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第1章 光子和电子1

1.1概述1

1.2发展简史1

1.3光的波动性3

1.4偏振6

1.5电磁波谱8

1.6发射和吸收过程9

1.7光子统计学10

1.8电子的特性12

1.9激光20

1.10总结20

练习题20

参考文献21

推荐阅读资料21

第2章 光的波动性22

2.1概述22

2.2电磁波谱22

2.3波的表现形式22

2.4电磁波25

2.4.1速度和折射率25

2.4.2能量、功率和强度27

2.4.3光学偏振29

2.5反射和折射30

2.6全内反射37

2.7光的干涉40

2.8光的波导42

2.9干涉仪44

2.10衍射51

2.11高斯光束和稳态光学谐振器56

2.12结论58

练习题58

参考文献59

推荐阅读资料59

第3章 偏振光学60

3.1概述60

3.2偏振椭球60

3.3晶体光学63

3.4减速波片66

3.5一种可变化的波片：索雷-巴俾涅补偿器69

3.6偏振棱镜70

3.7线性双折射71

3.8圆双折射71

3.9椭圆双折射72

3.10偏振效应的实用性73

3.10.1电-光效应75

3.10.2磁-光效应76

3.10.3电旋效应79

3.11偏振分析79

3.12琼斯矩阵的形式83

3.12.1线性双折射矩阵84

3.12.2圆双折射矩阵84

3.12.3椭圆双折射矩阵85

3.12.4琼斯矩阵运算的本质85

3.12.5延时器／旋转器对89

3.13结论90

练习题91

参考文献92

推荐阅读资料92

第4章 光和物质：发射、传播和吸收过程93

4.1概述93

4.2光在均匀电介质中传播的经典理论93

4.3光学色散100

4.4光的发射和吸收103

4.4.1基本过程103

4.4.2激光发射原理104

4.4.3发光108

4.4.4光探测109

4.4.5光发射110

4.5结论111

练习题111

参考文献112

推荐阅读资料112

第5章 光学相干和相关113

5.1概述113

5.2相干性测量114

5.3维纳-辛钦定理119

5.4双光束干涉120

5.5实际例子123

5.5.1麦克尔逊恒星干涉仪123

5.5.2马赫-曾德尔干涉仪123

5.5.3光纤陀螺仪124

5.5.4偏振光的双折射退极化125

5.5.5激光的相干性125

5.6结论126

练习题127

参考文献127

推荐阅读资料127

第6章 辐射和固体的物理学基本知识128

6.1概述128

6.2辐射128

6.2.1黑体辐射128

6.2.2量子效应133

6.2.3黑体光源134

6.2.4激光器工作原理134

6.2.4.1速率方程和增益机理134

6.2.4.2激光器结构139

6.2.4.3模式锁定（锁模）141

6.2.4.4 Q开关143

6.3固体物质中的电子145

6.3.1固体能带理论要点146

6.3.2金属、绝缘体和半导体151

6.3.3布里渊区152

6.3.4半导体中的电子能量分布156

6.3.5非本征半导体160

6.3.6二元和三重半导体161

6.4结论164

练习题164

参考文献165

推荐阅读资料165

第7章 光源、调制器和探测器166

7.1概述166

7.2光源166

7.2.1激光光源167

7.2.1.1概述167

7.2.1.2氩离子激光器：一种四能级系统167

7.2.1.3染料激光器168

7.2.1.4 Nd-YAG激光器：一种固态激光器系统169

7.2.1.5其他类型激光器171

7.2.2半导体光源171

7.2.2.1 p- n结171

7.2.2.2发光二极管174

7.2.2.3半导体激光二极管176

7.2.2.4特殊类型的半导体激光二极管179

7.3光学调制器181

7.3.1电光调制器182

7.3.2磁光调制器187

7.3.3声光调制器188

7.3.3.1拉曼-奈斯结构188

7.3.3.2布拉格结构192

7.4光探测器196

7.4.1光导型探测器196

7.4.2光敏二极管199

7.4.2.1结型光敏二极管199

7.4.2.2光敏二极管的性能参数202

7.4.2.3 PIN光敏二极管205

7.4.2.4光电倍增管206

7.4.2.5雪崩光敏二极管207

7.4.3光子计数208

7.5结论209

练习题209

参考文献211

推荐阅读资料211

第8章 光学波导212

8.1概述212

8.2平板波导213

8.3集成光学219

8.4柱面波导220

8.5光学纤维223

8.6通信光纤225

8.6.1光纤的衰减226

8.6.2光纤的色散227

8.6.2.1模式色散229

8.6.2.2材料色散231

8.6.2.3波导色散233

8.6.2.4偏振模色散234

8.6.2.5色散补偿237

8.7偏振波导238

8.8光子晶体光纤242

8.8.1实芯光子晶体光纤243

8.8.2空芯光子晶体光纤243

8.9结论244

练习题244

参考文献245

推荐阅读资料246

第9章非线性光学247

9.1概述247

9.2非线性光学和光学纤维248

9.3非线性光学的表达形式249

9.4二次谐波的发生（倍频效应）和相位匹配250

9.5光学混频256

9.6与光强度相关的折射率256

9.6.1光学克尔效应257

9.6.2自相位调制258

9.7四光子混合260

9.8参量和非弹性过程262

9.8.1拉曼散射263

9.8.2受激拉曼散射266

9.8.3光纤中的拉曼效应266

9.8.4拉曼效应的实际应用268

9.8.5布里渊散射270

9.9孤子275

9.10光敏性278

9.10.1概述278

9.10.2光纤布拉格光栅279

9.11光子晶体光纤的非线性效应284

9.11.1气体拉曼和布里渊光谱术284

9.11.2谐波的生成284

9.11.3 X射线的生成285

9.12结论285

练习题285

参考文献286

推荐阅读资料287

第10章 光子学应用实例288

10.1概述288

10.2增透膜（或减反膜）288

10.3利用光纤测量电流291

10.4集成光学光谱分析仪298

10.5音频光盘300

10.6光纤陀螺仪305

10.7全息术311

10.8光时域反射计技术及其在分布式光纤拉曼温度传感器中的应用316

10.8.1光时域反射计技术317

10.8.2分布式光纤拉曼温度传感技术319

10.8.3分布式光纤测量技术综述322

10.9超短光脉冲的测量：自相关器323

10.10光纤通信328

10.10.1光纤放大器330

10.10.2波分复用技术333

10.10.3光纤激光器336

10.10.4光波导耦合和开关337

10.10.5相干系统341

10.10.6对偏振模色散的进一步理解347

10.10.6.1对光路长度的依赖性348

10.10.6.2“长”和“短”界限的区分——相关长度350

10.11结论352

练习题352

参考文献354

推荐阅读资料354

第11章 未来的光子学355

第12章 附录357

附录Ⅰ麦克斯韦方程357

附录Ⅱ傅里叶逆变换定理358

附录Ⅲ介电常数张量的对称性360

附录Ⅳ偏振椭球361

附录Ⅴ振荡电偶极子的辐射363

附录Ⅵ δ函数367

附录Ⅶ 费米-狄拉克函数368

附录Ⅷ 二次谐波生成（倍频）371

附录Ⅸ 抽样定理374

附录Ⅹ半导体方程375

附录ⅩⅠ对偏振模式色散的正式分析378

参考文献381

第13章 练习题的答案382