光电子技术原理与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 光电子技术概念的演变 1

1.2 光电子技术及发展 1

1.3 光电子技术的内容 3

1.4 光电子技术的功能 4

1.5 光电子技术的应用 5

1.6 光电子产业及其发展趋势 6

1.6.1 光电子产业的最新动态 6

1.6.2 不断涌现的光电子新奇产业 7

1.7 学习光电子技术的意义 8

第2章 辐射度学与光度学基础知识 9

2.1 光的基本概念 9

2.1.1 电磁波谱及其产生方式 9

2.1.2 电磁波谱中的光学区 11

2.1.3 光子及其能量和动量 11

2.2 立体角及其计算 12

2.2.1 立体角的定义 12

2.2.2 曲面的立体角 12

2.2.3 立体角的计算举例 13

2.3 描述辐射场的物理量 14

2.3.1 辐射度学中的基本物理量 14

2.3.2 全辐射量与光谱辐射量 17

2.3.3 光子辐射量 18

2.3.4 辐射度学中的基本物理量小结 19

2.4 人眼与光度量 20

2.4.1 明视觉、暗视觉和中间视觉 20

2.4.2 视见函数 20

2.4.3 基本光度学量 22

2.4.4 光度学中的基本物理量小结 26

2.5 光度量与辐射度量的对照 26

2.6 辐射度学和光度学中的基本定律 27

2.6.1 辐射强度余弦定理 27

2.6.2 距离平方反比定律 28

2.6.3 亮度守恒定律 29

第3章 光电子技术中的常用光源 30

3.1 光源的基本特征参数 30

3.1.1 辐射效率和发光效率 30

3.1.2 光谱功率分布 31

3.1.3 空间光强分布 31

3.2 黑体辐射 32

3.2.1 单色吸收比和单色反射比 32

3.2.2 黑体 32

3.2.3 基尔霍夫定律 32

3.2.4 黑体辐射规律 33

3.3 热辐射光源 36

3.3.1 黑体辐射器 36

3.3.2 太阳 36

3.3.3 白炽灯 37

3.3.4 卤钨灯 38

3.4 气体放电光源 39

3.4.1 气体放电光源的原理及特点 39

3.4.2 常用的气体放电光源 40

3.5 电致发光光源 43

3.5.1 电致发光光源的发展 43

3.5.2 电致发光光源的类型 43

3.5.3 交流粉末电致发光光源 43

3.5.4 直流粉末电致发光光源 45

3.5.5 薄膜电致发光光源 45

3.6 激光 48

3.6.1 激光发展简史 48

3.6.2 光与物质的相互作用 49

3.6.3 粒子数密度反转分布 50

3.6.4 光学谐振腔与激光的形成 51

3.6.5 激光器的基本构成要素 53

3.6.6 激光器的类型 54

3.7 半导体光源 61

3.7.1 半导体基础知识 61

3.7.2 发光二极管 67

3.7.3 半导体激光器 75

3.8 同步辐射光源 86

3.8.1 同步辐射光源的发展与现状 86

3.8.2 同步辐射光源的构造 88

3.8.3 同步辐射光源的主要特征 90

3.8.4 中国大陆地区的同步辐射光源 91

第4章 光辐射的传播 94

4.1 光辐射的电磁理论 94

4.1.1 麦克斯韦方程组 94

4.1.2 电磁场的波动方程 96

4.1.3 光辐射场的亥姆霍兹方程 96

4.1.4 电磁场的边界条件 97

4.2 光辐射在大气中的传播 97

4.2.1 大气的基本组成与气象条件 98

4.2.2 大气对光辐射的衰减 99

4.2.3 大气吸收及大气窗口 101

4.2.4 大气湍流效应 102

4.3 光辐射在水中的传播 104

4.3.1 水对光束传播的衰减 104

4.3.2 光辐射在水中传播时的散射现象 106

4.4 光辐射在电光晶体中的传播 107

4.4.1 折射率椭球 107

4.4.2 电致折射率变化 108

4.4.3 单轴晶体的电致折射率变化 109

4.4.4 电光相位延迟 110

4.5 光波在声光晶体中的传播 113

4.5.1 声波在声光介质中传播时的两种形式 113

4.5.2 拉曼—纳斯衍射 114

4.5.3 布喇格衍射 116

4.6 光辐射在磁光介质中的传播 118

4.6.1 磁光效应 118

4.6.2 磁光效应的一般原理 121

4.6.3 法拉第旋转效应 123

4.6.4 法拉第磁光效应的理论分析 124

4.6.5 法拉第磁光效应的测量 127

4.6.6 法拉第磁光效应的应用 128

4.7 光波在光纤中的传播 130

4.7.1 光纤的结构 130

4.7.2 光纤的类型 131

4.7.3 光纤的结构参数 133

4.7.4 光在阶跃光纤中传输时的线光学分析 135

4.7.5 光在渐变折射率光纤中传输时的线光学分析 137

4.7.6 光纤的传输特性 138

第5章 光辐射的调制原理与技术 142

5.1 光辐射调制的基本原理与类型 142

5.1.1 振幅调制 142

5.1.2 频率调制和相位调制 144

5.1.3 强度调制 147

5.1.4 脉冲调制 147

5.1.5 脉冲编码调制 148

5.1.6 光辐射调制的基本技术 149

5.2 机械调制 149

5.3 电光调制 151

5.3.1 电光强度调制 151

5.3.2 电光相位调制 156

5.3.3 电光调制器的电学性能 156

5.3.4 电光晶体材料简介 159

5.4 声光调制 159

5.4.1 声光效应 159

5.4.2 声光调制系统的组成 160

5.4.3 声光调制器的工作原理 160

5.4.4 调制带宽 164

5.4.5 声光波导调制器 165

5.4.6 声光调制的应用 166

5.5 磁光调制技术 167

5.5.1 磁光调制器 168

5.5.2 磁光波导型器件 169

5.5.3 磁光调制技术的应用举例 170

5.6 直接调制原理与技术 171

5.6.1 半导体激光器（LD）的直接调制 171

5.6.2 发光二极管（LED）的直接调制 172

5.6.3 半导体光源的调制深度 173

5.6.4 半导体光源的脉冲编码数字调制 173

第6章 光辐射的探测原理与技术 175

6.1 光电探测的物理基础 175

6.1.1 光电发射效应 175

6.1.2 光电导效应 175

6.1.3 光伏效应 176

6.1.4 温差电效应 177

6.1.5 热释电效应 177

6.1.6 光子效应和光热效应 178

6.2 光电转换定律 178

6.3 光电探测器的性能参数 179

6.3.1 积分灵敏度R 179

6.3.2 光谱灵敏度Rλ与相对光谱灵敏度Sλ 179

6.3.3 频率响应灵敏度Rf 181

6.3.4 决定光电流i的因素 182

6.3.5 量子效率η 182

6.3.6 通量阈Pth和噪声等效功率NEP 182

6.3.7 归一化探测度D 183

6.3.8 光电探测器的噪声 184

6.4 基于光热效应的探测器 186

6.4.1 热探测器原理概述 186

6.4.2 热敏电阻 188

6.5 基于光电导效应的探测器——光敏电阻 192

6.5.1 光敏电阻的结构 192

6.5.2 光敏电阻的光电转换原理 192

6.5.3 光敏电阻的基本特性及主要参数 193

6.5.4 偏置电路 196

6.5.5 典型的光敏电阻 197

6.5.6 光敏电阻的使用注意事项 198

6.6 基于PN结光伏效应的探测器 198

6.6.1 PN结光伏探测器的光电转换规律 198

6.6.2 光伏探测器的工作模式 199

6.6.3 光电池（太阳电池） 200

6.6.4 光电二极管 203

6.6.5 光电三极管 211

6.7 基于外光电效应的光电探测器 212

6.7.1 光电管 212

6.7.2 光电倍增管 214

第7章 光辐射的成像技术 219

7.1 光电成像技术概述 219

7.1.1 光电成像技术的发展 219

7.1.2 光电成像技术的分类 220

7.2 真空成像器件 220

7.2.1 像管 220

7.2.2 摄像管 226

7.3 固体成像器件 228

7.3.1 CCD摄像器件 229

7.3.2 CID和CMOS摄像器件 234

第8章 光辐射的显示技术 239

8.1 显示技术概述 239

8.1.1 显示技术 239

8.1.2 显示技术的应用 239

8.1.3 显示技术的发展与分类 240

8.2 阴极射线管 241

8.2.1 黑白CRT的构造和工作原理 241

8.2.2 彩色CRT的构造和工作原理 242

8.2.3 CRT显示器的主要单元 243

8.2.4 CRT的特征参数 246

8.3 等离子体显示 248

8.3.1 等离子体知识概述 249

8.3.2 PDP显示屏的基本结构与工作原理 250

8.3.3 PDP板的显示原理 251

8.3.4 PDP显示器件的特点 253

8.3.5 PDP显示器件的性能指标 253

8.4 液晶显示 254

8.4.1 液晶 254

8.4.2 液晶的电光效应 255

8.4.3 液晶显示器件的结构与驱动特点 256

8.4.4 液晶显示器件的种类与工作原理 257

8.4.5 液晶显示的驱动 260

8.4.6 液晶显示的技术参数 263

8.5 发光二极管显示 265

8.5.1 LED显示器件的显示原理 265

8.5.2 LED显示器件的扫描驱动电路 266

8.5.3 LED显示器的技术指标 266

8.6 数字光处理显示 269

8.6.1 DMD的结构 269

8.6.2 DLP投影机的工作原理 270

8.6.3 DLP投影机的主要工作方式 271

8.6.4 DLP显示技术的特点 272

8.7 电泳显示 272

8.7.1 电泳显示技术的发展 272

8.7.2 电泳显示原理 273

8.7.3 影响EPD显示性能的因素 274

8.7.4 EPD显示技术的优势 275

第9章 光信息存储技术 276

9.1 光存储技术概述 276

9.1.1 光存储技术的概述 276

9.1.2 光存储技术的发展 277

9.1.3 光存储技术的特点 278

9.2 光盘存储系统及工作原理 279

9.2.1 光盘存储器的结构 279

9.2.2 光头的分类及结构 280

9.2.3 光盘衬盘 281

9.2.4 光盘存储的数据通路 282

9.2.5 光盘的读写原理 283

9.2.6 光盘的特性参数 284

9.2.7 光盘的类型 284

9.3 只读存储光盘 285

9.3.1 ROM的存储原理 285

9.3.2 ROM主盘与副盘的制备 285

9.3.3 ROM的“2P”复制 286

9.4 一次写入光盘 287

9.4.1 一次写入方式 287

9.4.2 写／读光盘对存储介质的基本要求 288

9.4.3 WORM光盘的存储原理 288

9.5 可擦重写光盘 290

9.5.1 可擦重写相变光盘存储原理 290

9.5.2 可擦重写磁光光盘存储 293

9.6 DVD光盘技术 294

9.6.1 DVD光盘的物理结构 295

9.6.2 DVD光盘的数据结构 296

9.7 光信息存储新技术 297

9.7.1 光全息存储 297

9.7.2 光致变色存储 302

9.7.3 电子俘获光存储 304

9.7.4 持续光谱烧孔存储 306

9.7.5 其他光存储技术 308

第10章 光电子技术应用举例 313

10.1 光电子技术在光纤通信领域的应用 313

10.1.1 光纤通信的发展 313

10.1.2 光纤通信系统的基本组成 314

10.2 光电子技术在光纤传感领域的应用 315

10.2.1 光纤布喇格光栅传感器的原理 315

10.2.2 分布式光纤传感器的原理 317

10.2.3 光纤传感器产品的应用与开发 317

10.3 光电子技术在激光雷达中的应用 320

10.3.1 激光雷达系统的结构与探测原理 320

10.3.2 瑞利—拉曼—米散射激光雷达系统 321

10.3.3 瑞利激光雷达的反演原理 322

10.4 光电子技术在激光制导领域的应用 325

10.4.1 激光制导的物理原理 325

10.4.2 激光制导的分类 326

10.4.3 激光寻的制导武器 326

10.4.4 激光驾束制导武器 327

10.4.5 激光制导武器的发展趋势 328

10.5 光电子技术在遥感技术中的应用 329

10.5.1 遥感技术的分类 329

10.5.2 遥感技术系统 330

10.5.3 红外扫描成像遥感仪 330

10.5.4 遥感技术的特性 331

10.6 光电子技术在医学与生物学领域的应用 331

10.6.1 光活检技术 332

10.6.2 非消融性光疗技术 333

10.6.3 生物光子技术 335

10.6.4 医学微光机电系统（MOEMS） 336

参考文献 338