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目录 1

第一章　激光基本原理 1

1.1　激光的特性 1

1.2　相干性的光子描述 2

1.2.1　光子的基本性质 2

1.2.2　光子的相干性和光子简并度 3

1.3　光的受激辐射基本概念 4

1.3.1 自发辐射和受激辐射 5

1.3.2　受激辐射的相干性 7

1.4　光谱线的宽度 线型函数 7

1.4.1　均匀加宽线型函数 8

1.4.2　非均匀加宽线型函数 10

1.5.2　小信号增益系数 11

1.5.1　实现光放大的条件 11

1.5　光的受激辐射放大 11

1.5.3　增益饱和 12

1.6　光的自激振荡 14

1.6.1 自激振荡概念 14

1.6.2　激光振荡条件 15

1.7　光学谐振腔 15

1.7.1　共轴球面腔的稳定条件 16

1.7.2　光学谐振腔的损耗 16

1.8　腔模的物理概念 17

1.9　高斯光束的基本性质 18

1.9.1　基模高斯光束 18

1.9.2 基模高斯光束在自由空间的传输规律 19

1.9.3　高斯光束的q参数及其变换规律 20

练习及思考题 23

第二章　激光器 24

2.1　气体和液体激光器 24

2.1.1　原子气体激光器 24

2.1.2　离子气体激光器 29

2.1.3　分子气体激光器 32

2.1.4　染料激光器 39

2.2　固体激光器 41

2.2.1 固体激光器概述 41

2.2.2　红宝石激光器 42

2.2.3 Nd3＋：YAG激光器 43

2.2.4　半导体激光泵浦的固体激光器 44

2.2.5　其他固体激光器 47

2.3　半导体激光器 48

2.3.1　半导体的能带结构 49

2.3.2　半导体激光器的工作原理 50

2.3.3　异质结半导体激光器的工作原理 54

2.3.4　量子阱半导体激光器 57

2.4 自由电子激光器 60

练习与思考题 61

第三章　激光控制技术 63

3.1　激光器的模式选择技术 63

3.1.1　激光器的模式 63

3.1.2　横模选择技术 65

3.1.3　纵模选择技术 68

3.2　激光器的稳频技术 73

3.2.1 简介 73

3.2.2　兰姆凹陷稳频 76

3.2.3　塞曼效应稳频 79

3.2.4　饱和吸收稳频 82

3.2.5　无源腔稳频 84

3.3 Q调制 84

3.3.1　脉冲激光器的特性 85

3.3.2　调Q激光器的基本理论 88

3.3.3　调Q技术 94

3.4　激光锁模技术 99

3.4.1　锁模的基本原理 99

3.4.2　锁模的方法 101

3.4.3　单一脉冲的选取及超短脉冲测量技术 110

练习与思考题 113

4.1　光调制的基本概念 115

4.1.1　振幅调制 115

第四章 电光调制和扫描技术 115

4.1.2　频率调制和相位调制 116

4.1.3　强度调制 116

4.1.4　脉冲调制 117

4.1.5　脉冲编码调制 118

4.2　光波在晶体中的传播 119

4.2.1　极化率张量和介电系数张量 119

4.2.2　光在晶体中的传播特性 120

4.2.3　折射率椭球 122

4.3 电光效应 124

4.3.1　线性电光效应 124

4.3.2　两类典型晶体的线性电光效应 126

4.3.3　电光相位延迟 130

4.4 电光调制 133

4.4.1　电光强度调制 134

4.4.2　横向电光强度调制 136

4.4.3　电光相位调制 136

4.4.4 电光调制器的电学性能 137

4.4.5 电光波导调制器 140

4.5　电光扫描技术 143

4.5.1 电光扫描原理 143

4.5.2　电光数字式扫描 145

练习与思考题 145

第五章　声光调制和扫描技术 147

5.1 弹光效应 147

5.2　声光衍射现象 149

5.2.1　喇曼-奈斯声光衍射 150

5.2.2　布喇格衍射 152

5.2.3　布喇格衍射的理论分析——耦合波理论 155

5.3　声光调制器 157

5.3.1　声光调制器的工作原理 158

5.3.2　声光调制器的调制带宽 159

5.3.3　声光调制器的衍射效率 160

5.4　声光波导调制器 161

5.5　声光扫描 161

5.5.1　声光扫描原理 161

5.5.2　声光扫描器的主要性能参量 162

5.6　磁光调制 164

5.6.1 自然旋光现象 164

5.6.2　法拉第效应 165

5.6.3　磁光调制器 167

5.6.4　磁光隔离器 168

5.7　直接调制 168

5.7.1　半导体激光器直接调制的原理 169

5.7.2　半导体发光二极管的调制特性 170

5.7.3　半导体光源的模拟调制 170

5.7.4　半导体光源的脉冲编码数字调制 171

练习与思考题 171

第六章　光辐射在介质光波导中的传播 173

6.1　光纤中的射线分析 173

6.1.1　光纤结构与分类 173

6.1.2　阶跃型光纤的射线分析 175

6.1.3　渐变折射率光纤的射线分析 179

6.2　光纤衰减和色散特性 181

6.2.1　光纤的衰减 181

6.2.2　光纤色散、带宽和脉冲展宽参量间的关系 183

6.2.3　光纤孤子 186

6.3　光纤耦合技术 188

6.3.1 直接耦合 189

6.3.2　透镜耦合 189

6.3.3　光纤全息耦合 192

6.3.4　光纤的分光与合光装置 192

6.4　半导体激光放大器与光纤放大器 193

6.4.1　半导体激光放大器 193

6.4.2　光纤喇曼放大器 194

6.4.3　掺稀土元素（铒）光纤放大器 195

练习与思考题 196

第七章　光辐射探测器件 198

7.1　光电探测器的物理效应 198

7.1.1　光子效应和光热效应 199

7.2　光电探测器的特性参数 204

7.1.2　光电转换定律 204

7.2.1　灵敏度R 205

7.2.2　量子效率 206

7.2.3 通量阀Pth和噪声等效功率NEP 206

7.2.4　归一化探测度D 206

7.3　光辐射探测器件中的噪声 207

7.3.1　噪声的功率谱密度 208

7.3.2　一系列随机事件的谱密度函数 209

7.3.3　散粒噪声 210

7.3.4　产生-复合噪声 212

7.3.5　热噪声 213

7.3.6 1/f噪声 215

7.3.7 温度噪声 215

7.4　光电倍增管 216

7.4.1　半导体光电发射 217

7.4.2　实用的光电阴极 218

7.4.3　负电子亲和势光电阴极 220

7.4.4　光电倍增管的结构和工作原理 222

7.4.5　通道式和微通道板光电倍增管 225

7.5　光电导探测器 225

7.5.1　光电导器件工作特性 226

7.5.2　光电导器件的基本工作电路 230

7.6　光伏探测器 231

7.6.1　两种工作模式 231

7.6.2　光电池 232

7.6.3　光电二极管 233

7.7　热释电探测器 240

7.7.1　热释电现象 241

7.7.2　热释电探测器的工作特性 242

7.7.3　热释电晶体材料 244

7.7.4　热释电探测器的性能 244

7.8　电荷耦合器件 245

7.8.1 电荷耦合器件的基本原理 246

7.8.2 电荷耦合摄像器件的特性参数 247

练习与思考题 250

第八章　光电探测技术 252

8.1　直接探测系统 252

8.1.1　直接探测系统的信噪比性能分析 252

8.1.2　直接探测系统的NEP分析 253

8.2　光频外差探测 254

8.2.1　光频外差原理 254

8.2.2　光频外差的基本特性 255

8.2.3　光频外差探测的空间相位条件 258

8.3　信号起伏极限和背景起伏极限 260

8.3.1　信号起伏极限 261

8.3.2　背景起伏极限 261

8.4　噪声对最小可探测功率的限制 263

8.4.1　噪声对直接探测法最小可探测功率的限制 263

8.4.2　噪声对外差探测法最小可探测功率的限制 264

8.5　噪声对脉冲码调制系统误码率的影响 266

8.6　微弱信号的检测 267

8.6.1　窄带滤波法 267

8.6.2　同步累积法 268

8.6.3　锁定接收法 269

8.6.4　取样积分法 271

8.7　红外信息检测 272

练习与思考题 274

第九章　光电子技术应用 275

9.1 光盘技术 275

9.1.1　激光唱片 275

9.1.2　激光唱机的组成 277

9.1.3　可擦重写光盘 279

9.2　微光夜视技术 284

9.2.1　微光像增强器 284

9.2.2　微光摄像CCD器件 290

9.3　激光通信 291

9.3.1　激光通信的特点 291

9.3.2　激光通信原理 291

9.3.3　3种激光通信方式 292

9.4.1　激光雷达基本组成 294

9.4　激光雷达 294

9.4.2　激光雷达方程 295

9.4.3　激光雷达的应用 297

9.5　激光制导 297

9.5.1　激光目标指示器 298

9.5.2　激光寻的器 298

9.6　红外跟踪制导 299

9.6.1　红外点源制导系统 299

9.6.2　红外成像制导系统 301

9.7　激光核聚变 302

9.8　等离子体显示 303

9.8.1　气体放电的基本知识 304

9.8.2　交流型等离子体显示板 308

练习与思考题 310

参考文献 312