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第1章 光辐射、发光源与光传播基本定律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6

1.3.1 单色吸收比和单色反射比6

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—玻耳兹曼定律8

1.3.8 色温8

1.4 激光原理8

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13

1.4.3 开放式光学谐振腔和高斯光束16

1.5 典型激光器21

1.5.1 固体激光器21

1.5.2 气体激光器25

1.5.3 半导体二极管激光器29

1.5.4 光纤激光器32

1.6 光频电磁波的基本理论和定律34

1.6.1 光波的电磁场理论34

1.6.2 光波场的时域频率特性38

1.6.3 相速度和群速度39

1.6.4 光波的横波性质和偏振态40

1.6.5 光波在各向同性介质界面上的反射和折射41

1.6.6 几何光学基本定律45

练习及思考题146

第2章 光辐射的传播49

2.1 光波在大气中的传播49

2.1.1 大气衰减49

2.1.2 大气湍流效应52

2.2 光波在电光晶体中的传播55

2.2.1 电致折射率变化55

2.2.2 电光相位延迟57

2.3 光波在声光晶体中的传播60

2.3.1 拉曼—纳斯衍射61

2.3.2 布喇格（Bragg）衍射63

2.4 光波在磁光介质中的传播65

2.4.1 法拉第旋转效应65

2.4.2 磁光相互作用的耦合波分析67

2.5 光波在光纤波导中的传播68

2.5.1 光纤波导的结构及弱导性68

2.5.2 光束在光纤波导中的传播特性69

2.5.3 光束在光纤波导中的衰减和色散特性74

2.6 光波在非线性介质中的传播75

2.6.1 非线性电极化率76

2.6.2 光波在非线性介质中的传播77

2.6.3 光混频及光倍频技术78

2.7 光波在水中的传播80

2.7.1 传播光束的衰减特性80

2.7.2 前向散射81

2.7.3 后向散射82

练习及思考题283

第3章 光束的调制和扫描84

3.1 光束调制原理84

3.1.1 振幅调制84

3.1.2 频率调制和相位调制85

3.1.3 强度调制85

3.1.4 脉冲调制86

3.1.5 脉冲编码调制86

3.2 电光调制87

3.2.1 电光强度调制87

3.2.2 电光相位调制90

3.2.3 电光调制器的电学性能91

3.2.4 电光波导调制器93

3.3 声光调制95

3.3.1 声光调制器的工作原理96

3.3.2 调制带宽97

3.3.3 声光调制器的衍射效率98

3.3.4 声束和光束的匹配98

3.3.5 声光波导调制器99

3.4 磁光调制99

3.4.1 磁光体调制器100

3.4.2 磁光波导调制器100

3.5 直接调制101

3.6 光束扫描技术104

3.6.1 机械扫描104

3.6.2 电光扫描104

3.6.3 声光扫描106

3.7 空间光调制器109

3.7.1 泡克耳读出光调制器109

3.7.2 液晶空间光调制器111

3.7.3 其他类型的空间光调制器112

练习及思考题3113

第4章 光辐射的探测技术114

4.1 光电探测器的物理效应114

4.1.1 光子效应和光热效应115

4.1.2 光电发射效应115

4.1.3 光电导效应116

4.1.4 光伏效应117

4.1.5 温差电效应118

4.1.6 热释电效应119

4.1.7 光电转换定律120

4.2 光电探测器的性能参数120

4.2.1 积分灵敏度R120

4.2.2 光谱灵敏度Rλ121

4.2.3 频率灵敏度Rf122

4.2.4 量子效率122

4.2.5 通量阈Pth和噪声等效功率NEP123

4.2.6 归一化探测度D123

4.2.7 其他参数124

4.3 光电探测器的噪声124

4.3.1 噪声概念124

4.3.2 噪声描述125

4.3.3 光电探测器的噪声126

4.4 光电导探测器——光敏电阻127

4.4.1 光电转换原理128

4.4.2 工作特性129

4.4.3 几种典型的光敏电阻133

4.4.4 使用注意事项133

4.5 pn结光伏探测器的工作模式134

4.5.1 光电转换原理134

4.5.2 光伏探测器的工作模式135

4.6 硅光电池——太阳电池136

4.6.1 短路电流和开路电压136

4.6.2 输出功率和最佳负载电阻137

4.6.3 光谱、频率响应及温度特性138

4.6.4 缓变化光电信号探测139

4.6.5 交变光信号控制141

4.7 光电二极管142

4.7.1 Si光电二极管142

4.7.2 PIN硅光电二极管149

4.7.3 雪崩光电二极管（APD）150

4.7.4 光电三极管151

4.8 光热探测器152

4.8.1 热探测器的一般概念152

4.8.2 热敏电阻154

4.8.3 热释电探测器154

4.9 直接探测系统的性能分析156

4.9.1 光电探测器的平方律特性156

4.9.2 信噪比性能分析156

4.9.3 直接探测系统的NEP分析157

4.10 光频外差探测的基本原理159

4.10.1 光频外差探测的实验装置159

4.10.2 光外差原理159

4.10.3 基本特性160

4.10.4 光频外差探测的空间相位条件163

练习及思考题4165

第5章 光电成像系统166

5.1 固体摄像器件166

5.1.1 电荷耦合摄像器件166

5.1.2 电荷耦合摄像器件的特性参数172

5.1.3 CMOS摄像器件174

5.1.4 电荷注入器件（CID）176

5.1.5 红外焦平面器件177

5.2 光电成像原理180

5.2.1 光电成像系统的基本结构180

5.2.2 光电成像系统的基本技术参数182

5.3 红外成像光学系统183

5.3.1 理想光学系统模型183

5.3.2 光学系统中的光阑185

5.3.3 红外成像光学系统的主要参数186

5.3.4 光学系统的像差186

5.3.5 红外光学系统的特点188

5.3.6 典型的红外光学系统188

5.4 红外成像中的信号处理191

5.4.1 前置放大器191

5.4.2 直流恢复191

5.4.3 多路转换技术192

5.4.4 通频带选择193

5.4.5 温度信号的线性化193

5.4.6 中心温度与温度范围的选择193

5.4.7 提高图像质量的计算机处理方法193

5.5 红外成像系统的综合特性194

5.5.1 调制传递函数（MTF）194

5.5.2 噪声等效温差（NETD）200

5.5.3 最小可分辨温差（MRTD）201

5.5.4 最小可探测温差（MDTD）201

5.6 微光像增强器件202

5.6.1 微光像增强器202

5.6.2 微光摄像CCD器件206

5.7 纤维光学成像器件206

练习及思考题5208

第6章 显示技术209

6.1 阴极射线管显示211

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）217

6.2.3 超扭曲向列型液晶显示（STN-LCD）219

6.2.4 有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD）221

6.2.5 液晶显示的背光源222

6.3 等离子体显示225

6.3.1 气体放电基本知识226

6.3.2 单色等离子体显示227

6.3.3 彩色等离子体显示229

6.4 电致发光显示230

6.4.1 注入电致发光显示230

6.4.2 高场电致发光显示231

6.4.3 有机电致发光显示232

6.5 其他显示技术233

6.5.1 投影显示233

6.5.2 真空荧光显示234

6.5.3 电致变色显示234

6.5.4 电泳显示235

练习及思考题6235

第7章 光电子技术应用实例236

7.1 光纤通信236

7.1.1 光纤通信的发展历史236

7.1.2 光纤通信的优点237

7.1.3 光纤通信系统的基本组成237

7.1.4 光纤通信新技术238

7.1.5 光纤通信局域网240

7.1.6 综合业务数字网240

7.2 激光雷达240

7.2.1 激光雷达的优点240

7.2.2 激光雷达原理241

7.2.3 激光雷达的应用241

7.3 激光制导242

7.3.1 激光目标指示器243

7.3.2 激光寻的器243

7.4 红外遥感244

7.4.1 红外遥感技术的发展及特点244

7.4.2 红外遥感仪244

7.5 红外跟踪制导245

7.5.1 红外点源制导系统245

7.5.2 红外成像制导系统247

7.6 光纤传感248

7.6.1 光纤温度传感器249

7.6.2 光纤位移传感器249

7.6.3 光纤陀螺250

7.6.4 光纤传感器阵列251

7.6.5 分布式光纤传感器251

练习及思考题7251

附录 部分习题参考答案252

参考文献253