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光電子學(修訂版)

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內容簡介

本書是為適應光電子學科新的發展形勢和教學要求而編寫的。全書共8章,依次介紹光本性理論的發展、光輻射與輻射源、塊狀固體雷射器、光纖雷射器、光傳輸與傳輸介質、光電探測與探測器、光電成像與成像系統以及非線性光學基礎等方面的知識。

本書可作為高等院校光電子專業高年級本科生及相關專業研究生的教材,也可供本領域科技工作者參考。
 

作者介紹

閻吉祥

北京理工大學教授,博士生導師,畢業于北京大學物理系,主要研究方向為雷射技術、光電子學、自我調整光學和空間光學。曾作為負責人多次承擔國家自然科學基金和“863”專案。 在國內外學術刊物及學術會議公開發表論文100餘篇,其中30餘篇被三大檢索收錄。編著20餘部教材及專著,兩部作品的版權已輸出至臺灣。曾任《中國大百科全書》(第2版)物理卷編委及作者。
 

目錄

第1章 光本性理论的发展
1.1早期学说
1.1.1经典粒子与波动
1.1.2光的微粒说
1.1.3光的波动说
1.2光的电磁理论
1.2.1电磁感应定律
1.2.2Maxwell电磁理论
1.2.3光的电磁理论概述
1.3光波的叠加与干涉
1.3.1光波的独立传播性
1.3.2光波叠加原理
1.3.3光波的相干条件
1.4相干性的进一步讨论
1.4.1复色场的复表示
1.4.2空间和时间相干度
1.4.3空间和时间相关性的测量
1.5早期光量子论及波粒二象性
1.5.1辐射与能量子概念
1.5.2光电效应与光量子概念
1.5.3康普顿散射和光量子性的进一步证实
1.5.4光的波粒二象性
1.6现代光量子理论简介
1.6.1矢量空间和线性算符
1.6.2一维谐振子
1.6.3电磁场的量子化
1.6.4相干光子态
1.6.5密度算符和量子分布
1.6.6量子光学简介
小结
习题

第2章 光辐射与辐射源
2.1原子发光机理
2.1.1α粒子散射和原子的核式结构
2.1.2氢原子光谱和玻尔原子模型
2.1.3量子力学和原子发光
2.1.4光谱线的展宽
2.2自发辐射和普通光源
2.3激光产生机理
2.3.1激光器的腔模概念
2.3.2激光产生的必要条件
2.3.3激光产生的充分条件
2.4激光的物理特性
2.4.1单色性与时间相干性
2.4.2方向性和空间相干性
2.4.3高阶相关
2.4.4高亮度
2.5激光器的工作特性简介
2.5.1超短脉冲特性
2.5.2频率稳定特性
2.6半导体的能带结构和电子状态
2.6.1能带概念的引入
2.6.2半导体中的电子状态
2.7激发与复合辐射
2.7.1直接跃迁和半导体发光材料
2.7.2态密度和电子的激发
2.7.3非本征半导体材料的PN结
2.8发光二极管工作机理
2.9半导体激光器
2.9.1半导体中的光增益
2.9.2损耗和阈值振荡条件
2.10异质结半导体激光器
2.10.1异质结
2.10.2激光器的结构
小结
习题

第3章 块状固体激光器
3.1概述
3.2LD泵浦固体激光器
3.2.1与闪光灯泵浦的比较
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
3.2.3LD泵浦固体激光器的结构
3.3薄片激光器
3.3.1薄片介质及泵浦
3.3.2薄片激光器工作原理
3.3.3“液体”激光器
3.4板条激光器
3.5固体的热容
3.5.1固体热容的经典理论
3.5.2固体热容的量子理论
3.6激光器的热容工作
3.6.1储热与升温
3.6.2温度分布与热应力
3.6.3光束畸变
3.6.4热容激光器一例
小结
习题

第4章 光纤激光器
4.1引言
4.2几种稀土离子的能级和谱
4.2.1概述
4.2.2硅光纤中几种稀土离子的激光能级和谱
4.2.3氟光纤中几种稀土离子的激光能级和谱
4.3模及单模运转条件
4.3.1块状工作介质
4.3.2光纤工作物质
4.3.3模特性与截止频率
4.3.4光纤激光器的基本结构
4.4双包层光纤激光器
4.4.1单包层光纤的限制
4.4.2双包层光纤激光器
4.4.3光子晶体光纤激光器简介
4.5受激散射光纤激光器
4.5.1Raman散射光纤激光器
4.5.2受激布里渊散射光纤激光器
4.6调Q和锁模光纤激光器
4.6.1光纤激光器的调Q工作
4.6.2光纤激光器的锁模工作
小结
习题

第5章 光传输与传输介质
5.1光线在均匀介质及介质界面的传输
5.1.1光线在均匀介质中的传输
5.1.2光线在介质界面的透射传输
5.1.3光线通过薄透镜的传输
5.2高斯光束的传输
5.2.1Gauss光束及其特征参数
5.2.2Gauss光束在自由空间的传输
5.2.3Gauss光束通过薄透镜的传输
5.3平面介质波导的射线光学理论
5.3.1光线在介质界面的反射和折射
5.3.2光线在平板波导中的传播
5.3.3平板介质波导中的导波
5.3.4GoosHnchen位移和波导层的有效厚度
5.4平板波导的电磁理论基础
5.4.1麦克斯韦方程组的一般形式
5.4.2平板波导中的麦克斯韦方程组
5.4.3TE波场方程的解
5.4.4TE波的模和截止条件
5.4.5导波模的性质
5.5通道波导简介
5.5.1通道波导的种类
5.5.2矢量波方程
5.5.3标量方程近似及分离变量法
5.5.4标量方程的其他解法简介
5.6导波模耦合理论简介
5.6.1方向耦合基本概念
5.6.2耦合波方程
5.6.3耦合波标量方程
5.6.4标量方程的解
5.6.5周期波导
5.6.6波导模的传输
5.7半导体波导理论
5.7.1改变半导体折射率的方法
5.7.2半导体平板波导
5.7.3通道波导
5.7.4耦合效应
5.7.5半导体波导中的损耗
5.8波导理论的新进展
5.8.1非线性波导中的二次谐波产生
5.8.2光波导的非正交耦合模理论
5.9绝缘晶体波导器件
5.9.1方向耦合器
5.9.2平衡桥干涉仪和交叉波导
5.9.3干涉滤波器
5.9.4耦合模滤波器
5.9.5偏振选择装置
5.9.6透射光栅
5.9.7反射光栅
5.9.8电光光栅和声光光栅
5.9.9光栅耦合器
5.10半导体波导装置
5.10.1半导体被动波导
5.10.2电光波导调制器
5.10.3光电集成回路
5.11光波导应用举例
5.11.1平面集成光学RF谱分析仪
5.11.2波导芯片连接器
5.11.3通道波导A/D转换器
5.11.4导波光通信
5.12MOEMS简介
5.12.1衍射微透镜
5.12.2折射微透镜
5.12.3MOEM系统
小结
习题

第6章 光电探测与探测器
6.1光电探测器性能概述
6.1.1响应率
6.1.2等效噪声功率
6.1.3探测率
6.1.4量子效率
6.1.5响应时间
6.1.6线性区
6.1.7噪声
6.2光探测器工作基础
6.2.1外光电效应
6.2.2光电导效应
6.2.3光生伏特效应
6.2.4光热电效应
6.3(基于外光电效应的)光电子发射型光电探测器
6.3.1光电倍增管的结构及工作
6.3.2光电倍增管的主要性能
6.4光电导型探测器
6.4.1概述
6.4.2Hg1-xCdxTe光导探测器的性能
6.5光伏型探测器
6.5.1概述
6.5.2PN结光电二极管电流特性简介
6.5.3响应率与探测率
6.5.4噪声
6.6直接探测技术
6.6.1环境辐射
6.6.2直接探测中的噪声
6.6.3归一化探测率Dλ
6.7光相干探测技术简介
6.7.1光相干探测原理
6.7.2光相干探测的特性
小结
习题

第7章 光电成像与成像系统
7.1概述
7.2图像探测器简介
7.2.1真空成像器件
7.2.2CCD成像器件
7.2.3CID成像器件
7.3点扩展函数及基于点扩展函数的性能指标
7.3.1点扩展函数
7.3.2Strehl比
7.3.3圆围能量与空间频率的关系
7.4光学传递函数概念
7.5调制传递函数
7.5.1调制
7.5.2调制传递函数
7.6光学系统的调制传递函数MTF
7.6.1衍射极限MTFd
7.6.2像差影响
7.6.3离焦的影响
7.7光电成像系统简介
7.7.1非扫描光电成像系统简介
7.7.2扫描光电成像系统简介
7.7.3光学成像系统性能指标
7.8非扫描成像系统性能的进一步描述
7.8.1视场
7.8.2噪声与信噪比
7.8.3分段凝视或栅格扫描
7.9扫描成像系统性能的进一步描述
7.9.1扫描成像系统的工作原理
7.9.2扫描成像系统中的噪声
小结
习题

第8章 非线性光学基础
8.1概述
8.1.1非线性波方程
8.1.2方程的慢变化包络近似形式
8.1.3材料的非线性及其与光波的耦合
8.2光学相位共轭
8.2.1相位共轭波的定义
8.2.2PCM与CPM的比较
8.3三波混频
8.3.1相位匹配三波混频
8.3.2相位失配三波混频
8.4简并四波混频
8.4.1FWM产生的前向共轭波
8.4.2FWM产生的后向共轭波
8.4.3DFWM相位共轭的实验研究
8.5近简并四波混频
8.6谐振DFWM
8.6.1定性描述
8.6.2定量讨论
8.7光子回波
8.7.1二能级系统中光子回波的定性描述
8.7.2光子回波相位共轭的定量结果
8.8受激散射
8.8.1受激喇曼散射
8.8.2受激布里渊散射
8.9光折变效应和材料
8.9.1光折变效应
8.9.2几种光折变材料
8.10自泵浦相位共轭
8.10.1有两块外加反射镜的情况
8.10.2只有一块反射镜的情况
8.10.3无外加反射镜的情况
小结
习题

附录常用物理常数
术语索引
参考文献
 

前言

光電子學是以光頻波段的電子學效應基本理論和應用原理為研究物件,由近代光學與電子學相互交叉滲透而形成的一門新興分支學科。

本書作為高等院校相關專業光電子學課程的教材,主要討論光的本性以及光的產生、傳輸、探測、成像和光與物質相互作用。事實上,光的傳輸、探測和成像過程均會涉及光與物質的相互作用,但很多情況下是在宏觀層面研究這些過程,以致往往不太關注光與物質的相互作用。當強調光與物質的相互作用時,更應注重的是光與組成物質的微觀粒子,主要是原子和分子等的相互作用。而在考慮輻射與原子和分子的相互作用時,只有當光的電場強度可以與原子內部的平均場強相比擬時,這種作用才是明顯的。鑒於後者的典型值具有1010V/m的量級,所以,迄今為止,能滿足這一要求的只有較強的鐳射。由此可以看出鐳射及其與物質的相互作用在光電子學領域的重要性。

本書在討論光本性理論的發展(第1章)、光輻射與輻射源(第2章)、光傳輸與傳輸介質(第5章)、光電探測與探測器(第6章)及光成像與成像系統(第7章)的基礎上,著重討論了幾種當前備受關注的固體雷射器(第3、4章)及強光與物質相互作用產生的非線性光學效應(第8章)。

本書在寫作過程中承蒙周壽桓院士的指導,從立項到出版始終得到清華大學出版社電腦與資訊分社電子資訊教材事業部梁穎主任和曾珊編輯的大力支持,曾珊編輯為圖書的出版做了很多極有幫助的工作。本書在編寫過程中參考了大量文獻,書的錄入主要由作者的多名博士和碩士研究生完成,在此一併表示誠摯的感謝。書中錯誤和欠妥之處,懇請讀者不吝賜教。
 

詳細資料

  • ISBN:9787302469100
  • 規格:平裝 / 282頁 / 25.6 x 18.4 x 1.4 cm / 普通級 / 單色印刷 / 2-1
  • 出版地:中國

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