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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τ60

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LED115

3.3.5 LED特性117

3.3.6 用于光纤通信的LED119

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IRFPA343

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CRT450

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LED477

9.5.2 OLED478

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