第1章 光辐射与激光原理 1

1.1 光辐射 1

1.1.1 电磁波谱 1

1.1.2 光辐射 2

1.2 辐射度量与光度量 5

1.2.1 辐射度量 5

1.2.2 光度量 7

1.2.3 光度量和辐射度量的关系 10

1.3 激光基本原理 10

1.3.1 光子的基本性质 10

1.3.2 激光产生的物理基础 11

1.4 典型激光器及其应用 16

1.4.1 激光器的种类 16

1.4.2 激光特性 16

工程技术案例 17

练习题 19

第2章 光束的传播 22

2.1 光在大气中的传播 22

2.1.1 大气传输 22

2.1.2 湍流效应 25

2.2 光在电光晶体中的传播 26

2.2.1 电光效应 27

2.2.2 相位延迟 29

2.3 光在声光晶体中的传播 34

2.3.1 声光效应 34

2.3.2 声光衍射 36

2.4 光在磁光介质中的传播 40

2.4.1 磁光效应 40

2.4.2 磁光偏振 40

2.5 光在光纤中的传播 43

2.5.1 弱导条件 43

2.5.2 阶跃型光纤中光的传播 44

2.5.3 梯度型光纤中子午光线的传播 46

2.5.4 光束在光纤波导中的衰减和色散特性 47

2.6 光在非线性介质中的传播 49

2.6.1 介质的非线性电极化 49

2.6.2 光学变频效应 50

2.6.3 强光引起介质折射率变化 53

工程技术案例 55

练习题 56

第3章 光束的调制与扫描技术 58

3.1 调制原理 58

3.1.1 幅度调制 59

3.1.2 角度调制 59

3.1.3 光强调制 60

3.1.4 脉冲调制 61

3.1.5 数字调制 62

3.2 电光调制 63

3.2.1 强度调制 63

3.2.2 角度调制 68

3.3 声光调制 69

3.3.1 工作原理 69

3.3.2 调制参量 70

3.3.3 声光匹配 72

3.4 磁光调制 73

3.4.1 工作原理 73

3.4.2 光强调制 73

3.5 内调制 74

3.5.1 LD调制原理 74

3.5.2 LED调制特性 75

3.5.3 模/数调制 75

工程技术案例 76

练习题 78

第4章 光的探测技术 80

4.1 物理效应 80

4.1.1 外光电效应 81

4.1.2 内光电效应 82

4.1.3 光热效应 83

4.1.4 光电转换定律 84

4.2 技术参数 85

4.2.1 灵敏度 85

4.2.2 量子效率 86

4.2.3 通量阈 88

4.2.4 噪声等效功率 88

4.2.5 归一化探测度 88

4.3 光敏电阻 90

4.3.1 工作原理 90

4.3.2 技术特性 91

4.4 光电池 94

4.4.1 工作原理 94

4.4.2 技术特性 95

4.4.3 太阳能电池 98

4.5 光电二极管 101

4.5.1 Si光电二极管 101

4.5.2 PIN硅光电二极管 104

4.5.3 雪崩光电二极管 105

4.6 光电三极管 107

4.6.1 光照特性 107

4.6.2 光谱特性 108

4.6.3 伏安特性 108

4.7 光电扫描技术 109

4.7.1 机械扫描 109

4.7.2 微机扫描 109

4.7.3 电光数字式扫描 112

工程技术案例 114

练习题 115

第5章 光电成像技术 118

5.1 工作原理 118

5.1.1 CCD结构与原理 119

5.1.2 CCD技术参数 124

5.1.3 CMOS结构与原理 126

5.1.4 IRFPA结构与原理 127

5.2 光电成像原理 130

5.2.1 基本结构 130

5.2.2 技术参数 131

5.3 红外成像技术 133

5.3.1 性能参数 133

5.3.2 空间分辨率 133

5.3.3 温度分辨率 135

5.4 夜视技术 137

5.4.1 微光像增强器的工作原理与性能参数 137

5.4.2 微光摄像CCD器件的工作原理 141

工程技术案例 142

练习题 144

第6章 显示技术 146

6.1 阴极射线管 146

6.1.1 黑白显像管 146

6.1.2 彩色显像管 147

6.2 液晶显示 149

6.2.1 液晶光学性质 149

6.2.2 扭曲向列型液晶显示 152

6.2.3 液晶显示器的技术参数 154

6.3 等离子体显示 156

6.3.1 发光原理 156

6.3.2 单色显示技术 157

6.3.3 彩色显示技术 158

6.4 电致显示技术 159

6.4.1 发光二极管显示原理与技术 159

6.4.2 有机发光二极管显示技术 159

工程技术案例 161

练习题 162

模拟练习题1 165

模拟练习题2 168

模拟练习题3 171

章节参考答案 173

参考文献 184

本书是光电信息科学与工程类专业卓越工程师培育计划教材、国家级特色专业教材、精品资源共享课同步教材。

本书共6章，以激光的产生、传输、调制、扫描、探测、成像和显示为主线，体现光源激光化、传输波导化、手段电子化和处理光学化为特征，较系统地介绍光电子技术的基本概念、基本原理、性能指标和技术应用，主要内容包括：辐射度学和光度学、激光产生的物理基础及其工程应用；激光束在电光晶体等介质中传播规律；激光束的电光等调制；光电探测器件的物理效应、性能参数等；光电成像的基本原理和综合特性；光电的基本显示技术等。

本书提供配套教学大纲、考试大纲、电子课件、章节练习及期末考试模拟试题、光电科技视频、成功课程设计案例等。

第1章 绪论

1.1 光电子技术的演变和发展

1.2 光电子技术的内容

1.3 光电子技术的应用

1.4 光电子技术的未来

第2章 光与物质相互作用基础

2.1 光学基础知识-

2.2 物质的微观结构、能带及半导体物理基础

2.3 热辐射与黑体辐射

2.4 自发辐射、受激吸收和受激辐射

第3章 光辐射与光源

3.1 辐射度学与光度学的基础知识

3.2 常用非相干光源

3.3 激光光源

第4章 光波导技术

4.1 光在介质分界面上的反射与折射

4.2 平面介质光波导的射线分析方法

4.3 平面介质光波导的电磁理论

4.4 圆柱介质光波导

第5章 光调制技术

5.1 晶体中光的传播特性

5.2 电光效应

5.3 在外电场作用下的晶体中光的传播特性

5.4 电光调制

5.5 声光效应

5.6 磁光效应

第6章 光电探测基础

6.1 光电探测的物理效应

6.2 光电探测器的性能参数

6.3 光电探测过程中的噪声

6.4 光电探测方式

第7章 光电探测器件

7.1 光敏电阻

7.2 光电池

7.3 光电二极管

7.4 光电三极管

7.5 光电倍增管

第8章 光电显示技术

8.1 光电显示技术基础

8.2 阴极射线显示技术

8.3 液晶显示技术

8.4 有机发光二极管显示技术

8.5 其他新型显示技术

附录

附录1 基本物理常数

附录2 希腊字母表

附录3 矢量分析中的常用公式

附录4 张量的基本知识

参考文献

本书较为系统地介绍了光电子系统信息传递与处理的各个环节的基本概念、基本原理及应用实例，包括光在介质中传播，光波导技术、光调制技术、光电探测原理和方法、光信息存储与显示等内容。本书既注重对光电子技术的物理概念讲解，又对光电子相关技术的应用做了介绍，同时还吸纳了该领域的最新科研成果。。 本书可作为高等院校光电信息科学与工程、电子信息、电子科学与技术等专业的本科生的教材及研究生参考书，也可供相关专业科研人员和工程技术人员参考。

光电子主要专业课程

学习的主要专业课程：光电子技术、光电子器件及系统、信号与系统、通信原理与技术、高等光学、应用光学、光电子学、计算机及网络技术、电子电路与技术、电动力学、量子力学、半导体物理等。

光电子毕业生去向

继续攻读硕士、博士学位；或到信息产业部门、中科院及有关研究所、电信部门、高等院校、企事业单位及有关公司，主要从事光学、光电子学、光电子技术科学、光电信息工程与技术、光通信工程与技术、光电信号检测处理与控制技术等领域的研究、设计、开发、应用和管理等工作。

在微电子技术蓬勃发展的同时，人们发现可以利用光电各自的优势来为我们服务。比如激光器，光电探测器，太阳电池如等方面都需要光电结合。这就是早期的光电子学。随着光电子学的发展，人们研究完全利用光来处理信息，于是诞生了光子学。所以可以说，先有了光电子学，又有了光子学。而最终的发展会是光电的再次统一，即更高一个层次上的光电子学。现在正在发展单电子技术和单光子技术，那时信息的载体不再是束流，而是单个的粒子。光子和电子都是利用量子力学的概念，区别只是波长不同而已。我想我们在二十一世纪肯定会走到这一步。那时既不能叫光子信息技术，也不能叫电子信息技术，应该叫量子信息技术。

由于光子具有电子所不具备的许多特性所以光子学有它独特的优势。尤其在信息领域。比如通信，我们现在大部分主干网用的都是光纤，信息的载体都是光。由于密集波分复用技术的发展，一根头发丝粗细的光纤就可以传输一亿门电话线路。这是电缆无法比拟的。再如信息存储技术，光盘由VCD发展到DVD，容量增大了好几倍，未来如果研制出能够商用的蓝光激光器，采用蓝光波段的光来作为信息的载体，就又可以使同样大小的光盘的容量增大近十倍。而且光具有相干性，可以实现全息存储，在不到一个平方厘米的芯片上，我们可以把北京图书馆的所有的书都存进去。在计算机方面，未来的发展趋势是光要进入计算机中，发挥光子的优势实现开关的互联，利用光来消除电子传输带来的瓶颈效应。