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第1章 光信息源及其特性、光辐射的度量 1

1.1 光的特性 1

1.1.1 光的波动性 1

1.1.2 光的粒子性 3

1.1.3 平面光波的能量与能流密度矢量 3

1.1.4 光的波粒二象性 4

1.2 光辐射的度量 4

1.2.1 光谱光视效率 4

1.2.2 常用的光度量和辐射度量 5

1.3 辐射传播的基本定律 6

1.3.1 照度的余弦定律和朗伯表面辐射强度的余弦定律 7

1.3.2 亮度守恒定律 8

1.3.3 照度的距离平方反比定律 9

1.4 光信息源及其特性 9

1.4.1 光源的基本特性参数 10

1.4.2 热辐射与黑体辐射定律 12

1.4.3 自然辐射源—太阳、天空 1

1.4.4 激光光源及其特点 16

1.4.5 半导体发光二极管工作原理及特性 22

习题 25

参考文献 26

第2章 光波在自由空间和波导中的传播 27

2.1 球面波和平面波的复振幅表示 27

2.1.1 球面波的复振幅表示 27

2.1.2 平面波的复振幅表示 29

2.2 平面波的角谱及角谱的传播 30

2.2.1 平面波的空间频率 30

2.2.2 平面波的角谱及其物理解释 31

2.2.3 平面波角谱的传播 32

2.2.4 衍射孔径对角谱的效应 34

2.3 用角谱理论推导光在自由空间的传播 34

2.3.1 标量衍射的推导及直观解释 34

2.3.2 菲涅耳衍射公式 35

2.3.3 夫琅禾费衍射与傅里叶变换 36

2.4 光波在光波导中的传播 36

2.4.1 基于几何光学的光纤维导光原理 36

2.4.2 基于光的波动光学的波导导光理论 38

2.4.3 光纤中的衰减 43

2.4.4 单模光纤的横模 44

2.4.5 单模光纤的色散 45

习题 47

参考文献 48

第3章 光信息调制技术 49

3.1 光调制的概念和基本原理 49

3.1.1 光调制的概念及其分类 49

3.1.2 光信号的调制原理 49

3.1.3 实现光调制的几种效应 54

3.2 光信号的调制常用技术 55

3.2.1 直接调制和间接调制 55

3.2.2 光强度调制技术 56

3.2.3 光相位调制技术 58

3.2.4 频率和波长的调制技术 60

3.2.5 光偏振调制 61

3.3 空间光调制技术 64

3.3.1 空间光调制器及其分类 64

3.3.2 液晶及其特性 66

3.3.3 常见的空间光调制器 69

3.4 基于光栅衍射的光的调制 70

3.4.1 光栅的光通量调制 71

3.4.2 光栅的频率调制 72

习题 72

参考文献 73

第4章 光电信息转换原理及器件 74

4.1 光电信息转换的物理基础—能带理论 74

4.1.1 能带的形成 74

4.1.2 能带结构 75

4.1.3 本征半导体、掺杂半导体的能带 75

4.2 半导体中的载流子浓度 76

4.2.1 能级密度 77

4.2.2 费米能级和电子占据率 77

4.2.3 平衡载流子浓度 78

4.2.4 本征半导体中的载流子浓度 79

4.2.5 掺杂半导体的载流子浓度 79

4.2.6 半导体中的非平衡载流子 80

4.3 半导体光电效应 84

4.3.1 光电导效应 84

4.3.2 P-N结光生伏特效应 86

4.3.3 光电子发射效应 89

4.4 常用光电信息转换器件 90

4.4.1 光电信息转换器件的主要参数 90

4.4.2 光电发射器件 92

4.4.3 光电导器件 94

4.4.4 半导体结型器件 94

4.4.5 电荷耦合器件 101

4.4.6 CMOS图像传感器 104

4.4.7 光电信息转换器件的部分性能比较 108

习题 108

参考文献 109

第5章 光学成像系统的传递函数 110

5.1 二维线性时、空不变系统 110

5.1.1 二维线性系统的定义 110

5.1.2 脉冲响应和叠加积分 111

5.2 二维傅里叶变换 111

5.2.1 二维傅里叶变换的定义及存在条件 112

5.2.2 可分离变量函数的傅里叶变换 112

5.2.3 具有圆对称函数的二维傅里叶变换—傅里叶-贝塞尔变换 112

5.2.4 二维傅里叶变换定理 113

5.2.5 常用函数和二维傅里叶变换 11

5.3 二维线性空不变系统：传递函数 117

5.4 二维抽样理论 118

5.4.1 函数的抽样 118

5.4.2 从抽样信号中恢复原函数 119

5.4.3 空间-带宽积 121

5.5 透镜的傅里叶变换 121

5.5.1 透镜的相位变换作用 121

5.5.2 透镜的傅里叶变换性质 122

5.6 光的时、空相干性理论 126

5.6.1 互相干函数与复相干度，交叉谱密度函数 126

5.6.2 光场自相干函数Γ（τ）和复自相干度 128

5.6.3 准单色条件下光场的互强度J和复相干因子μ 129

5.6.4 相干时间、相干长度、相干面积 130

5.7 成像系统的一般分析 131

5.7.1 透镜的点扩散函数PSF 131

5.7.2 衍射受限成像系统的点扩散函数-用光瞳函数代替透镜的孔径函数 134

5.8 衍射受限系统的相干传递函数（CTF） 137

5.8.1 相干照明衍射受限系统的物像关系 137

5.8.2 衍射受限系统相干传递函数 137

5.9 衍射受限成像非相干系统的传递函数 138

5.9.1 非相干成像系统的光学传递函数（OTF） 138

5.9.2 光学传递函数（OTF）与相干传递函数CTF的关系 141

5.9.3 衍射受限的成像系统OTF 141

5.10 准单色光照明下衍射受限光学系统的部分相干传递函数 143

5.10.1 准单色光的传播和衍射 143

5.10.2 薄透明物体对互强度的调制 144

5.10.3 部分相干光的衍射 144

5.10.4 范西特-策尼克定理 146

5.10.5 部分相干场中透镜的傅里叶变换性质 149

5.10.6 准单色光照明的光学成像系统的传递函数 150

5.11 像差对传递函数的修正 152

习题 153

参考文献 157

第6章 光信息处理技术 158

6.1 空间滤波 158

6.1.1 阿贝成像理论 158

6.1.2 阿贝-波特实验 159

6.1.3 空间滤波系统 160

6.2 相干光学信息处理 162

6.2.1 相干光学滤波系统 162

6.2.2 空间滤波的傅里叶分析 163

6.2.3 空间光学滤波器的类型 166

6.2.4 光学系统补偿滤波器 168

6.2.5 几种相干处理技术 169

6.3 非相干光学处理及其应用 171

6.3.1 相干与非相干光学处理主要差异 172

6.3.2 图像的相乘和积分 174

6.3.3 非相干光学相关与卷积处理 175

6.3.4 基于衍射的非相干光学处理 177

6.3.5 基于非相干的多通道并行处理 179

习题 180

参考文献 181

第7章 光电信息的存储与显示 182

7.1 光存储技术 182

7.1.1 光盘存储 182

7.1.2 光全息存储 189

7.2 半导体存储技术 194

7.2.1 半导体存储器特点 195

7.2.2 半导体存储器的分类 195

7.2.3 半导体存储器的基本结构和组成 197

7.2.4 快闪存储器 199

7.3 显示器的结构、分类及其性能比较 201

7.3.1 显示器的功能、性能、基本结构和分类 201

7.3.2 显示器件基本特性的比较 204

7.4 典型显示器的工作原理和基本技术 205

7.4.1 液晶显示器（LCD） 205

7.4.2 单晶硅反射式液晶（LCOS）技术 211

7.4.3 等离子体显示器（PDP） 213

7.4.4 有机发光显示技术（OLED） 218

习题 221

参考文献 222

第8章 典型光电信息系统 223

8.1 人眼屈光度光电测试系统 223

8.1.1 屈光度光学测量原理 223

8.1.2 眼底图像信息的采集与处理 224

8.1.3 眼底图像信息的采集与处理结果 225

8.2 高能X射线计算机层析光电成像系统 225

8.2.1 X射线的计算层析（CT）原理 225

8.2.2 高能X射线CT光电成像系统的构成 227

8.2.3 疵病检测实例 228

8.3 基于光栅衍射的窄脉冲激光光电告警系统 229

8.3.1 激光光电告警系统的总体结构 229

8.3.2 基于光栅衍射的窄脉冲激光波长和方向探测原理 230

8.3.3 干涉条纹的实时采集与处理 231

8.3.4 样机及其技术指标 232

8.4 弹丸飞行速度的光电测试技术 233

8.4.1 光电测速靶的基本原理及组成 233

8.4.2 光电靶的类型 234

8.5 基于黑体辐射的瞬态高温测量及校准技术 235

8.5.1 蓝宝石光纤瞬态表面高温技术 235

8.5.2 瞬态表面温度动态校准仪 240

8.6 基于气体特征光谱吸收的瓦斯浓度光电监测系统 243

8.6.1 瓦斯浓度光谱检测的基本原理 243

8.6.2 差分吸收检测系统 245

8.6.3 波长调制检测系统 246

8.7 光电混合实时指纹识别系统 248

8.7.1 光学指纹获取技术 248

8.7.2 基于联合变换相关（JTC）和液晶光阀的指纹实时识别系统 249

习题 252

参考文献 252

附录A 现代光电信息技术与应用信息源 254

附录B 光电信息技术汉英名词术语对照 257

附录C 缩略词 265