第1章 光辐射、发光源与光传播基本定律

1.1 电磁波谱与光辐射

1.1.1 电磁波的性质与电磁波谱

1.1.2 光辐射

1.2 辐射度学与光度学基本知识

1.2.1 辐射量

1.2.2 光度量

1.3 热辐射基本定律

1.3.1 单色吸收比和单色反射比

1.3.2 基尔霍夫辐射定律

1.3.3 普朗克公式

1.3.4 瑞利—琼斯公式

1.3.5 维恩公式

1.3.6 维恩位移定律

1.3.7 斯忒藩—玻耳兹曼定律

1.3.8 色温

1.4 激光原理

1.4.1 激光产生的物理基础

1.4.2 激光（强相干光）产生的基本原理和方法

1.4.3 开放式光学谐振腔和高斯光束

1.5 典型激光器

1.5.1 固体激光器

1.5.2 气体激光器

1.5.3 半导体二极管激光器

1.5.4 光纤激光器

1.6 光频电磁波的基本理论和定律

1.6.1 光波的电磁场理论

1.6.2 光波场的时域频率特性

1.6.3 相速度和群速度

1.6.4 光波的横波性质和偏振态

1.6.5 光波在各向同性介质界面上的反射和折射

1.6.6 几何光学基本定律

练习及思考题1

第2章 光辐射的传播

2.1 光波在大气中的传播

2.1.1 大气衰减

2.1.2 大气湍流效应

2.2 光波在电光晶体中的传播

2.2.1 电致折射率变化

2.2.2 电光相位延迟

2.3 光波在声光晶体中的传播

2.3.1 拉曼—纳斯衍射

2.3.2 布喇格（Bragg）衍射

2.4 光波在磁光介质中的传播

2.4.1 法拉第旋转效应

2.4.2 磁光相互作用的耦合波分析

2.5 光波在光纤波导中的传播

2.5.1 光纤波导的结构及弱导性

2.5.2 光束在光纤波导中的传播特性

2.5.3 光束在光纤波导中的衰减和色散特性

2.6 光波在非线性介质中的传播

2.6.1 非线性电极化率

2.6.2 光波在非线性介质中的传播

2.6.3 光混频及光倍频技术

2.7 光波在水中的传播

2.7.1 传播光束的衰减特性

2.7.2 前向散射

2.7.3 后向散射

练习及思考题2

第3章 光束的调制和扫描

3.1 光束调制原理

3.1.1 振幅调制

3.1.2 频率调制和相位调制

3.1.3 强度调制

3.1.4 脉冲调制

3.1.5 脉冲编码调制

3.2 电光调制

3.2.1 电光强度调制

3.2.2 电光相位调制

3.2.3 电光调制器的电学性能

3.2.4 电光波导调制器

3.3 声光调制

3.3.1 声光调制器的工作原理

3.3.2 调制带宽

3.3.3 声光调制器的衍射效率

3.3.4 声束和光束的匹配

3.3.5 声光波导调制器

3.4 磁光调制

3.4.1 磁光体调制器

3.4.2 磁光波导调制器

3.5 直接调制

3.6 光束扫描技术

3.6.1 机械扫描

3.6.2 电光扫描

3.6.3 声光扫描

3.7 空间光调制器

3.7.1 泡克耳读出光调制器

3.7.2 液晶空间光调制器

3.7.3 其他类型的空间光调制器

练习及思考题3

第4章 光辐射的探测技术

4.1 光电探测器的物理效应

4.1.1 光子效应和光热效应

4.1.2 光电发射效应

4.1.3 光电导效应

4.1.4 光伏效应

4.1.5 温差电效应

4.1.6 热释电效应

4.1.7 光电转换定律

4.2 光电探测器的性能参数

4.2.1 积分灵敏度（R）

4.2.2 光谱灵敏度（Rλ）

4.2.3 频率灵敏度（Rf）

4.2.4 量子效率（η）

4.2.5 通量阈（Pth）和噪声等效功率（NEP）

4.2.6 归一化探测度（D*）

4.2.7 其他参数

4.3 光电探测器的噪声

4.3.1 噪声概念

4.3.2 噪声描述

4.3.3 光电探测器的噪声

4.4 光电导探测器——光敏电阻

4.4.1 光电转换原理

4.4.2 工作特性

4.4.3 几种典型的光敏电阻

4.4.4 使用注意事项

4.5 pn结光伏探测器的工作模式

4.5.1 光电转换原理

4.5.2 光伏探测器的工作模式

4.6 硅光电池——太阳电池

4.6.1 短路电流和开路电压

4.6.2 输出功率和最佳负载电阻

4.6.3 光谱、频率响应及温度特性

4.6.4 缓变化光电信号探测

4.6.5 交变光信号探测

4.7 光电二极管

4.7.1 Si光电二极管

4.7.2 PIN硅光电二极管

4.7.3 雪崩光电二极管（APD）

4.7.4 光电三极管

4.8 光热探测器

4.8.1 热探测器的一般概念

4.8.2 热敏电阻

4.8.3 热释电探测器

4.9 直接探测系统的性能分析

4.9.1 光电探测器的平方律特性

4.9.2 信噪比性能分析

4.9.3 直接探测系统的NEP分析

4.10 光频外差探测的基本原理

4.10.1 光频外差探测的实验装置

4.10.2 光外差原理

4.10.3 基本特性

4.10.4 光频外差探测的空间相位条件

练习及思考题4

第5章 光电成像系统

5.1 光电成像系统

5.1.1 光电成像系统的基本结构

5.1.2 光电成像系统的基本技术参数

5.2 红外成像光学系统

5.2.1 理想光学系统模型

5.2.2 光学系统中的光阑

5.2.3 红外成像光学系统的主要参数

5.2.4 光学系统的像差

5.2.5 红外光学系统的特点

5.2.6 典型的红外光学系统

5.3 红外成像中的信号处理

5.3.1 前置放大器

5.3.2 直流恢复

5.3.3 多路转换技术

5.3.4 通频带选择

5.3.5 温度信号的线性化

5.3.6 中心温度与温度范围的选择

5.3.7 提高图像质量的计算机处理方法

5.4 红外成像系统的综合特性

5.4.1 调制传递函数（MTF）

5.4.2 噪声等效温差（NETD）

5.4.3 最小可分辨温差（MRTD）

5.4.4 最小可探测温差（MDTD）

5.5 固体摄像器件

5.5.1 电荷耦合摄像器件

5.5.2 电荷耦合摄像器件的特性参数

5.5.3 CMOS摄像器件

5.5.4 红外焦平面器件

5.6 其他成像器件

5.6.1 微光像增强器

5.6.2 微光摄像CCD器件

5.6.3 纤维光学成像器件

练习及思考题5

第6章 显示技术

6.1 阴极射线管显示

6.2 液晶显示

6.2.1 液晶的基本知识

6.2.2 扭曲向列型液晶显示(TNLCD)

6.2.3 超扭曲向列型液晶显示(STNLCD)

6.2.4 有源矩阵液晶显示器件(AMLCD)

6.2.5 液晶显示的背光源

6.3 等离子体显示

6.3.1 气体放电基本知识

6.3.2 单色等离子体显示

6.3.3 彩色等离子体显示

6.4 电致发光显示

6.4.1 注入电致发光显示

6.4.2 有机电致发光显示

6.5 其他显示技术

6.5.1 投影显示

6.5.2 真空荧光显示

6.5.3 电致变色显示

6.5.4 电泳显示

练习及思考题6

第7章 光电子技术应用实例

7.1 光纤通信

7.1.1 光纤通信的发展历史

7.1.2 光纤通信的优点

7.1.3 光纤通信系统的基本组成

7.1.4 光纤通信新技术

7.1.5 光纤通信局域网

7.1.6 综合业务数字网

7.2 激光测距与激光雷达

7.2.1 激光测距

7.2.2 激光雷达的优点

7.2.3 激光雷达原理

7.2.4 激光雷达的应用

7.3 激光制导

7.3.1 激光目标指示器

7.3.2 激光寻的器

7.4 红外遥感

7.4.1 红外遥感技术的发展及特点

7.4.2 红外遥感仪

7.5 红外跟踪制导

7.5.1 红外点源制导系统

7.5.2 红外成像制导系统

7.6 光纤传感

7.6.1 光纤温度传感器

7.6.2 光纤位移传感器

7.6.3 光纤陀螺

7.6.4 光纤传感器阵列

7.6.5 分布式光纤传感器

7.7 太赫兹技术

7.7.1 太赫兹波的产生

7.7.2 太赫兹波的传输

7.7.3 太赫兹波的探测

7.7.4 太赫兹波的应用

练习及思考题7

附录 部分习题参考答案

参考文献

主要内容分为两大部分：一部分主要阐述光辐射特别是激光产生的机理、相干光辐射的调制原理、相干光辐射在各种介质中的传播理论以及光辐射探测的机理；另一部分主要讲述光电成像原理、红外成像原理、光电显示原理以及各种成像器件和显示器件。同时比较系统地介绍了光电子技术在国民经济、国防等方面的应用，如光纤通信、激光雷达、激光制导、红外跟踪、红外遥感等，并力图反映其中的新进展。

光电子光电子技术在传统产业领域的应用

光电子技术是最先进的技术，对传统 产业的技术改造、新兴产业的发展、产业结 构的调整优化起着巨大的促进作用。

光电子技术具有精密、准确、快速、高效等特点，它有助于全面提高工业产品的高、精、尖加工水平，并大幅度提高附加值及竞争能力。以激光加工技术为例，它应用于汽车、航空、航天、通信、微电子等工业， 具有加工速度快、效率高、质量好、变形小、 控制方便和易于实现自动化生产等优点， 对提高产品质量、降低生产成本、提高国际市场竞争能力具有重要作用。

1、汽车制造

光电子技术在汽车制造行业的应用极大地推进了汽车工业的发展，首先是高功率的激光器被用作为切割、焊接的材料的处理工艺；其次是机械视觉系统正在汽车制造加工中被广泛地应用，并通过产生的信息来调整制造加工工艺，伎其最为合理， 并由此提高产品的质量;而利用激光超声 对固体材料进行非破坏性测试也显示了在 汽车制造业中极大的应用潜力。

2、制作有源阵列液晶显示器

第一步是使用光刻技术产生薄膜晶体 管阵列及色滤波器阵列。然后是光学监测 被用来监视裸衬板、色滤波器阵列及最后 的显示器产品，工艺过程中的诊断，利用光 学对微粒实行控制，紫外光常被用来解决 液晶单元的密封问题。最后激光常被用来 定位及修补制造加工中的缺陷。

3、太阳能光伏技术改变传统能源结构

美、日、欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划，开发方向是大幅度 提高光电池转换效率和稳定性，降低成本，不断扩大产业。目前已有80多个国家和地区形成商业化、半商业化生产能力，年均增长达16%,市场开拓从空间转向地面系统应用。甚至用于驱动交通工具。据报道，全球发展、建造太阳能住宅（光电池作屋顶、外墙、窗户等建材用）投资规模为600亿美元，到2012年还会再翻倍达1200亿美元，光伏技术制作的光电池有望成为21世纪的新能源。

光电子光电子技术在军事领域的应用

光电子科学技术使国防军事具有快速反应和难以攻击的能力，它能为军事提供既快又准的信息，使己方看得更清、反应更快、打得更准、生存能力更强。因此光电子技术被认为是军事领域的主流技术，国防军事现代化的重要支柱。

(1)激光聚变不仅可以作为未来能源，它还有重要的军事应用价值。它可以模拟氢弹的爆炸过程，代替既费钱又不安全的空中或地下核试验，达到改进核武器的性能。目前激光致盲武器已装备部队，舰载和机载激光反导器已开始走出实验室。

(2)电光技术已成为军方的核心技术，美国的国防防务水平随着电光技术的开发呈现快速增长的势头，美国每年用于防务光电技术的开发费用高达50亿美元。

光电子光电子在尖端科学技术领域的应用

光电子科学在科学技术的发展中起着巨大的推动作用。光电子科学技术涵盖众多学科与技术，特别是基础学科技术：材料科学和技术、计算机科学技术、生命科学及技术等。光电子技术所涉及的科学领域都是21世纪发展的尖端科学技术。具体表现如下。

1、兆兆纪元

这是惠普公司的J比恩·鲍姆在1996年10月提出的一个梦想。为了满足信息时代的需要，人们期望在10〜15年内实现这个梦想。

传输：每秒兆兆位干线，远程传输网络。

（1）每秒数百千兆位的存取网络；

（2）每秒数十干兆位的局域网；

（3）每秒1000兆位的台式电脑终端。

处理：每秒运算兆兆（万亿）次的计算机。

（1） 每秒兆兆位开关速度；

（2） 数干兆赫时钟电路；

（3） 每秒数百兆字节的互联。

存储：兆兆字节数据库。

（1）数兆兆字节的盘片驱动；

（2）数千兆位的记忆芯片。

光电子技术的发展趋势完全有可能满足这个设想的要求，光纤传输容呈、光处理能力和光存储密度，正以极快的速度在发展，大约15年以内，信息技术功能就可以从 千兆（109)提高至兆罗巴（1012)。

2、HV的免疫系统监测

用光学生物医学仪器研究艾滋病己取得重要进展，如利用自动化基因顺序测定器、扫描激光荧光计，科学家能够对艾滋病毒的全部基因作顺序测定。下一代艾滋病诊断技术将集中于测定外周血流中自由HV浓度，即病毒负荷。这种诊断测呈对于发展有前途的抗艾滋病病毐新药、蛋白酶抑制剂以及涉及联合这些抗病毒药物治疗确定其有效性是非常重要的。在这种尖端的分子生物学实验室中如使用光学探测，如定呈化的聚合酶链反应POR定量化衍生的DNA将对开展与HIV战斗具有战略影响。