1、全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材光电子技术基础主 编 谭保华 副主编 吕清花 姚育成 参 编 朱进容 李文兵邓 罡 刘 婷 张金业内 容 简 介本书从光电子技术的概念与特点出发，系统全面地介绍了光电子系统信息传递与处理各个环节的基本概念、基本原理与应用基础。一方面注重光电子技术的基础内容，体现光电子技术的全貌；另一方面适当加入了一些相关领域近年的研究、应用成果，使其更符合光电子技术迅速发展的要求。第 1 章介绍光辐射的基本定律和光电子技术中常用的光源。第 2 章、第 3 章介绍激光的产生原理，以及光束的调制方法、扫描原理和几种典型的光调制器。第 4 章讨论光辐射探测原理及典型光
2、辐射探测器的性能。第 5 章介绍光纤通信技术及器件。第 6 章介绍光电成像原理与器件、显示技术及相关器件。第 7 章介绍电光转换现象与发光及图像显示器件。第 8 章介绍光电子技术在国民经济、国防等方面的应用。本书内容广泛，涉及光学、光电子学、图像处理、信号与数据处理、通信技术及计算机技术等诸多学科领域，但其作为一门基础教材，即使不具备光电专业的相关知识背景，也可以自成体系地进行学习。本书可作为高等院校光学工程、测控技术、光机电一体化、机电工程等专业本科生或研究生教材，也可作为相关专业科研人员和工程技术人员的参考用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图
3、书在版编目（CIP）数据光电子技术基础/谭保华主编.北京：电子工业出版社，2014.1全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材ISBN 9787121217821.光.谭.光电子技术-高等学校-教材.TN2中国版本图书馆 CIP 数据核字（2013）第 258652 号策划编辑：郭穗娟责任编辑：刘真平印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编：100036开 本：7871092 1/16 印张：19.5 字数：499.2 千字印 次：2014 年 1 月第 1 次印刷定 价：45.00 元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店
4、售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 zlts ，盗版侵权举报请发邮件至 dbqq 。服务热线：（010）88258888。前 言光是一种电磁波，激光的产生则是通过把受激放大技术从电磁波谱的微波波段推广到光学波段而实现的。因此，光电子技术实质上是电子技术在光频波段的延续与扩展。自 20 世纪60 年代激光诞生以来，光电子技术在理论及应用方面都取得了巨大进展，是现代信息技术的核心，已被广泛应用于各行各业。光电子技术基础是光信息科学与技术必修的专业基础课程之一，在大学物理和工程光学课程的基础上，结合激光原理与技术的讲解，对整个光电子技术的理论和应
5、用进行全面的介绍，是基本的光学理论与实际光电应用相结合的桥梁。本书从光电子技术的概念与特点出发，系统全面地介绍了光电子系统信息传递与处理各个环节的基本概念、基本原理与应用基础。一方面，注重光电子技术的基础内容，体现光电子技术的全貌；另一方面，适当加入了一些相关领域的近年研究、应用成果，使其更符合光电子技术迅速发展的要求。本书力争以图文并茂的方式对理论内容进行阐述和说明，并配合一定量的习题进一步启发读者对知识的理解与应用。本书共 8 章，第 1 章由朱进容编写，第 2 章由李文兵编写，第 3 章由姚育成编写，第 4章由谭保华编写，第 5 章由邓罡编写，第 6 章由吕清花编写，第 7 章由刘婷编写
6、，第 8 章由张金业编写。全书由谭保华统稿。本书以教研组多年来从事本科生与硕士生教学工作的积累以及相关科研工作为主要依据，在编写过程中借鉴并引用了相关国内外优秀教材、重要学术期刊刊载的最新研究成果以及同行研究人员的学位论文资料，在此对所引用的文献资料的作者或机构表示衷心感谢！尽管我们为编写本书付出了心血和努力，但因知识水平和能力有限，且撰写时间较仓促，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。编 者2013 年 10 月目 录第 1 章 光学基础知识与光辐射11.1 光的波粒二象性21.1.1 光子的波动性21.1.2 光子的粒子性31.2 光的电磁理论31.2.1 电磁波的性质31.2.2
7、 电磁波谱51.2.3 麦克斯韦方程组61.3 光的传播规律81.3.1 光的反射和折射81.3.2 光的干涉81.3.3 光的衍射101.3.4 光的偏振111.4 辐射度学和光度学基础121.4.1 辐射量121.4.2 光度量151.5 黑体热辐射的基本定律161.5.1 平衡热辐射161.5.2 基尔霍夫定律161.5.3 绝对黑体（黑体）161.5.4 斯忒潘 玻尔兹曼定律171.5.5 维恩位移定律181.5.6 瑞利 金斯公式181.5.7 普朗克定律18习题20第 2 章 激光基本原理212.1 相干性的光子描述222.1.1 光子的基本性质222.1.2 光子的相干性和光子简
8、并度222.1.3 光子的相干性和光子简光度252.2 激光的形成和基本特征262.2.1 光的受激辐射基本概念262.2.2 光的受激辐射放大292.3 光的自激振荡302.3.1 自激振荡概念302.3.2 激光振荡条件312.4 光学谐振腔和高斯光束322.4.1 光学谐振腔及其分类322.4.2 光学谐振腔稳定条件332.4.3 高斯光束的基本性质382.4.4 基模高斯光束的特征参数422.4.5 高斯光束的变换规律432.5 不同工作物质的激光器482.5.1 固体激光器482.5.2 气体和液体激光器492.5.3 半导体激光器542.5.4 自由电子激光器54习题56第 3 章
9、 光束的调制和扫描583.1 光束调制原理593.1.1 振幅调制593.1.2 频率调制和相位调制593.1.3 强度调制603.1.4 脉冲调制613.1.5 脉冲编码调制613.2 电光调制623.2.1 晶体光学基础623.2.2 光在电光晶体中的传播633.2.3 电光调制663.2.4 电光波导调制703.2.5 设计电光调制器应该考虑的问题703.3 声光调制713.3.1 光波在声光晶体中的传播713.3.2 声光调制的工作原理723.3.3 声光波导调制器733.3.4 设计声光调制器应考虑的问题743.4 磁光调制743.4.1 磁光体调制器753.4.2 磁光波导调制器7
10、53.5 直接调制763.6 光束扫描技术773.6.1 机械扫描773.6.2 电光扫描783.6.3 声光扫描793.7 空间光调制器803.7.1 泡克耳读出光调制器803.7.2 液晶空间光调制器82习题84第 4 章 光辐射探测原理和器件854.1 光电探测的基本物理效应864.1.1 外光电效应864.1.2 内光电效应874.1.3 光热效应的一般规律894.1.4 光电转换定律924.2 光电探测器的性能参数934.2.1 光电探测器的响应特性934.2.2 光电探测器的噪声特性954.2.3 光电探测器的量子效率964.2.4 光电探测器的其他参数974.3 光敏电阻974.
11、3.1 光敏电阻的结构与原理974.3.2 光敏电阻的应用1004.4 光电池1004.4.1 光电池的结构与特性1004.4.2 光电池的应用1034.5 光电二极管1054.5.1 光电二极管的结构和特性1054.5.2 光电二极管的应用1094.6 其他光电管1094.6.1 光电管1094.6.2 光电倍增管1114.6.3 PIN 管1124.6.4 雪崩光电二极管1134.6.5 光电三极管1154.6.6 常见半导体光电器件的应用选择1174.7 热释电探测器1184.7.1 热释电探测器的工作原理和结构1184.7.2 热释电探测器的特性1234.7.3 热释电器件的类型125
12、4.7.4 热释电探测器的应用1274.8 直接探测系统的性能分析1274.8.1 光电探测器的平方律特性1284.8.2 信噪比性能分析1294.8.3 直接探测系统的探测极限1304.8.4 其他参数1324.9 光频外差探测的基本原理1324.9.1 光外差原理1324.9.2 基本特性1334.9.3 光频外差探测的相位条件135习题139第 5 章 光纤通信技术1415.1 光纤基本知识1425.1.1 光纤的发明和发展1425.1.2 光纤的基本工作原理和结构1435.1.3 光纤的分类1435.1.4 光纤的制造1455.1.5 光纤通信系统1475.2 光在光纤波导中的传播14
13、85.2.1 光纤原理的几何光学描述1485.2.2 光纤中的电磁波1505.2.3 阶跃折射率光纤中的传导模式1535.2.4 渐变折射率光纤中的传导模式1585.3 光纤的损耗与色散1605.3.1 光纤中的损耗1605.3.2 吸收损耗1615.3.3 散射损耗1625.3.4 外部损耗1625.3.5 光纤通信波段1635.3.6 光纤中损耗的测量1635.3.7 光纤中的色散1645.3.8 常用单模光纤1665.4 光通信器件1685.4.1 光源1685.4.2 光探测器1725.4.3 光放大器1725.4.4 光纤连接器和光纤耦合器1755.4.5 其他光通信器件177习题1
14、78第 6 章 光电成像系统1816.1 光电成像系统概述1826.2 固体摄像器件的分类及性能1836.2.1 电荷耦合摄像器件1836.2.2 电荷耦合摄像器件的特性参数1916.2.3 互补金属氧化物半导体图像传感器 CMOS1966.2.4 红外焦平面器件2006.3 红外成像技术2026.3.1 红外成像的基本原理2036.3.2 红外成像器件的参数2076.3.3 典型的红外光学系统2096.4 光学成像系统和光学传递函数2116.4.1 光学传递函数（OTF）2126.4.2 调制传递函数（MTF）2156.4.3 光学成像系统总体性能评价和分析217习题221第 7 章 电光转
15、换现象与发光及图像显示器件2237.1 发光二极管2247.1.1 发光二极管的工作原理及结构2247.1.2 发光二极管的特性及技术2257.1.3 LED 的应用领域2297.2 液晶显示器（LCD）2307.2.1 液晶显示器的分类和特性2307.2.2 TFT 液晶显示器的物理结构和工作原理2337.2.3 TFT 液晶显示器的制造工艺2347.2.4 液晶显示器的性能及光学特性2407.3 等离子体显示器（PDP）2427.3.1 等离子体的产生及等离子体显示器的发展历史2427.3.2 等离子体显示器的分类及AC-PDP 的工作原理2437.3.3 等离子体显示器的特性和应用247
16、7.4 有机电致发光显示器2487.4.1 有机电致发光显示器的发展历史2487.4.2 有机电致发光显示器的发光原理2507.4.3 有机电致发光显示器的材料2527.4.4 有机电致发光显示器的性能参数2547.4.5 有机电致发光显示器的制备过程2567.5 其他显示技术2597.5.1 场致发射平板显示器2597.5.2 立体显示技术267习题271第 8 章 光电子技术应用举例2728.1 光电成像系统的应用2738.1.1 线阵 CCD 的应用2738.1.2 面阵 CCD 和 CMOS 的应用2738.1.3 红外成像系统的应用2748.2 CCD 摄像机和数码相机2748.2.1 CCD 摄像机2748.2.2 数码相机2758.3 光盘存储2768.3.1 分类与信息存储2778.3.2 DVD 与 CD 的区别2788.4 全息技术应用2798.4.1 全息干涉测量2798.4.2 全息存储2808.4.3 全息三维显示2818.4.4 全息光学元件2828.5 光纤通信2838.5.1 光纤通信系统结构2838.5.2 光纤到户2858.6 激光印刷2868.6.
