２
1.1.２光子的粒子性………… ３
1.２光的電磁理論…………………… ３
1.2.１電磁波的性質………… ３
1.2.２電磁波譜……………… ５
1.2.３麥克斯韋方程組……… ６
1.３光的傳播規律…………………… ８
1.3.１光的反射和折射……… ８
1.3.２光的干涉……………… ８
1.3.３光的衍射……………… １０
1.3.４光的偏振……………… １１
1.４輻射度學和光度學基礎……… １２第１章光學基礎知識與光輻射………… １

1.１光的波粒二像性………………… ２

1.1.１光子的波動性………… ２

1.1.２光子的粒子性………… ３

1.２光的電磁理論…………………… ３

1.2.１電磁波的性質………… ３

1.2.２電磁波譜……………… ５

1.2.３麥克斯韋方程組……… ６

1.３光的傳播規律…………………… ８

1.3.１光的反射和折射……… ８

1.3.２光的干涉……………… ８

1.3.３光的衍射……………… １０

1.3.４光的偏振……………… １１

1.４輻射度學和光度學基礎……… １２

1.4.１輻射量………………… １２

1.4.２光度量………………… １５

1.５黑體熱輻射的基本定律……… １６

1.5.１平衡熱輻射…………… １６

1.5.２基爾霍夫定律………… １６

1.5.３黑體（黑體） … １６

1.5.４斯忒潘玻爾茲曼定律

1.5.５維恩位移定律………… １８

1.5.６瑞利金斯公式……… １８

1.5.７普朗克定律…………… １８

習題……………………………………… ２０

第２章激光基本原理…………………… ２１

2.１相干性的光子描述…………… ２２

2.1.１光子的基本性質……… ２２

2.1.２光子的相干性和光子簡並度…………………… ２２

2.1.３光子的相干性和光子簡

光度…………………… ２５

2.２激光的形成和基本特征……… ２６

2.2.１光的受激輻射基本概念

2.2.２光的受激輻射放大… ２９

2.３光的自激振蕩………………… ３０

2.3.１自激振蕩概念………… ３０

2.3.２激光振蕩條件………… ３１

2.４光學諧振腔和高斯光束……… ３２

2.4.１光學諧振腔及其分類

2.4.２光學諧振腔穩定條件

2.4.３高斯光束的基本性質

2.4.４基模高斯光束的特征參數………………………… ４２

2.4.５高斯光束的變換規律

2.５不同工作物質的激光器……… ４８

2.5.１固體激光器…………… ４８

2.5.２氣體和液體激光器… ４９

2.5.３半導體激光器………… ５４

2.5.４自由電子激光器……… ５４

習題……………………………………… ５６

第３章光束的調制和掃描……………… ５８

3.１光束調制原理………………… ５８

3.1.１振幅調制……………… ５９

3.1.２頻率調制和相位調制

3.1.３強度調制……………… ６０

3.1.４脈衝調制……………… ６０

3.1.５脈衝編碼調制………… ６１

3.２電光調制………………………… ６１

3.2.１晶體光學基礎………… ６１

3.2.２光在電光晶體中的傳播…………………………… ６２

3.2.３電光調制……………… ６６

3.2.４電光波導調制………… ６９

3.2.５設計電光調制器應該考慮的問題………………… ７０

3.３聲光調制………………………… ７１

3.3.１光波在聲光晶體中的傳播………………………… ７１

3.3.２聲光調制的工作原理

3.3.３聲光波導調制器……… ７３

3.3.４設計聲光調制器應考慮的問題………………… ７３

3.４磁光調制………………………… ７４

3.4.１磁光體調制器………… ７４

3.4.２磁光波導調制器……… ７５

3.５直接調制………………………… ７６

3.６光束掃描技術………………… ７７

3.6.１機械掃描……………… ７７

3.6.２電光掃描……………… ７８

3.6.３聲光掃描……………… ７９

3.７空間光調制器………………… ８０

3.7.１泡克耳讀出光調制器

3.7.２液晶空間光調制器… ８２

習題……………………………………… ８４

第４章光輻射探測原理和器件……… ８５

4.１光電探測的基本物理效應…… ８６

4.1.１外光電效應…………… ８６

4.1.２內光電效應…………… ８７

4.1.３光熱效應的一般規律

4.1.４光電轉換定律………… ９２

4.２光電探測器的性能參數……… ９３

4.2.１光電探測器的響應特性…………………………… ９３

4.2.２光電探測器的噪聲特性…………………………… ９５

4.2.３光電探測器的量子效率…………………………… ９６

4.2.４光電探測器的其他參數…………………………… ９７

4.３光敏電阻………………………… ９７

4.3.１光敏電阻的結構與原理…………………………… ９７

4.3.２光敏電阻的應用…… １００

4.４光電池…………………… １００

4.4.１光電池的結構與特性

4.4.２光電池的應用……… １０３

4.５光電二極管…………………… １０５

4.5.１光電二極管的結構和特性………………………… １０５

4.5.２光電二極管的應用

4.６其他光電管…………………… １０９

4.6.１光電管………………… １０９

4.6.２光電倍增管………… １１１

4.6.３ＰＩＮ管………………… １１２

4.6.４雪崩光電二極管…… １１３

4.6.５光電三極管………… １１５

4.6.６常見半導體光電器件的應用選擇……………… １１７

4.７熱釋電探測器………………… １１８

4.7.１熱釋電探測器的工作原理和結構………… １１８

4.7.２熱釋電探測器的特性

4.7.３熱釋電器件的類型

4.7.４熱釋電探測器的應用

4.８直接探測繫統的性能分析… １２７

4.8.１光電探測器的平方律特性…………………… １２８

4.8.２信噪比性能分析…… １２９

4.8.３直接探測繫統的探測極限…………………… １３０

4.8.４其他參數……………… １３２

4.９光頻外差探測的基本原理… １３２

4.9.１光外差原理………… １３２

4.9.２基本特性……………… １３３

4.9.３光頻外差探測的相位條件…………………… １３５

習題…………………………………… １３９

第５章光纖通信技術………………… １４１

5.１光纖基本知識………………… １４２

5.1.１光纖的發明和發展

5.1.２光纖的基本工作原理和結構…………………… １４３

5.1.３光纖的分類………… １４３

5.1.４光纖的制造………… １４５

5.1.５光纖通信繫統……… １４７

5.２光在光纖波導中的傳播…… １４８

5.2.１光纖原理的幾何光學描述…………………… １４８

5.2.２光纖中的電磁波…… １５０

5.2.３階躍折射率光纖中的傳導模式……………… １５３

5.2.４漸變折射率光纖中的傳導模式……………… １５８

5.３光纖的損耗與色散…………… １６０

5.3.１光纖中的損耗……… １６０

5.3.２吸收損耗……………… １６１

5.3.３散射損耗……………… １６２

5.3.４外部損耗……………… １６２

5.3.５光纖通信波段……… １６３

5.3.６光纖中損耗的測量

5.3.７光纖中的色散……… １６４

5.3.８常用單模光纖……… １６６

5.４光通信器件…………………… １６８

5.4.１光源…………………… １６８

5.4.２光探測器……………… １７２

5.4.３光放大器……………… １７２

5.4.４光纖連接器和光纖耦合器…………………… １７５

5.4.５其他光通信器件…… １７７

習題…………………………………… １７８

第６章光電成像繫統………………… １８１

6.１光電成像繫統概述…………… １８２

6.２固體攝像器件的分類及性能

6.2.１電荷耦合攝像器件

6.2.２電荷耦合攝像器件的特性參數……………… １９１

6.2.３互補金屬氧化物半導體

圖像傳感器ＣＭＯＳ

6.2.４紅外焦平面器件…… ２００

6.３紅外成像技術………………… ２０２

6.3.１紅外成像的基本原理

6.3.２紅外成像器件的參數

6.3.３典型的紅外光學繫統

6.４光學成像繫統和光學傳遞函數…………………………………… ２１１

6.4.１光學傳遞函數（ＯＴＦ）………………………… ２１２

6.4.２調制傳遞函數（ＭＴＦ）………………………… ２１５

6.4.３光學成像繫統總體性能評價和分析………… ２１７

習題…………………………………… ２２１

第７章電光轉換現像與發光及圖像顯示器件……………………………… ２２３

7.１發光二極管…………………… ２２４

7.1.１發光二極管的工作原理及結構………………… ２２４

7.1.２發光二極管的特性及技術…………………… ２２５

7.1.３ＬＥＤ的應用領域…… ２２９

7.２液晶顯示器（ＬＣＤ）…………… ２３０

7.2.１液晶顯示器的分類和特性…………………… ２３０

7.2.２ＴＦＴ液晶顯示器的物理結構和工作原理…… ２３３

7.2.３ＴＦＴ液晶顯示器的制造工藝…………………… ２３４

7.2.４液晶顯示器的性能及光學特性………………… ２４０

7.３等離子體顯示器（ＰＤＰ） … ２４２

7.3.１等離子體的產生及等離子體顯示器的發展歷史

7.3.２等離子體顯示器的分類及ＡＣ－ＰＤＰ的工作原理

7.3.３等離子體顯示器的特性和應用………………… ２４７

7.４有機電致發光顯示器……… ２４８

7.4.１有機電致發光顯示器的發展歷史……………… ２４８

7.4.２有機電致發光顯示器的發光原理……………… ２５０

7.4.３有機電致發光顯示器的材料…………………… ２５２

7.4.４有機電致發光顯示器的性能參數……………… ２５４

7.4.５有機電致發光顯示器的制備過程……………… ２５６

7.５其他顯示技術………………… ２５９

7.5.１場致發射平板顯示器

7.5.２立體顯示技術……… ２６７

習題…………………………………… ２７１

第８章光電子技術應用舉例………… ２７２

8.１光電成像繫統的應用……… ２７３

8.1.１線陣ＣＣＤ的應用…… ２７３

8.1.２面陣ＣＣＤ和ＣＭＯＳ的應用…………………… ２７３

8.1.３紅外成像繫統的應用

8.２ＣＣＤ攝像機和數碼相機…… ２７４

8.2.１ＣＣＤ攝像機………… ２７４

8.2.２數碼相機……………… ２７５

8.３光盤存儲……………………… ２７６

8.3.１分類與信息存儲…… ２７７

8.3.２ＤＶＤ與ＣＤ的區別

8.４全息技術應用………………… ２７９

8.4.１全息干涉測量……… ２７９

8.4.２全息存儲……………… ２８０

8.4.３全息三維顯示……… ２８１

8.4.４全件……… ２８２

8.５光纖通信……………………… ２８３

8.5.１光纖通信繫統結構

8.5.２光纖到戶……………… ２８５

8.６激光印刷……………………… ２８６

8.6.１激光照排繫統……… ２８６

8.6.２激光打印機和復印機

8.７激光加工……………………… ２８８

8.7.１激光切割……………… ２８８

8.7.２激光打孔……………… ２８８

8.7.３激光焊接……………… ２８９

8.7.４激光熱處理………… ２８９

8.８激光雷達……………………… ２９０

8.8.１激光大氣遙感……… ２９０

8.8.２激光測距……………… ２９３

8.９激光武器……………………… ２９３

8.9.１激光武器的關鍵技術

8.9.２機載和星載激光武器

8.１０激光醫學應用……………… ２９４

8.10.１激光美容…………… ２９４

8.10.２激光近視治療……… ２９４

8.10.３激光碎石…………… ２９５

習題…………………………………… ２９６

參考文獻…………………………………… ２９７

在線試讀

前言
光是一種電磁波，激光的產生則是通過把受激放大技術從電磁波譜的微波波段推廣
到光學波段而實現的。因此，光電子技術實質上是電子技術在光頻波段的延續與擴展。
自２０世紀６０年代激光誕生以來，光電子技術在理論及應用方面都取得了巨大進展，是
現代信息技術的核心，已被廣泛應用於各行各業。
光電子技術基礎是光信息科學與技術必修的專業基礎課程之一，在大學物理和工程
光學課程的基礎上，結合激光原理與技術的講解，對整個光電子技術的理論和應用進行
全面的介紹，是基本的光學理論與實際光電應用相結合的橋梁。
本書從光電子技術的概念與特點出發，繫統全面地介紹了光電子繫統信息傳遞與處
理各個環節的基本概念、基本原理與應用基礎。一方面，注重光電子技術的基礎內容，
體現光電子技術的全貌；另一方面，適當加入了一些相關領域的近年研究、應用成果，
使其更符合光電子技術迅速發展的要求。本書力爭以圖文並茂的方式對理論內容進行闡
述和說明，並配合一定量的習題進一步啟發讀者對知識的理解與應用。
本書共８章，第１章由朱進容編寫，第２章由李文兵編寫，第３章由姚育成編寫，
第４章由譚保華編寫，第５章由鄧罡編寫，第６章由呂清花編寫，第７章由劉婷編寫，
第８章由張金業編寫。全書由譚保華統稿。
本書以教研組多年來從事本科生與碩士生教學工作的積累以及相關科研工作為主要
依據，在編寫過程中借鋻並引用了相關國內外優秀教材、重要學術期刊刊載的研究
成果以及同行研究人員的學位論文資料，在此對所引用的文獻資料的作者或機構表示衷前言

光是一種電磁波，激光的產生則是通過把受激放大技術從電磁波譜的微波波段推廣

到光學波段而實現的。因此，光電子技術實質上是電子技術在光頻波段的延續與擴展。

自２０世紀６０年代激光誕生以來，光電子技術在理論及應用方面都取得了巨大進展，是

現代信息技術的核心，已被廣泛應用於各行各業。

光電子技術基礎是光信息科學與技術必修的專業基礎課程之一，在大學物理和工程

光學課程的基礎上，結合激光原理與技術的講解，對整個光電子技術的理論和應用進行

全面的介紹，是基本的光學理論與實際光電應用相結合的橋梁。

本書從光電子技術的概念與特點出發，繫統全面地介紹了光電子繫統信息傳遞與處

理各個環節的基本概念、基本原理與應用基礎。一方面，注重光電子技術的基礎內容，

體現光電子技術的全貌；另一方面，適當加入了一些相關領域的近年研究、應用成果，

使其更符合光電子技術迅速發展的要求。本書力爭以圖文並茂的方式對理論內容進行闡

述和說明，並配合一定量的習題進一步啟發讀者對知識的理解與應用。

本書共８章，第１章由朱進容編寫，第２章由李文兵編寫，第３章由姚育成編寫，

第４章由譚保華編寫，第５章由鄧罡編寫，第６章由呂清花編寫，第７章由劉婷編寫，

第８章由張金業編寫。全書由譚保華統稿。

本書以教研組多年來從事本科生與碩士生教學工作的積累以及相關科研工作為主要

依據，在編寫過程中借鋻並引用了相關國內外優秀教材、重要學術期刊刊載的研究

成果以及同行研究人員的學位論文資料，在此對所引用的文獻資料的作者或機構表示衷

心感謝！

盡管我們為編寫本書付出了心血和努力，但因知識水平和能力有限，且撰寫時間較

倉促，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者

２０１３年10月

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