绪论 1
第1章 光本性理论的发展 4
1.1早期学说 4
1.1.1经典粒子与波动 4
1.1.2光的微粒说 4
1.1.3光的波动说 5
1.2光的电磁理论 5
1.2.1电磁感应定律 5
1.2.2 Maxwe11电磁理论 6
1.2.3光的电磁理论概述 7
1.3光波的叠加与干涉 8
1.3.1光波的独立传播性 8
1.3.2光波叠加原理 9
1.3.3光波的相干条件 9
1.4相干性的进一步讨论 10
1.4.1复色场的复表示 10
1.4.2空间和时间相干度 11
1.4.3空间和时间相关性的测量 12
1.5早期光量子论及波粒二象性 15
1.5.1辐射与能量子概念 15
1.5.2光电效应与光量子概念 17
1.5.3康普顿散射和光量子性的进一步证实 19
1.5.4光的波粒二象性 20
1.6现代光量子理论简介 21
1.6.1矢量空间和线性算符 22
1.6.2一维谐振子 24
1.6.3电磁场的量子化 28
1.6.4相干光子态 30
1.6.5密度算符和量子分布 34
1.6.6量子光学简介 37
小结 40
习题 40
第2章 光辐射与辐射源 41
2.1原子发光机理 41
2.1.1α粒子散射和原子的核式结构 41
2.1.2氢原子光谱和玻尔原子模型 42
2.1.3量子力学和原子发光 44
2.1.4光谱线的展宽 52
2.2自发辐射和普通光源 55
2.3激光产生机理 56
2.3.1激光器的腔模概念 56
2.3.2激光产生的必要条件 56
2.3.3激光产生的充分条件 60
2.4激光的物理特性 62
2.4.1单色性与时间相干性 62
2.4.2方向性和空间相干性 63
2.4.3高阶相关 63
2.4.4高亮度 64
2.5激光器的工作特性简介 64
2.5.1超短脉冲特性 64
2.5.2频率稳定特性 65
2.6半导体的能带结构和电子状态 65
2.6.1能带概念的引入 65
2.6.2半导体中的电子状态 65
2.7激发与复合辐射 67
2.7.1直接跃迁和半导体发光材料 67
2.7.2态密度和电子的激发 68
2.7.3非本征半导体材料的PN结 70
2.8发光二极管工作机理 71
2.9半导体激光器 72
2.9.1半导体中的光增益 72
2.9.2损耗和阈值振荡条件 73
2.10异质结半导体激光器 74
2.10.1异质结 75
2.10.2激光器的结构 76
小结 77
习题 77
第3章 块状固体激光器 78
3.1概述 78
3.2 LD泵浦固体激光器 79
3.2.1与闪光灯泵浦的比较 79
3.2.2二极管激光泵浦固体激光器的阈值功率和高于阈值的工作 80
3.2.3 LD泵浦固体激光器的结构 83
3.3薄片激光器 84
3.3.1薄片介质及泵浦 85
3.3.2薄片激光器工作原理 85
3.3.3“液体”激光器 86
3.4板条激光器 87
3.5固体的热容 88
3.5.1固体热容的经典理论 89
3.5.2固体热容的量子理论 89
3.6激光器的热容工作 92
3.6.1储热与升温 92
3.6.2温度分布与热应力 95
3.6.3光束畸变 97
3.6.4热容激光器一例 98
小结 98
习题 99
第4章 光纤激光器 100
4.1引言 100
4.2几种稀土离子的能级和谱 100
4.2.1概述 101
4.2.2硅光纤中几种稀土离子的激光能级和谱 102
4.2.3氟光纤中几种稀土离子的激光能级和谱 105
4.3模及单模运转条件 109
4.3.1块状工作介质 109
4.3.2光纤工作物质 111
4.3.3模特性与截止频率 111
4.3.4光纤激光器的基本结构 116
4.4双包层光纤激光器 116
4.4.1单包层光纤的限制 116
4.4.2双包层光纤激光器 117
4.4.3光子晶体光纤激光器简介 121
4.5受激散射光纤激光器 121
4.5.1 Raman散射光纤激光器 122
4.5.2受激布里渊散射光纤激光器 123
4.6调Q和锁模光纤激光器 125
4.6.1光纤激光器的调Q工作 125
4.6.2光纤激光器的锁模工作 126
小结 127
习题 128
第5章 光传输与传输介质 129
5.1光线在均匀介质及介质界面的传输 129
5.1.1光线在均匀介质中的传输 129
5.1.2光线在介质界面的透射传输 130
5.1.3光线通过薄透镜的传输 131
5.2高斯光束的传输 132
5.2.1 Gauss光束及其特征参数 133
5.2.2 Gauss光束在自由空间的传输 133
5.2.3 Gauss光束通过薄透镜的传输 134
5.3平面介质波导的射线光学理论 135
5.3.1光线在介质界面的反射和折射 135
5.3.2光线在平板波导中的传播 136
5.3.3平板介质波导中的导波 138
5.3.4 Goos-Hanchen位移和波导层的有效厚度 138
5.4平板波导的电磁理论基础 140
5.4.1麦克斯韦方程组的一般形式 140
5.4.2平板波导中的麦克斯韦方程组 142
5.4.3 TE波场方程的解 143
5.4.4 TE波的模和截止条件 145
5.4.5导波模的性质 148
5.5通道波导简介 149
5.5.1通道波导的种类 149
5.5.2矢量波方程 150
5.5.3标量方程近似及分离变量法 151
5.5.4标量方程的其他解法简介 152
5.6导波模耦合理论简介 154
5.6.1方向耦合基本概念 154
5.6.2耦合波方程 155
5.6.3耦合波标量方程 155
5.6.4标量方程的解 158
5.6.5周期波导 159
5.6.6波导模的传输 160
5.7半导体波导理论 162
5.7.1改变半导体折射率的方法 162
5.7.2半导体平板波导 164
5.7.3通道波导 166
5.7.4耦合效应 167
5.7.5半导体波导中的损耗 169
5.8波导理论的新进展 171
5.8.1非线性波导中的二次谐波产生 171
5.8.2光波导的非正交耦合模理论 173
5.9绝缘晶体波导器件 174
5.9.1方向耦合器 175
5.9.2平衡桥干涉仪和交叉波导 176
5.9.3干涉滤波器 178
5.9.4耦合模滤波器 178
5.9.5偏振选择装置 180
5.9.6透射光栅 181
5.9.7反射光栅 182
5.9.8电光光栅和声光光栅 182
5.9.9光栅耦合器 183
5.10半导体波导装置 184
5.10.1半导体被动波导 184
5.10.2电光波导调制器 188
5.10.3光电集成回路 189
5.11光波导应用举例 190
5.11.1平面集成光学RF谱分析仪 190
5.11.2波导芯片连接器 191
5.11.3通道波导A/D转换器 192
5.11.4导波光通信 192
5.12 MOEMS简介 194
5.12.1衍射微透镜 194
5.12.2折射微透镜 195
5.12.3 MOEM系统 195
小结 196
习题 196
第6章 光电探测与探测器 197
6.1光电探测器性能概述 197
6.1.1响应率 198
6.1.2等效噪声功率 198
6.1.3探测率 198
6.1.4量子效率 199
6.1.5响应时间 199
6.1.6线性区 199
6.1.7噪声 199
6.2光探测器工作基础 201
6.2.1外光电效应 201
6.2.2光电导效应 201
6.2.3光生伏特效应 202
6.2.4光-热-电效应 203
6.3（基于外光电效应的）光电子发射型光电探测器 204
6.3.1光电倍增管的结构及工作 204
6.3.2光电倍增管的主要性能 206
6.4光电导型探测器 207
6.4.1概述 207
6.4.2 Hg1-xCdx Te光导探测器的性能 208
6.5光伏型探测器 210
6.5.1概述 210
6.5.2 PN结光电二极管电流特性简介 211
6.5.3响应率与探测率 213
6.5.4噪声 214
6.6直接探测技术 215
6.6.1环境辐射 215
6.6.2直接探测中的噪声 217
6.6.3归一化探测率Dλ 217
6.7光相干探测技术简介 217
6.7.1光相干探测原理 218
6.7.2光相干探测的特性 219
小结 219
习题 219
第7章 光电成像与成像系统 220
7.1概述 220
7.2图像探测器简介 220
7.2.1真空成像器件 220
7.2.2 CCD成像器件 221
7.2.3 CID成像器件 222
7.3点扩展函数及基于点扩展函数的性能指标 223
7.3.1点扩展函数 223
7.3.2 Strehl比 224
7.3.3圆围能量与空间频率的关系 225
7.4光学传递函数概念 226
7.5调制传递函数 227
7.5.1调制 227
7.5.2调制传递函数 227
7.6光学系统的调制传递函数MTF 228
7.6.1衍射极限MTFd 228
7.6.2像差影响 229
7.6.3离焦的影响 229
7.7光电成像系统简介 229
7.7.1非扫描光电成像系统简介 229
7.7.2扫描光电成像系统简介 230
7.7.3光学成像系统性能指标 230
7.8非扫描成像系统性能的进一步描述 231
7.8.1视场 231
7.8.2噪声与信噪比 231
7.8.3分段凝视或栅格扫描 232
7.9扫描成像系统性能的进一步描述 232
7.9.1扫描成像系统的工作原理 232
7.9.2扫描成像系统中的噪声 233
小结 233
习题 233
第8章 非线性光学基础 234
8.1概述 234
8.1.1非线性波方程 234
8.1.2方程的慢变化包络近似形式 235
8.1.3材料的非线性及其与光波的耦合 236
8.2光学相位共轭 237
8.2.1相位共轭波的定义 237
8.2.2 PCM与CPM的比较 237
8.3三波混频 240
8.3.1相位匹配三波混频 240
8.3.2相位失配三波混频 241
8.4简并四波混频 241
8.4.1 FWM产生的前向共轭波 242
8.4.2 FWM产生的后向共轭波 242
8.4.3 DFWM相位共轭的实验研究 244
8.5近简并四波混频 246
8.6谐振DFWM 249
8.6.1定性描述 249
8.6.2定量讨论 250
8.7光子回波 255
8.7.1二能级系统中光子回波的定性描述 255
8.7.2光子回波相位共轭的定量结果 257
8.8受激散射 261
8.8.1受激喇曼散射 261
8.8.2受激布里渊散射 262
8.9光折变效应和材料 264
8.9.1光折变效应 264
8.9.2几种光折变材料 269
8.10自泵浦相位共轭 274
8.10.1有两块外加反射镜的情况 274
8.10.2只有一块反射镜的情况 275
8.10.3无外加反射镜的情况 276
小结 278
习题 278
附录 常用物理常数 279
术语索引 280
参考文献 283