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光子學與光電子學(從基礎到應用)

  • 作者：編者:原榮|責編:毛振威
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122461414
  • 出版日期：2025/01/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：281
人民幣：RMB 99.8 元      售價：元
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內容大鋼
    本書以光的干涉、偏振、雙摺射和非線性等電磁理論為基礎，首先從光電效應、電光/磁光/聲光/熱電效應出發，介紹了各種激光器、濾波器和摻鉺光纖放大器和光纖拉曼放大器，闡述了幾種光探測器和太陽能電池、各種光調製器、光開關和光隔離器的工作原理；其次從光熱/光電導/光電荷效應和電致/光致發光等效應出發，介紹了用於軍事目標偵察制導和跟蹤的紅外熱成像技術、廣泛用於武器裝備和惡劣環境使用的有機電致發光顯示器件等；最後，給出光子學與光電子學在海底、空間、移動和對潛光通信以及在軍用光電系統、激光武器、慣性導航和反潛聲吶光纖水聽器等系統中的應用。
    本書概念清楚、由淺入深、系統性強、內容前後呼應、敘述通俗易懂、圖文並茂。
    本書可供從事光電器件、民用/軍事光電系統/裝備的研究教學、規劃設計、管理維護有關人員參考，也可作為相關專業學生的教材。
    為配合高校教學、企業培訓的需要，本書免費提供教學課件、習題及題解、實驗教程，有需要的讀者可掃描封底二維碼獲取。
作者介紹
編者:原榮|責編:毛振威
目錄
第1章  概述和理論基礎
  1.1  概述
    1.1.1  光子學
    1.1.2  光電子學
    1.1.3  光電子器件進展情況
    1.1.4  光電系統發展概況
  1.2  光的本質
    1.2.1  光的波動性——麥克斯韋預言了電磁波的存在
    1.2.2  光的粒子性——普朗克提出量子概念，愛因斯坦提出單色光的最小單位是光子
  1.3  均勻介質中的光波
    1.3.1  平面電磁波——光場泛指電場，光程差和相位差
    1.3.2  麥克斯韋波動方程——統一電磁波的理論獲得了極大的成功
    1.3.3  相速度和折射率
    1.3.4  群速度和群折射率
  1.4  相干——相干光、非相干光、各種光源比較
  1.5  光電子學基礎知識
    1.5.1  能帶理論
    1.5.2  半導體對光的吸收——光探測器、激光器、光放大器基礎
    1.5.3  載流子的產生、複合、擴散和漂移——光電、光導、光伏效應器件基礎
第2章  光的干涉——激光器、濾波器和慣性導航光纖陀螺
  2.1  光的干涉——激光器及激光武器
    2.1.1  干涉是自然界普遍存在的現象——水波干涉、繃緊弦線、電波諧振
    2.1.2  法布里-珀羅光學諧振腔——兩塊平行的反射鏡
    2.1.3  固體激光器——戰術激光武器
    2.1.4  氣體激光器——氣體放電實現粒子數反轉
    2.1.5  染料激光器——光泵浦液體工作物質
    2.1.6  化學激光器——化學反應使腔內粒子數反轉的氣體激光器
    2.1.7  鹼金屬蒸氣激光器——半導體激光泵浦的氣體激光器
    2.1.8  半導體激光器——基於法布里-珀羅光學諧振腔
    2.1.9  半導體光放大器——沒有反饋的法布里-珀羅光學諧振腔
    2.1.10  自由電子激光器——高能定向電子束（工作介質）產生激光輻射
  2.2  光的干涉——光濾波器、調製器和波分復用器
    2.2.1  法布里-珀羅濾波器——基本型、光纖型、級聯型
    2.2.2  馬赫-曾德爾干涉儀——經不同路徑傳輸的兩束光干涉
    2.2.3  光纖水聽器系統——基於馬赫-曾德爾干涉的反潛聲吶的核心部件
    2.2.4  馬赫-曾德爾光調製器——外加電場控制兩個分支光波的相位差
    2.2.5  從電介質鏡到光子晶體——從一維晶體到三維晶體
    2.2.6  介質薄膜光濾波解復用器——利用光干涉選擇波長
  2.3  光的衍射——光柵解復用器、激光器和濾波器
    2.3.1  夫琅禾費衍射——平面波（准直光）衍射
    2.3.2  衍射光柵——折射率周期性變化的任何物體
    2.3.3  反射光柵解復用器——光柵對不同波長光的衍射角不同
    2.3.4  陣列波導光柵腔體波長可調激光器——可精確設置發射波長位置
    2.3.5  布拉格光柵——一列平行半反射鏡
    2.3.6  光纖光柵濾波器——折射率周期性變化的光柵反射共振波長附近的光
    2.3.7  分佈反饋激光器——布拉格光柵應用於激光器
    2.3.8  光柵波長可調激光器——外部光柵、布拉格光柵改變波長
    2.3.9  垂直腔表面發射激光器——激光腔體兩端面由電介質鏡組成
    2.3.10  光纖激光器——激光武器
  2.4  陣列波導光柵（AWG）器件——復用器、濾波器和多波長收發機

    2.4.1  AWG星形耦合器——相位中心區、光柵圓-羅蘭圓中心耦合區
    2.4.2  AWG的工作原理——多波長光經不同路徑在終點干涉
    2.4.3  AWG復用/解復用器——經過不同光程傳輸后的光干涉
    2.4.4  AWG濾波器——數字調諧、功率均衡
    2.4.5  AWG平面光波導多通道光接收機——解復用器+陣列光探測器+前置放大器
    2.4.6  AWG用於多波長光源——對寬譜光分割
    2.4.7  AWG用於光網路單元無色WDM-PON——ONU無光源或使用寬譜光源
  2.5  光纖陀螺——飛機、導彈、艦船、坦克等慣性導航
    2.5.1  真空中的薩尼亞克效應——兩束光在環路中相對傳輸后干涉
    2.5.2  光纖中的薩尼亞克效應——順、反時針傳輸光的相位差與角速度和光纖長度成正比
    2.5.3  光纖陀螺——航天、航空、航海、兵器等領域應用廣泛
  2.6  激光武器
    2.6.1  戰術激光武器
    2.6.2  戰略激光武器
    2.6.3  激光器種類
  2.7  全息技術——利用光的干涉記錄並重現物體真實三維圖像
第3章  光的偏振——高速光纖通信系統
  3.1  偏振的基本概念——晶體只允許某一特定方向上的光通過
    3.1.1  線偏振光
    3.1.2  圓偏振光
  3.2  光纖的偏振特性和偏振分集接收
    3.2.1  光纖的偏振特性——製造缺陷或彎折扭曲致纖芯折射率不等
    3.2.2  相干檢測偏振分集接收——輸出與偏振無關
  3.3  偏振復用相干接收系統
    3.3.1  偏振復用光纖傳輸系統
    3.3.2  偏振復用相干接收無中繼傳輸試驗系統——實驗室已進行了11000km距離傳輸
第4章  光的雙摺射效應——偏振器和液晶顯示器
  4.1  光的雙摺射效應概述
    4.1.1  各向同性材料和各向異性材料
    4.1.2  光的雙摺射效應——各向異性晶體使非偏振光折射成兩束正交的線偏振光
    4.1.3  雙摺射的幾種特例——光相位調製器和液晶顯示器
    4.1.4  晶體的雙色性——對光的吸收取決於光波傳輸的方向和偏振態
    4.1.5  光纖雙摺射效應——光纖圓柱對稱性受到破壞的非均勻應力引起
  4.2  雙摺射器件——偏振器件
    4.2.1  相位延遲片和相位補償器
    4.2.2  起偏器和檢偏器
    4.2.3  尼科耳稜鏡——一種起偏器
    4.2.4  沃拉斯頓稜鏡——一種偏振分光器
    4.2.5  偏振控制器——用光纖雙摺射控制偏振
  4.3  液晶顯示器件——雙摺射和偏振的應用
    4.3.1  液晶的雙摺射效應和偏振特性——液晶快慢軸兩個方向傳輸的折射率不等
    4.3.2  扭曲雙摺射向列相液晶顯示器件——外加電場使液晶分子轉變排列方式實現對線偏振光調製
    4.3.3  超扭曲向列相液晶顯示器件
    4.3.4  超扭曲向列相液晶顯示器件的色彩技術——液晶像素調製白色背光源光，濾色器獲得三基色，不同比例三基色光混合
    4.3.5  有源矩陣驅動液晶顯示器件——無串擾、顯示質量高
    4.3.6  液晶顯示器應用及前景
  4.4  立體眼鏡
    4.4.1  縱橫檢偏器3D眼鏡
    4.4.2  扭曲液晶光門3D眼鏡
第5章  光電效應——光探測器、太陽能電池

  5.1  光探測概述
    5.1.1  光探測原理——光的受激吸收
    5.1.2  響應度和量子效率
    5.1.3  響應帶寬——受限於結電容和負載電阻組成的時間常數
  5.2  光探測器——光電效應把光信號轉變為電信號
    5.2.1  PN結光敏二極體
    5.2.2  PIN光敏二極體——擴大增益帶寬、提高量子效率
    5.2.3  雪崩光敏二極體——倍增光生電流
    5.2.4  單行載流子光探測器——只有電子充當載流子可減小渡越時間
    5.2.5  波導光探測器——內量子效率高、響應速度快
    5.2.6  肖特基結光探測器——金屬-半導體-金屬（MSM）結構
    5.2.7  紫外光探測器
    5.2.8  光敏晶體管——具有光生電流增益的光探測器
  5.3  太陽能電池——光電效應把光能轉化成電能
    5.3.1  太陽能電池概述
    5.3.2  太陽能電池發展歷史
    5.3.3  太陽能電池工作原理——載流子擴散建立內部電場，引起載流子漂移在外電路產生開路電壓
    5.3.4  太陽能電池I-V特性
    5.3.5  太陽能電池的等效電路
    5.3.6  太陽能電池的並聯和串聯——串聯提高輸出電壓，並聯提高輸出電流
    5.3.7  溫度對光伏電池的影響——輸出電壓和效率隨溫度下降增加
    5.3.8  太陽能電池材料、器件種類和提高效率的措施
    5.3.9  聚光太陽能電池
    5.3.10  商用太陽能電池技術指標和特性曲線
第6章  電光/磁光/聲光/熱電效應——光調製品、光隔離器和光開關
  6.1  電光效應——光調製器和光開關
    6.1.1  電光效應原理——外電場使晶體折射率n變化
    6.1.2  電光相位調製器
    6.1.3  電光開關——其輸出由波導光相位差決定
  6.2  磁光效應——磁光開關和光隔離器
    6.2.1  磁光效應原理——強磁場使非旋光材料偏振面發生右旋轉
    6.2.2  磁光開關
    6.2.3  光隔離器——隔離入射光和反射光
  6.3  聲光效應——濾波器、調製器和聲光開關
    6.3.1  聲光效應原理——聲波引起晶體折射率周期性變化
    6.3.2  聲光濾波器——聲生光柵對波長具有選擇性
    6.3.3  聲光調製器——聲生光柵對入射光調製輸出衍射光波
    6.3.4  聲光開關
  6.4  熱電效應及熱光開關
    6.4.1  熱電效應原理——外部熱源引起波導折射率n變化
    6.4.2  熱光開關
第7章  非線性光學效應——光纖拉曼放大器
  7.1  非線性光學效應——由強光場引起
    7.1.1  非線性光學效應概念——強電場引起電介質極化
    7.1.2  幾種光纖非線性光學效應
  7.2  光纖拉曼放大器——增益頻譜只由泵浦波長決定
    7.2.1  光纖拉曼放大器的工作原理——拉曼散射光頻等於信號光頻
    7.2.2  拉曼增益和帶寬——信號光與泵浦光頻差不同增益也不同
    7.2.3  放大倍數和增益飽和
    7.2.4  雜訊指數——等效雜訊比EDFA的小

    7.2.5  多波長泵浦增益帶寬——獲得平坦光增益帶寬
    7.2.6  光纖拉曼放大技術應用——全波段使用，與EDFA混合使用
  7.3  光纖孤子通信——光纖自相位調製補償群速度色散使光脈衝波形始終維持不變
    7.3.1  基本概念——光纖非線性應用的典型事例
    7.3.2  光孤子通信實驗系統
第8章  光纖波導及其傳光原理
  8.1  光與介質的相互作用——光反射和折射
    8.1.1  斯涅耳定律和全反射
    8.1.2  抗反射膜——使入射光和反射光相消干涉
    8.1.3  光纖傳導模——TE模、TM模和HE模
  8.2  光纖傳光原理
    8.2.1  漸變多模光纖傳光原理——折射率分佈使光線同時到達終點
    8.2.2  數值孔徑和受光範圍——數值孔徑越大，接收光能力越強，但信號展寬越大
    8.2.3  光線光學分析光纖傳光原理——各種傳導模沿光纖傳輸
    8.2.4  導波光學分析光纖傳光原理——由麥克斯韋波動方程完美解釋
  8.3  光纖的基本特性
    8.3.1  基模傳輸條件——V參數小於2.0
    8.3.2  場結構和模式簡並
    8.3.3  雙摺射效應和偏振特性
  8.4  光纖的傳輸特性
    8.4.1  光纖色散——展寬輸入脈衝、減少光纖帶寬
    8.4.2  光纖衰減
  8.5  光纖衰減的補償——摻鉺光纖放大器
    8.5.1  摻鉺光纖放大器的構成
    8.5.2  EDFA工作原理及其特性——泵浦光能量轉移到信號光
第9章  光波通信系統——海底、空間、移動和對潛通知
  9.1  海底光纜通信系統
    9.1.1  海底光纜通信系統在世界通信網路中的地位和作用
    9.1.2  海底光纜通信系統組成和分類
    9.1.3  連接中國的海底光纜通信系統
    9.1.4  海底光纜系統供電
    9.1.5  無中繼海底光纜傳輸系統
  9.2  空間光通信系統關鍵技術
    9.2.1  光學天線
    9.2.2  光發射機
    9.2.3  光接收機
    9.2.4  捕獲、瞄準和跟蹤
    9.2.5  空間分集系統
    9.2.6  通道
  9.3  自由空間光通信
    9.3.1  大氣光通信
    9.3.2  星地間光通信
    9.3.3  衛星間光通信
  9.4  藍綠光通信——傳輸介質為海水
    9.4.1  概述
    9.4.2  激光對潛通信種類
    9.4.3  藍綠光通信系統
  9.5  光纖傳輸技術在移動通信中的應用
    9.5.1  光纖傳輸正交頻分復用信號——4G、5G移動通信系統基礎
    9.5.2  光纖傳輸射頻信號——HFC、O-SCM、O-OFDM

    9.5.3  光纖傳輸碼分多址信號——3G移動通信系統基礎
第10章  發光及其顯示器件——電致發光和光致發光LED
  10.1  電致發光和光致發光
    10.1.1  電致發光——直接把電能轉換成光能（如發光二極體）
    10.1.2  電致發光LED材料和結構
    10.1.3  光致發光——光能或電能激勵的高能量光子（波長短）以低能量光子發射
    10.1.4  LED的主要特性和應用
  10.2  電致發光顯示器件
    10.2.1  薄膜電致發光顯示——摻有磷光體的薄膜電致發光
    10.2.2  厚膜/薄膜混合電致發光顯示——用藍光激發紅光、綠光
    10.2.3  粉末電致發光顯示
  10.3  有機電致發光顯示（OLED）器件——電流驅動有機半導體薄膜材料發光和顯示
    10.3.1  OLED器件的結構
    10.3.2  OLED顯示的工作原理——受激分子價電子從激發態回到基態時，發出其能級差的光子
    10.3.3  有源矩陣驅動OLED顯示器件
  10.4  電致發光顯示器件的應用和發展前景
    10.4.1  電致發光顯示器件種類及應用
    10.4.2  鈣鈦礦發光二極體（PeLED）及發展前景
第11章  光熱、光電導、光電荷效應——紅外探測器、圖像感測器和國陸離裝備應用
  11.1  光熱效應及其器件
    11.1.1  熱敏效應——熱敏電阻吸收光輻射使阻值相應發生改變
    11.1.2  溫差電效應——溫差電熱電偶產生溫差電動勢
    11.1.3  熱釋電效應——熱釋電探測器、熱成像系統
  11.2  光電導效應——紅外探測、光電控制和光電制導應用
    11.2.1  光敏電阻工作原理——入射光子使材料電導率隨入射光強變化
    11.2.2  光敏電阻特性
    11.2.3  光敏電阻的偏置電路
    11.2.4  光敏電阻種類和紅外探測應用
  11.3  光電荷效應——信號處理、數字存儲和圖像感測應用
    11.3.1  電荷耦合器件（CCD）工作原理——集光/電轉換、電荷存儲、電荷轉移和自掃描等功能于一體
    11.3.2  電荷耦合攝像器件工作原理——二維圖像光信號轉換為一維電信號的功能器件
    11.3.3  CCD的應用——信號處理、數字存儲和圖像感測
    11.3.4  CMOS圖像感測器——晶元上的照相機
    11.3.5  圖像感測器系統及色彩分離技術——濾波法、三色分光稜鏡法和光敏二極體色彩分離法
    11.3.6  CMOS和CCD攝像器件的比較
    11.3.7  光子效應器件匯總
  11.4  紅外熱成像技術——紅外輻射分佈轉換成可見圖像
    11.4.1  熱成像機理——利用目標與背景溫度和輻射率差生成圖像
    11.4.2  熱探測器、光/電轉換和製冷
    11.4.3  熱成像裝置組成及工作原理
    11.4.4  焦平面陣列紅外探測器
  11.5  紅外技術的應用——軍事目標的偵察、制導和跟蹤
    11.5.1  紅外偵察——熱像儀不受氣候、戰場環境限制
    11.5.2  紅外遙感——軍用和民用機載遙感、星載遙感
    11.5.3  紅外告警——對來襲威脅源探測告警、啟動反擊系統
    11.5.4  紅外跟蹤——對目標搜索、發現、識別和跟蹤
    11.5.5  紅外製導——導引頭紅外捕獲、跟蹤並引導導彈飛向目標
    11.5.6  紅外測溫——非接觸式測溫
    11.5.7  紅外醫療——紅外測溫儀和熱像儀用於疾病診斷
    11.5.8
附錄A  縮寫名詞術語
附錄B  器件系統應用內容索引
參考文獻

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