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第1章 光辐射与发光源1

1.1 电磁波谱与光辐射1

1.1.1 电磁波的性质与电磁波谱1

1.1.2 光辐射2

1.2 辐射度学与光度学基本知识3

1.2.1 辐射量3

1.2.2 光度量5

1.3 热辐射基本定律7

1.3.1 单色吸收比和单色反射比7

1.3.2 基尔霍夫辐射定律7

1.3.3 普朗克公式7

1.3.4 瑞利-琼斯公式8

1.3.5 维恩公式8

1.3.6 维恩位移定律8

1.3.7 斯忒藩-玻尔兹曼定律9

1.3.8 色温9

1.4 激光原理9

1.4.1 激光产生的物理基础9

1.4.2 激光（强相干光）产生的基本原理和方法14

1.4.3 开放式光学谐振腔和高斯光束18

1.5 典型激光器23

1.5.1 固体激光器23

1.5.2 气体激光器26

1.5.3 半导体二极管激光器31

练习及思考题134

第2章 光辐射的传播36

2.1 光辐射的电磁理论36

2.1.1 光辐射的波动方程36

2.1.2 光辐射场的亥姆霍兹方程36

2.1.3 均匀介质中的平面波和球面波36

2.1.4 电磁场的边界条件37

2.2 光波在大气中的传播37

2.2.1 大气衰减37

2.2.2 大气湍流效应41

2.3 光波在电光晶体中的传播43

2.3.1 电致折射率变化44

2.3.2 电光相位延迟46

2.4 光波在声光晶体中的传播50

2.4.1 拉曼-纳斯衍射50

2.4.2 布喇格（Bragg）衍射52

2.5 光波在磁光介质中的传播55

2.5.1 法拉第旋转效应55

2.5.2 磁光相互作用的耦合波分析56

2.6 光波在光纤波导中的传播57

2.6.1 光纤波导的结构及弱导性57

2.6.2 光束在光纤波导中的传播特性58

2.6.3 光束在光纤波导中的衰减和色散特性63

2.7 光波在非线性介质中的传播65

2.7.1 非线性电极化率66

2.7.2 光波在非线性介质中的传播67

2.7.3 光混频及光倍频技术68

2.8 光波在水中的传播70

2.8.1 传播光束的衰减特性70

2.8.2 前向散射71

2.8.3 后向散射72

练习及思考题273

第3章 光束的调制和扫描74

3.1 光束调制原理74

3.1.1 振幅调制74

3.1.2 频率调制和相位调制75

3.1.3 强度调制76

3.1.4 脉冲调制76

3.1.5 脉冲编码调制77

3.2 电光调制77

3.2.1 电光强度调制77

3.2.2 电光相位调制81

3.2.3 电光调制器的电学性能81

3.2.4 电光波导调制器83

3.3 声光调制86

3.3.1 声光调制器的工作原理86

3.3.2 调制带宽87

3.3.3 声光调制器的衍射效率88

3.3.4 声束和光束的匹配89

3.3.5 声光波导调制器90

3.4 磁光调制90

3.4.1 磁光体调制器91

3.4.2 磁光波导调制器91

3.5 直接调制92

3.6 光束扫描技术95

3.6.1 机械扫描95

3.6.2 电光扫描95

3.6.3 声光扫描98

3.7 空间光调制器100

3.7.1 泡克耳读出光调制器100

3.7.2 液晶空间光调制器102

3.7.3 其他类型的空间光调制器103

练习及思考题3105

第4章 光辐射的探测技术106

4.1 光电探测器的物理效应106

4.1.1 光子效应和光热效应107

4.1.2 光电发射效应107

4.1.3.光电导效应108

4.1.4 光伏效应110

4.1.5 温差电效应111

4.1.6 热释电效应111

4.1.7 光电转换定律112

4.2 光电探测器的性能参数113

4.2.1 积分灵敏度R113

4.2.2 光谱灵敏度Rλ113

4.2.3 频率灵敏度Rf114

4.2.4 量子效率η115

4.2.5 通量阈Pth和噪声等效功率NEP115

4.2.6 归一化探测度D116

4.2.7 其他参数117

4.3 光电探测器的噪声117

4.3.1 噪声概念117

4.3.2 噪声描述118

4.3.3 光电探测器的噪声119

4.4 光电导探测器——光敏电阻121

4.4.1 光电转换原理121

4.4.2 工作特性122

4.4.3 几种典型的光敏电阻126

4.4.4 使用注意事项127

4.5 pn结光伏探测器的工作模式127

4.5.1 光电转换原理127

4.5.2 光伏探测器的工作模式128

4.6 硅光电池——太阳电池130

4.6.1 短路电流和开路电压130

4.6.2 输出功率和最佳负载电阻131

4.6.3 光谱、频率响应及温度特性132

4.6.4 缓变化光电信号探测133

4.6.5 交变光信号探测135

4.7 光电二极管136

4.7.1 Si光电二极管137

4.7.2 PIN硅光电二极管144

4.7.3 雪崩光电二极管（APD）145

4.7.4 光电三极管146

4.8 光热探测器147

4.8.1 热探测器的一般概念147

4.8.2 热敏电阻148

4.8.3 热释电探测器149

4.9 直接探测系统的性能分析151

4.9.1 光电探测器的平方律特性151

4.9.2 信噪比性能分析152

4.9.3 直接探测系统的NEP分析152

4.10 光频外差探测的基本原理154

4.10.1 光频外差探测的实验装置154

4.10.2 光外差原理155

4.10.3 基本特性156

4.10.4 光频外差探测的空间相位条件158

练习及思考题4161

第5章 光电成像系统162

5.1 固体摄像器件162

5.1.1 电荷耦合摄像器件162

5.1.2 电荷耦合摄像器件的特性参数168

5.1.3 CMOS摄像器件171

5.1.4 电荷注入器件（CID）173

5.1.5 红外焦平面器件173

5.2 光电成像原理177

5.2.1 光电成像系统的基本结构177

5.2.2 光电成像系统的基本技术参数179

5.3 红外成像光学系统180

5.3.1 理想光学系统模型180

5.3.2 光学系统中的光阑182

5.3.3 红外成像光学系统的主要参数183

5.3.4 光学系统的像差184

5.3.5 红外光学系统的特点185

5.3.6 典型的红外光学系统186

5.4 红外成像中的信号处理188

5.4.1 前置放大器188

5.4.2 直流恢复188

5.4.3 多路转换技术190

5.4.4 通频带选择190

5.4.5 温度信号的线性化190

5.4.6 中心温度与温度范围的选择191

5.4.7 提高图像质量的计算机处理方法191

5.5 红外成像系统的综合特性191

5.5.1 调制传递函数（MTF）192

5.5.2 噪声等效温差（NETD）196

5.5.3 最小可分辨温差（MRTD）197

5.5.4 最小可探测温差（MDTD）198

5.6 微光像增强器件199

5.6.1 微光像增强器199

5.6.2 微光摄像CCD器件202

5.7 纤维光学成像器件203

练习及思考题5204

第6章 显示技术206

6.1 阴极射线管206

6.1.1 黑白显像管206

6.1.2 彩色显像管209

6.2 液晶显示212

6.2.1 液晶的基本知识213

6.2.2 扭曲向列型液晶显示（TN-LCD）215

6.2.3 超扭曲向列型液晶显示（STN-LCD）218

6.2.4 有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD）220

6.3 等离子体显示222

6.3.1 气体放电基本知识223

6.3.2 单色等离子体显示224

6.3.3 彩色等离子体显示226

6.4 电致发光显示228

6.4.1 注入电致发光显示228

6.4.2 高场电致发光显示229

6.5 其他显示技术230

6.5.1 投影显示230

6.5.2 真空荧光显示231

6.5.3 电致变色显示231

6.5.4 电泳显示232

练习及思考题6233

第7章 光电子技术应用实例234

7.1 光纤通信234

7.1.1 光纤通信的发展历史234

7.1.2 光纤通信的优点235

7.1.3 光纤通信系统的基本组成235

7.1.4 光纤通信新技术237

7.1.5 光纤通信局域网238

7.1.6 综合业务数字网238

7.2 激光雷达238

7.2.1 激光雷达的优点238

7.2.2 激光雷达原理239

7.2.3 激光雷达的应用239

7.3 激光制导240

7.3.1 激光目标指示器241

7.3.2 激光寻的器241

7.4 红外遥感242

7.4.1 红外遥感技术的发展及特点242

7.4.2 红外遥感仪243

7.5 红外跟踪制导244

7.5.1 红外点源制导系统244

7.5.2 红外成像制导系统246

7.6 光纤传感247

7.6.1 光纤温度传感器247

7.6.2 光纤位移传感器248

7.6.3 光纤陀螺248

7.6.4 光纤传感器阵列250

7.6.5 分布式光纤传感器250

练习及思考题7250

参考文献251