光电技术 十二五PDF电子书下载

第1章 辐射理论 1

1.1 辐射度学与光度学基本物理量 1

1.1.1 辐射度学的基本物理量 1

1.1.2 光度学的基本物理量 4

1.1.3 光子辐射量 7

1.1.4 辐射物性及其物理量 8

1.2 热辐射理论 14

1.2.1 基尔霍夫定律 14

1.2.2 朗伯余弦定律 15

1.2.3 距离平方反比定律 16

1.2.4 辐亮度守恒定律 17

1.2.5 普朗克公式 19

1.2.6 斯蒂芬-玻耳兹曼定律 26

1.2.7 维恩位移定律 27

1.2.8 热辐射理论的工程应用考虑 28

1.2.9 热辐射定律的其他形式 33

1.3 受激辐射理论 33

1.3.1 自发辐射、受激辐射和受激吸收 33

1.3.2 爱因斯坦关系式 35

1.3.3 光增益系数 35

1.3.4 自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽 38

习题 40

第2章 半导体光电子学基础 45

2.1 能带理论基础 45

2.1.1 能带图 45

2.1.2 半导体统计学 48

2.1.3 本征半导体与杂质半导体 51

2.1.4 补偿掺杂 55

2.1.5 简并与非简并半导体 55

2.1.6 外加电场中的能带图 56

2.1.7 直接带隙半导体与间接带隙半导体：E-k图 57

2.2 非平衡载流子 60

2.2.1 非平衡载流子寿命τ 60

2.2.2 非平衡载流子复合 61

2.2.3 陷阱效应 62

2.2.4 载流子的运动——扩散与漂移 63

2.2.5 半导体对光的吸收 65

2.3 P-N结 67

2.3.1 P-N结原理 67

2.3.2 P-N结能带图 78

2.4 半导体异质结与肖特基势垒 80

2.4.1 半导体异质结 80

2.4.2 肖特基势垒 83

2.5 光电效应 85

2.5.1 光电导效应 85

2.5.2 光生伏特效应 91

2.5.3 光电子发射效应 94

2.5.4 温差电效应 97

2.5.5 热释电效应 97

2.5.6 光子牵引效应 98

习题 99

第3章 光辐射源 101

3.1 光源的基本特性参数 101

3.1.1 辐射效率和发光效率 101

3.1.2 光谱功率分布 101

3.1.3 空间光强分布 102

3.1.4 光源的色温 103

3.1.5 光源的颜色 103

3.2 热辐射与气体放电光源 103

3.2.1 标准辐射源 105

3.2.2 几种工程用辐射源 106

3.2.3 太阳 108

3.2.4 月球、行星、恒星 109

3.2.5 地球 109

3.2.6 人体 109

3.3 载流子注入发光光源——发光二极管 110

3.3.1 工作原理 110

3.3.2 器件结构 111

3.3.3 LED材料 112

3.3.4 异质结高强度LED 115

3.3.5 LED特性 117

3.3.6 用于光纤通信的LED 119

3.4 受激辐射光源——激光器 121

3.4.1 激光器的工作原理 121

3.4.2 受激辐射率与爱因斯坦系数 122

3.4.3 气体激光器——He-Ne激光器 123

3.4.4 气体激光器的输出光谱 125

3.4.5 激光振荡条件 127

3.4.6 激光二极管原理 132

3.4.7 异质结激光二极管 136

3.4.8 激光二极管的基本特性 139

3.4.9 稳态半导体的速率方程 141

3.4.10 单频固体激光器 143

3.4.11 量子阱器件 145

3.4.12 垂直腔表面发射激光器 147

3.4.13 光学激光放大器 149

3.4.14 光纤放大器 150

习题 152

第4章 光电探测器 164

4.1 光电探测器的性能参数与噪声 164

4.1.1 光电探测器的性能参数 164

4.1.2 光电探测器的噪声 168

4.2 光子探测器 171

4.2.1 光电子发射探测器 171

4.2.2 P-N结光电二极管 178

4.2.3 光电导探测器与光导增益 195

4.2.4 光子探测器中的噪声 198

4.2.5 其他光子探测器简介 200

4.3 热探测器 202

4.3.1 温差热电偶和热电堆 202

4.3.2 测辐射热计 206

4.3.3 热释电探测器 208

习题 210

第5章 光伏器件 220

5.1 太阳能光谱 220

5.2 光伏器件原理 222

5.3 P-N结光伏I-V器件特性 224

5.4 串联电阻及等效电路 227

5.5 温度效应 230

5.6 太阳能电池材料、器件及效率 231

习题 235

第6章 晶体光学基础与光调制 238

6.1 光的偏振 238

6.1.1 偏振态 238

6.1.2 马吕斯定律 240

6.2 各向异性介质中光的传播——双折射 241

6.2.1 光学各向异性 241

6.2.2 单轴晶体与Fresnel折射率椭球 242

6.2.3 方解石的双折射 245

6.2.4 二向色性 246

6.3 双折射光学器件 247

6.3.1 延迟片 247

6.3.2 Soleil-Babinet补偿器 248

6.3.3 双折射棱镜 249

6.4 光学活性与圆双折射 250

6.5 电光效应 252

6.5.1 定义 252

6.5.2 Pockels效应 253

6.5.3 Kerr效应 256

6.6 集成光学调制器 257

6.6.1 相位与偏振调制 257

6.6.2 Mach-Zehnder调制器 258

6.6.3 耦合波导调制器 259

6.7 声光调制器 261

6.8 磁光效应 263

6.9 非线性光学与二次谐波的产生 264

6.10 调制盘 267

6.10.1 调制盘的空间滤波作用 268

6.10.2 调制盘提供目标的方位信息 269

6.11 光栅莫尔条纹调制 271

6.11.1 长光栅莫尔条纹调制 272

6.11.2 圆光栅莫尔条纹调制 274

习题 276

第7章 光电成像器件 284

7.1 光电成像器件的基本特性 284

7.1.1 光谱响应 284

7.1.2 光电转换特性 285

7.1.3 时间响应特性 287

7.2 光电成像原理与电视制式 289

7.2.1 光电成像原理 289

7.2.2 电视制式 291

7.3 真空摄像管 292

7.3.1 氧化铅摄像管的结构 292

7.3.2 其他摄像管的靶结构简介 293

7.3.3 摄像管的性能参数 294

7.4 电荷耦合器件（CCD） 297

7.4.1 电荷存储 298

7.4.2 电荷耦合 300

7.4.3 电荷的注入和检测 301

7.4.4 CCD的特性参数 304

7.4.5 电荷耦合摄像器件 306

7.5 变像管和像增强器 313

7.5.1 概述 313

7.5.2 电子轰击电荷耦合成像器件（EB-CCD） 316

7.5.3 微光成像器件的主要性能指标 326

7.5.4 微光CCD成像器件的主要技术 328

7.5.5 耦合增益与耦合损耗 332

7.6 红外焦平面成像器件 335

7.6.1 红外焦平面阵列（IRFPA）成像器件概述 335

7.6.2 红外焦平面阵列器件构成原理 337

7.6.3 红外焦平面使用的两种光伏探测器阵列 342

7.6.4 量子阱探测器（QWIP）及IRFPA 343

7.6.5 红外焦平面器件的读出电路 349

7.6.6 红外焦平面器件的输入电路 356

7.6.7 红外焦平面的特性参数及其测试评价 359

7.7 CMOS图像传感器 364

7.7.1 CMOS图像传感器的结构和原理 364

7.7.2 CMOS图像传感器的特性参数 368

7.7.3 CMOS摄像器件的技术发展与应用前景 373

7.8 自扫描光电二极管阵列（SSPA） 378

7.8.1 SSPA的结构及原理 378

7.8.2 SSPA的类型、信号读出及放大电路 379

7.8.3 SSPA的应用性能 381

习题 382

第8章 光学信息存储 385

8.1 光学存储介质与存储密度 385

8.1.1 光学存储介质 385

8.1.2 光学存储密度 390

8.2 光存储类型概述 392

8.2.1 光学磁带 392

8.2.2 光盘 392

8.2.3 光盘存储的类型 393

8.2.4 光盘存储的特点 393

8.3 只读存储光盘 394

8.3.1 ROM光盘的存储原理 394

8.3.2 ROM光盘主盘与副盘制备 395

8.4 一次写入光盘 396

8.4.1 写入方式 396

8.4.2 光盘读／写对存储介质的基本要求 396

8.4.3 WORM光盘的存储原理 398

8.5 可擦重写光盘 399

8.5.1 可擦重写相变光盘的原理 400

8.5.2 可擦重写磁光光盘的原理 404

8.6 光盘衬盘材料 407

8.6.1 光盘规格 407

8.6.2 衬盘材料的选择 407

8.7 三维光学存储 409

8.7.1 多层光盘 409

8.7.2 光子选通三维光学存储器 409

8.7.3 叠层的三维光存储器 410

8.7.4 持续光谱烧孔三维光信息存储 413

8.7.5 电子俘获光存储技术 414

8.8 全息光学存储 416

8.8.1 全息技术原理 416

8.8.2 平面全息存储器 417

8.8.3 堆叠全息图的三维光学存储器 420

8.8.4 体全息三维光学存储器 423

8.8.5 三维随机存取存储器光路 425

8.8.6 顺序结构全息存储器 426

8.9 近场光学存储 427

8.10 五维光学存储 429

习题 434

第9章 光电信息显示 439

9.1 颜色与色度基础 439

9.1.1 颜色 439

9.1.2 视觉 440

9.1.3 色度坐标系 440

9.1.4 彩色重现 445

9.2 阴极射线管显示 446

9.2.1 显像管基本结构与工作原理 446

9.2.2 主要单元 446

9.2.3 CRT显示器的驱动与控制 449

9.2.4 彩色CRT 450

9.2.5 CRT的特点及应用 456

9.3 液晶显示 456

9.3.1 液晶的基本知识 457

9.3.2 扭曲向列型液晶显示（TN-LCD） 460

9.3.3 超扭曲向列型液晶显示（STN-LCD） 464

9.3.4 有源矩阵液晶显示（AM-LCD） 467

9.4 等离子体显示 470

9.4.1 气体放电基本知识 471

9.4.2 单色等离子体显示 472

9.4.3 彩色等离子体显示 475

9.5 场致发光显示 476

9.5.1 LED与无机LED 477

9.5.2 OLED 478

9.5.3 高场电致发光显示 480

9.6 其他二维显示技术 481

9.6.1 投影显示 481

9.6.2 真空荧光显示 483

9.6.3 电致变色显示 484

9.6.4 电泳显示 484

9.7 三维全息显示 485

9.7.1 全息技术原理 485

9.7.2 光学扫描全息 489

9.7.3 合成孔径全息技术 490

习题 492

第10章 光电探测方式与探测系统 494

10.1 双元探测方式 494

10.2 四象限探测方式 497

10.3 光机扫描探测方式 502

10.4 线阵器件的探测方式 507

10.4.1 输出二进像信号的工作方式 507

10.4.2 输出灰度像信号的工作方式 510

10.5 光学视觉传感器 512

10.5.1 被动三维视觉传感 513

10.5.2 主动三维视觉传感 514

10.6 直接探测系统 517

10.6.1 系统类型 517

10.6.2 光电探测系统的指标 519

10.6.3 直接探测系统简介 520

10.6.4 直接探测系统的作用距离 523

10.6.5 直接探测系统的视场 528

10.7 相干探测方法 533

10.7.1 相干探测的原理 534

10.7.2 相干探测的特点 536

10.7.3 相干探测的空间条件和频率条件 539

习题 542

附录 黑体的F（λT）函数表 544