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目录 1

第一章 热辐射 1

1.1 黑体辐射的基本定律 1

1.1.1 普朗克定律 1

1.1.2 斯忒藩-玻耳兹曼定律 1

1.1.3 维恩位移定律 2

1.1.4 用每秒光子数表示的光谱辐亮度 2

1.1.5 黑体辐射函数 2

1.1.6 辐射对比度 3

1.2 黑体辐射曲线 5

1.3 黑体辐射数据表 6

1.4 辐射源的发射率 11

1.4.1 发射率 11

1.4.2 几种常见材料的发射率 12

1.5 辐射源 21

1.5.1 目标 21

1.5.2 其他红外辐射源 23

1.5.3 黑体 26

1.5.4 太阳 27

1.5.5 月亮 28

1.5.6 恒星和行星 29

1.5.7 地球 31

1.5.8 人体和地面车辆 32

1.6 背景辐射 32

1.6.1 天空 32

1.6.2 自然光照度等级汇总及其时间变异 35

1.6.3 海洋背景 36

第二章 大气传输 38

2.1 大气结构及物理性质 38

2.1.1 标准大气模式 38

2.1.2 气溶胶模式 42

2.1.3 大气成分 44

2.2 大气透射率 44

2.2.1 大气透射率的理论基础 45

2.2.2 透射率的估算 47

2.3.1 大气折射率结构常数 64

2.3 湍流效应 64

2.3.2 闪烁 67

2.3.3 光束漂移与像点抖动 71

2.3.4 有限光束扩展 75

2.3.5 外差效率 76

2.4 折射效应 77

2.4.1 折射率 77

2.4.2 角度修正 78

2.4.3 地平俯角与地平视程 79

2.4.4 距离修正 80

第三章 光学薄膜 84

3.1 引言 84

3.2 光学薄膜的分类 84

3.3 光学薄膜的计算 84

3.3.1 矢量作图法 84

3.3.2 导纳矩阵法 88

计算机程序（BCY语言） 89

3.3.3 计算膜系反射率R的电子 89

3.4 常用光学材料及其特性 91

3.5 增透膜 105

3.5.1 单层增透膜 105

3.5.2 双层增透膜 107

3.5.3 三层增透膜 109

3.5.4 四层增透膜 111

3.6.1 金属反光膜 112

3.6 反光膜 112

3.6.2 多层介质反光膜 113

3.7 分光膜 121

3.7.1 强度分光膜 121

3.7.2 偏振分光膜 124

3.8 滤光膜 126

3.8.1 带通滤光片 126

3.8.2 截止滤光片 132

3.8.3 常用14种激光多层介质膜的特性 145

4.2 激光与红外光学系统的基本 149

4.1.2 符号规则 149

特点和主要选用原则 149

4 2.1 基本特点 149

号规则 149

4.1 符号、名称、单位以及符 149

第四章 光学系统 149

4.1.1 符号、名称和单位 149

4.2.2 选用原则 150

4.3 望远系统 150

4.3.1 望远系统的基本参数 151

4.3.2 望远系统在激光与红外技术中的应用 151

4.4 望远物镜 153

4.4.1 折射式物镜 153

4.4.2 反射式物镜 156

4.4.3 双反射镜物镜（系统） 158

4.4.4 折反射物镜 159

4.4.5 某些光学系统象差弥散圆的快速计算法 162

4.5 显微镜系统及其显微物镜 165

4.6.1 激光应用的光学玻璃 167

4.6.2 红外应用的光学材料 167

4.6 光学材料 167

4.7 计算实例 171

4.7.1 激光应用的光学系统实例 171

4.7.2 红外应用的光学系统实例 177

第五章 光学元件 193

5.1 引言 193

5.2 探测器光学元件 193

5.2.1 场镜 193

5.2.2 光锥 194

5.2.3 浸没透镜 195

5.3 扫描器 196

5.3.1 扫描器的种类及其性能比较 196

5.3.2 物方扫描和象方扫描 202

5.3.3 限制扫描效率的因素 203

5.4 偏振器 204

5.4.1 偏振器的几个基本关系 204

5.4.2 棱镜偏振器 205

5.4.3 二向色性和衍射型偏振器 215

5.4.4 斜入射的反射和透射偏振器 217

5.4.5 延迟板（波片） 223

5.5 角反射器 226

5.5.1 角反射器的反射特性 226

5.5.2 影响角反射器定向反射能力的因素 227

5.5.3 角反射器的回波强度 229

5.5.4 角反射器的有效孔径和有效反射面积 230

5.5.5 角反射器的有效反射率 230

5.6.1 透镜的傅里叶变换特性 231

5.6 傅里叶变换透镜 231

5.6.2 傅里叶变换透镜的基本参数 232

5.6.3 傅里叶变换透镜的消象差要求 232

5.6.4 傅里叶变换透镜的基本类型 233

5.7 光学纤维 235

5.7.1 光学纤维的结构形式 235

5.7.2 光学纤维的基本特性和参数 235

5.7.3 制备光学纤维的材料 242

6.1.1 一般概念与射线矩阵 246

6.1 近轴光线 246

第六章 光束、模式和光学谐振腔 246

6.1.2 几种基本光学系统的射线 247

矩阵 247

6.1.3 射线矩阵应用举例 249

6.2 高斯光束 250

6.2.1 高斯光束的一般理论 250

6.2.2 高斯光束变换 252

6.2.4 高斯光束模式 254

传播 254

6.2.3 高斯光束在特殊介质中的 254

6.2.5 高斯光束的模式匹配 255

6.3 传播圆的图解法及圆图 257

6.3.1 传播圆的图解法 257

6.3.2 圆图 259

6.4 稳定光学谐振腔 260

6.4.1 谐振腔的稳定性 260

6.4.2 谐振腔类型 261

6.4.4 激光谐振腔的积分方程 262

6.4.3 谐振腔模式的一般概念 262

6.4.5 激光束尺寸和谐振条件 264

6.4.6 衍射损耗和相移 267

6.4.7 等效谐振腔系统 268

6.5 非稳定光学谐振腔 270

（非稳腔） 270

6.5.1 非稳腔的一般介绍 270

6.5.2 各种非稳腔结构和主要 270

参数 270

6.5.3 两种应用较多的非稳腔 271

6.6 模式花样与模式偏振 274

6.6.1 稳定腔的近似模式花样 274

6.6.2 N＝1的精确模式花样 276

6.6.3 模式偏振 276

6.7 各种非稳腔的模式花样 277

6.7.1 非稳腔的模式损耗 277

6.7.3 非稳腔的基模近场和远场分布 279

6.7.2 非稳腔的模式强度和相位分布 279

6.8 模式选择技术 282

6.8.1 横模选择技术 282

6.8.2 纵模选择技术 286

第七章 固体激光器 291

7.1 激光振荡器 291

7.1.1 玻耳兹曼统计分布 291

7.1.2 单色辐射与理想的二能级原子系统的相互作用 291

7.1.3 原子跃迁线型和线宽 292

7.1.4 受激吸收截面和受激发射截面 293

7.1.5 激光速率方程 294

7.1.6 激光器的振荡阈值条件 296

7.1.7 增益系数和增益饱和 297

7.1.8 稳态输出功率与最佳输出 297

耦合度 297

7.2 激光放大器 300

7.2.1 脉冲放大器 301

7.3 固体激光工作物质 305

7.3.1 激活离子 305

7.2.2 稳态放大 305

7.3.2 常用激光晶体 306

7.3.3 正分高浓度激光晶体 306

7.3.4 太阳能泵浦激光工作物质 307

7.3.5 可调谐固体激光工作物质 307

7.3.6 激光玻璃 307

7.4 聚光器 308

7.4.1 聚光器的类型 308

7.4.2 聚光器的能量传输效率 310

7.4.3 聚光器的反射表面 311

7.5 泵浦光源 312

7.5.1 惰性气体放电灯 312

7.5.2 钨丝灯 320

7.5.3 金属蒸气放电灯 320

7.5.4 二极管泵浦 321

7.5.5 太阳能泵浦 322

7.6 固体激光器电路 322

7.6.1 脉冲固体激光器电源 323

7.6.2 连续固体激光器电源 333

7.7.1 热效应 336

7.7 热效应及其冷却措施 336

7.7.2 冷却措施 340

7.8 典型固体激光器的性能 342

7.8.1 微型钕激光器 342

7.8.2 小型单脉冲激光器 343

7.8.3 中小功率电光Q开关重复频率激光器 344

7.8.5 内腔锁模倍频Nd:YAG激 345

光器 345

7.8.4 声光调Q高重复频率激光器 345

7.8.6 高峰值功率亚纳秒倍频激 346

光器 346

7.8.7 SHIVA激光装置-20路激光 347

系统 347

7.8.8 325D振荡／放大器型TEM00模激光器 349

7.8.9 可调谐固体激光器 349

附表及附图 353

8.2.1 放电激励 417

8.2 气体激光器的激励方式 417

8.1 引言 417

第八章 气体激光器 417

8.2.2 气动热激励 422

8.2.3 化学激励 422

8.2.4 光激励 424

8.2.5 核能激励 424

8.3 原子气体激光器 425

8.3.1 原子气体激光器的激励类型 425

8.3.2 原子气体激光器的激励机理 426

8.3.3 惰性气体原子激光器-He-Ne激光器 427

8.3.4 铜及其他金属原子蒸气激光器 439

8.4 离子气体激光器 440

8.4.1 惰性气体离子激光器 440

8.4.2 金属蒸气离子激光器 449

8.5 分子气体激光器 451

8.5.1 双原子分子气体激光器 451

8.5.2 三原子和多原子分子气体激光器 454

8.6 准分子激光器 472

8.6.1 准分子系统的特征 473

8.6.2 激励方法和结构 474

8.6.3 准分子激光器分类 475

8.7 气体激光器的选模技术 480

8.7.1 “粗略的”选频方法 480

8.7.2 横模选择 481

8.7.3 纵模选择 482

第九章 半导体激光器 487

9.1 引言 487

9.2.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物及其固溶体 488

9.2 激光二极管的材料 488

9.2.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物及其固溶体 491

9.3 激光二极管的结构 491

9.3.1 按垂直于结方向的结构分类 491

9.3.2 按平行于结方向的结构分类 493

9.4 主要理论结果 496

9.4.1 单异质结构宽面激光二极管 496

9.4.2 双异质结构条形激光二极管 501

9.5.1 GaAs-A10.3Ga0.7As单异质结构宽面激光二极管 505

激光二极管 505

9.5 GaAs-Al0.3Ga0.7As异质结构 505

9.5.2 GaA s-A10.3Ga0.7As双异质结构条形激光二极管 506

9.5.3 GaAs-A10.3Ga0.7As异质结构激光二极管的退化和寿命 508

9.6 其他材料和结构的半导体激 510

光器 510

9.6.1 InGaPAs-InP双异质结构条形激光二极管 510

9.6.2 PbSnTe-PbTe双异质结构条形激光二极管 512

9.6.4 PNPN负阻激光器 513

9.6.3 分布反馈激光器 513

9.7 光纤通信用的激光二极管 514

第十章 染料激光器 516

10.1 引言 516

10.2 激光泵浦的脉冲染料激 517

光器 517

10.2.1 结构及工作原理 517

10.2.2 调谐方法 519

10.2.3 脉冲染料激光放大器 526

激光器 532

10.3 闪光灯泵浦的染料激光器 532

10.3.1 直管闪光灯泵浦的染料 532

10.3.2 同轴式闪光灯泵浦的染 533

料激光器 533

10.3.3 闪光灯泵浦的染料激光 534

器性能 534

10.4 连续波染料激光器 538

10.4.1 直腔连续波染料激光器的谐振腔结构及性能 539

10.4.2 环形腔连续波染料激光器的结构及性能 543

10.4.3 连续波染料激光器的频率稳定技术 549

10.4.4 连续波染料激光器的喷 551

流技术 551

10.5 超短脉冲染料激光器 554

10.5.1 锁模染料激光器 554

10.5.2 同步泵浦锁模染料激光器 554

10.6 染料激光器的应用 555

10.6.1 激光光谱学 555

10.6.3 其他 556

10.6.2 激光分离同位素 556

第十一章 激光倍频与参量振荡 558

11.1 光学非线性相互作用 558

11.1.1 介质的非线性极化 558

11.1.2 非线性光学系数 559

11.1.3 非线性耦合波方程 563

11.2 二次谐波产生 564

11.2.1 二次谐波的输出功率 565

11.2.2 相位匹配 566

11.2.3 有效非线性光学系数 571

11.2.4 聚焦束倍频 572

11.2.5 腔内倍频 574

11.2.6 基波光束质量的影响 577

11.2.7 高功率倍频过程中热量的产生及克服措施 579

11.3 光学参量振荡 583

11.3.1 光学参量振荡器概述 583

11.3.2 参量互作用的增益 584

功率 586

11.3.3 参量振荡器的泵浦阈值 586

11.3.4 参量振荡器的功率转换 587

效率 587

11.3.5 参量振荡器的调谐和输 590

出特性 590

11.4 常用非线性晶体简介 594

11.4.1 非线性晶体的基本要求 594

11.4.2 常用非线性晶体 595

附表 596

第十二章 电光、声光器件和材料 633

12.1 引言 633

12.2 电光、声光器件的理论 633

基础 633

12.2.1 一些物理效应在电光、声光器件中的应用 634

12.2.2 折射率椭球及其应用 635

12.3 电光调制器和偏转器 642

12.3.1 电光调制器的分类 643

12.3.2 电光调制器的主要参数 645

12.3.3 电光调制器设计中的一些主要问题 647

12.3.4 横向LiTaO3强度调制器 656

12.3.5 电光Q开关 656

12.3.6 电光腔倒空 659

12.3.7 电光偏转器 660

12.4 声光器件 662

12.4.1 声光相互作用的分类及声光器件的组成 662

12.4.2 声光器件的主要参数 664

12.4.3 声光器件的设计考虑 665

12.4.4 声光器件在连续泵浦脉冲激光器中的应用 675

12.4.5 声光偏转器 677

12.5 锁模 678

12.5.1 锁模激光器的输出特性 679

12.5.2 振幅调制锁模 680

12.5.3 相位调制锁模 681

12.5.4 声光锁模调制器 682

12.5.5 电光锁模相位调制器 683

12.5.8 锁模激光器 684

12.5.7 锁模瞬态解 684

12.5.6 电光锁模振幅调制器 684

第十三章 激光参数测量 688

13.1 脉冲能量和连续功率的 688

测量 688

13.1.1 直接量热法 688

13.1.2 热电法 689

13.1.3 光电法 689

13.1.4 光化学法 690

13.1.5 光压法 691

13.1.6 光学衰减器 692

13.2 脉冲宽度的测量 694

13.3 光束发散角的测量 695

13.4 波长和谱线宽度的测量 697

13.5 偏振的测量 698

13.6 模式的测量 698

量方法 699

13.8.2 激光晶体性能参数和测 699

13.8.1 影响激光晶体性能的因素 699

13.8 激光晶体性能参数和测量 699

定度和工作寿命的测量 699

13.7 激光器输出功率（能量）稳 699

第十四章 激光危害与防护 705

14.1 引言 705

14.2 激光辐射的危害 705

14.3 电气危害 706

14.4 激光危险分级 707

14.5 激光安全防护措施 711

14.6 激光器使用环境与安全 712

防护 712

14.7 选用激光防护镜的注意 712

事项 712

14.8 激光器制造厂的责任 715

14.9 激光的医学监护 715

附表 715

15.2 探测器的基本特性 717

15.1 引言 717

第十五章 激光探测器 717

15.3 光电管和光电倍增管 718

15.3.1 光电倍增管的特性 719

15.3.2 光电倍增管的工作电路 723

15.3.3 光电倍增管使用注意事项 724

15.4 光电二极管 725

15.4.1 光电二极管的工作原理 725

15.4.2 光电二极管的基本特性 726

15.5 雪崩光电二极管 731

15.6 激光探测器件的选择 732

15.6.1 1.06μm固体脉冲激光测距 732

15.6.2 0.6943μm与0.5320μm波长的人造卫星激光测距 733

15.6.3 激光通信 733

15.6.4 激光自动跟踪和制导 743

第十六章 红外探测器及其材料的参 744

数定义和测量 744

16.1 红外探测器的参数定义 744

16.2.1 探测率D＊的测量 753

16.2 红外探测器的参数测量 753

16.2.2 光谱响应的测量 755

16.2.3 响应时间的测量 757

16.2.4 伏安特性的测量 759

16.2.5 其他 760

16.3 红外探测器的稳定性 761

16.4 红外探测材料的参数定义 762

16.5 红外探测材料的参数测量 763

16.5.1 电学参数的测量 767

16.5.2 热电参数的测量 772

16.5.3 其他 775

第十七章 红外光子探测器和材料 777

17.1 红外光子探测器的分类 777

和特点 777

17.2 红外光子探测器的基本 778

原理 778

17.2.1 光电导探测器 778

17.2.2 光生伏特探测器 780

17.2.3 光磁电（PEM）探测器 783

17.3 常用探测器性能 783

17.3.1 硫化铅（PbS）探测器 783

17.3.2 硒化铅（PbSe）探测器 787

17.3.3 砷化铟（InAs）探测器 789

17.3.4 锑化铟（InSb）探测器 791

17.3.5 碲镉汞（Hg1-xCdxTe）探测器 795

17.3.6 碲锡铅（PbSnTe）探测器 801

17.3.7 锗掺杂（Ge:X）探测器 803

17.3.8 硅掺杂（Si:X）探测器 804

17.4 其他探测器 809

17.4.1 光子牵引探测器 809

17.4.2 约瑟夫逊结探测器 809

17.4.3 肖脱基势垒探测器 810

17.4.4 异质结红外探测器 811

17.4.5 MOM结构探测器 812

17.4.9 多色探测器 813

17.4.8 砷化镓非本征光电导探 813

测器 813

17.4.7 窄带可调谐锑化铟探测器 813

17.4.6 宽带锑化铟探测器 813

17.4.10 扫积探测器 814

17.5 红外探测器的封装结构 815

17.6 红外探测器的选择、使用和 821

失效原因 821

17.7 红外敏感半导体材料 825

17.7.1 锗、硅和锗-硅合金 826

17.7.2 铅盐类半导体材料 831

17.7.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体 837

材料 837

17.7.4 三元系红外敏感材料 843

第十八章 红外电荷转移器件 873

18.1 引言 873

18.2 硅电荷耦合器件 873

（SiCCD） 873

18.2.1 器件物理 873

18.2.2 器件结构 878

18.2.3 器件特性 880

18.3 红外电荷转移器件 884

（IR CTD） 884

18.3.1 基本类型 884

18.3.2 混合式红外电荷耦合器 884

件（IR CCD） 884

18.3.3 单片式红外CTD器件 893

18.3.4 IR CTD的基本成象方式 899

19.1 引言 904

第十九章 热探测器和热电材料 904

19.2 辐射温差电偶和辐射温差 905

电堆 905

19.3 辐射热计 907

19.4 高莱探测器 910

19.5 热电材料及其主要参数 911

19.5.1 热电效应 911

19.5.2 热电材料及其主要参数 912

19.6.1 热电探测器的原理 920

19.6 热电探测器 920

19 6.2 热电探测器的性能 922

19.6.3 热电探测器的结构 927

19.6.4 热电探测器的选用 931

第二十章 红外摄象管 935

20.1 引言 935

20.2 摄象管的结构和工作原理 935

20.3.1 氧化铅硫化铅复合靶摄 937

象管 937

20.3 光导型近红外摄象管 937

20.3.2 硅靶摄象管 938

20.3.3 衡量光导摄象管性能的几个参数 940

20.4 热电摄象管 940

20.4.1 热电摄象管的结构 940

20 4.2 热电摄象管的靶面材料 940

20.4 3 关于热电摄象管的一些 941

问题 941

20.4.4 热电摄象管的参数 943

21.1.1 放大？噪声性能的描述 949

21.1 低噪声放大技术 949

第二十一章 红外探测器的偏置与低 949

噪声前置放大器 949

21.1.2 晶体管的噪声性能 950

21.1.3 低噪声放大技术 952

21.2 光伏型探测器的特点及工作 955

方式 955

21.2.1 光伏型探测器的小信号 955

参数 955

方式 956

21.2.2 光伏型红外探测器的工作 956

21.2.3 前置放大器线路举例 957

21.3 光电导探测器的偏置和前置 959

放大器 959

21.3.1 光电导探测器的光电特性 959

21.3.2 光电导探测器的典型偏 960

置电路 960

21.3.3 光电导探测器的偏置和放大器举例 961

21.4.1 热电探测器的等效电路 962

21.4 热电探测器的前置放大器 962

21.4.2 热电探测器的噪声 963

21.4.3 热电探测器的工作方式 964

21.4.4 热电探测器的前置放大 965

器举例 965

第二十二章 红外探测器的制冷 969

技术 969

22.1 制冷原理 969

22.1.1 相变制冷 969

22.1.2 焦耳-汤姆逊效应 969

22.1.3 气体等熵膨胀制冷 969

22.1.4 绝热放气制冷 969

22.1.5 涡流制冷 970

22.1.6 辐射制冷 971

22.1.7 珀尔帖冷效应 971

22.2 用相变制冷的制冷器 971

22.2.1 杜瓦瓶 971

22.2.2 液氮双相传输制冷器 972

22.2.3 固体制冷器 975

22.3 焦耳-汤姆逊制冷器 978

22.4 用气体等熵膨胀的制冷器 981

22.4.1 斯特林气体制冷器 981

22.4.2 VM循环制冷器 985

22.5 绝热放气制冷器 986

22.5.1 S循环制冷器 986

22.5.2 G-M循环制冷器 988

22.6 涡流制冷器 989

22.7 辐射制冷器 991

22.8 半导体制冷器 994

22.9 制冷器的选择 996

第二十三章 调制盘 998

23.1 典型调制盘图案的结构参数 998

及有关频率计算公式 998

23.1.1 偏轴旋转辐条式调制盘 998

23.1.2 圆锥扫描式调制盘 999

23.1.4 同心旋转式调制盘 1000

23.1.3 直线扫描式调制盘 1000

23.1.5 双色调制盘 1001

23.1.6 调制盘图案举例 1001

23.2 调制盘的空间滤波 1003

第二十四章 红外系统 1012

24.1 引言 1012

24.2 红外辐射检测原理 1012

24.2.1 统计学概念及信号的检测 1013

24.2.2 终端系统及其特性 1016

24.2.3 识别概论 1023

24.3 红外系统的性能分析 1027

24.3.1 红外系统的频谱分析方法 1028

24.3.2 红外系统性能的综合分析方法 1032

24.3.3 红外系统性能的计算机 1069

分析方法 1069

24.4 系统设计举例 1069

24.4.1 总体考虑 1070

24.4.2 可见与红外多光谱扫描仪 1070

24.4.3 CCD推帚式扫描仪 1078

24.4.4 热成象系统 1081

24.4.5 热电摄象管成象装置 1085

24.4.6 跟踪装置的检测系统 1088

24.4.7 辐射测温仪 1090

第二十五章 辐射度学、光度学及其它基本单位和物理常数 1096

25.1 引言 1096

25.2 国际单位制中用数量级表示 1096

的十进位倍数词头 1096

25.3 辐射度量和光度量单位 1097

25.4 辐射度量和光度量的单位换 1100

算表 1100

25.5 温度、声学、热学、电学、磁学计量单位 1102

25.6 长度、质量、角度、面积、体 1104

积、时间、力、功、能的一些 1104

单位 1104

25.7 理化常数及能量转换因子 1113

25.8 太阳、月球、地球的一 1115

些数据 1115