第1章光的基础知识

1.1几何光学

1.1.1光线与波面

1.1.2几何光学的基本实验定律

1.1.3费马原理

1.2波动光学

1.2.1波速和折射率

1.2.2电磁波谱

1.2.3光的衍射

1.2.4光的干涉

1.2.5光的偏振

1.2.6电磁场基本方程与波动方程

习题1

第2章激光原理与技术

2.1光辐射量子理论基础

2.1.1热辐射

2.1.2黑体的经典辐射定律

2.1.3普朗克辐射公式

2.1.4光电效应

2.1.5爱因斯坦的量子解释

2.1.6康普顿效应

2.2光辐射产生的基本原理

2.2.1三种跃迁

2.2.2辐射与吸收之间的关系

2.2.3光谱线加宽及类型

2.2.4光与物质体系相互作用的量子解释

2.3激光产生的条件

2.3.1激光产生的必要条件

2.3.2激光产生的充分条件

2.4激光器的基本结构及激光模式

2.4.1激光器的基本结构

2.4.2谐振腔的限模作用

2.4.3激光模式

2.5高斯光束

2.5.1光线传输矩阵

2.5.2高斯光束的基本性质和q参数

2.5.3高斯光束的传输变换

2.5.4高斯光束的聚焦

2.5.5高斯光束的匹配

2.5.6高斯光束的准直

2.5.7高斯光束的自再现与稳定球面腔

2.6激光器的输出

2.6.1输出功率

2.6.2激光的输出特性

2.7激光单元技术

2.7.1激光调制技术

2.7.2激光调Q技术

2.7.3激光锁模技术

2.7.4激光选模技术

2.7.5激光稳频技术

习题2

第3章激光传输

3.1激光在大气中的传输

3.1.1大气分子的吸收

3.1.2大气分子的散射

3.2激光在介质中的传输

3.2.1光在介质分界面上的反射和折射

3.2.2光在单层介质膜上的反射

3.2.3光在非均匀介质中的传输

3.2.4光在晶体中的传输

3.3激光在光纤中的传输

3.3.1光纤的结构与种类

3.3.2光纤的传输特性

3.3.3光纤的损耗与色散

习题3

第4章光电探测技术

4.1光电探测的物理效应

4.1.1外光电效应

4.1.2内光电效应

4.1.3光热效应

4.2光探测器的性能参数和噪声

4.2.1光探测器的性能参数

4.2.2光探测器的噪声

4.3光电探测器的探测方式

4.3.1直接探测与外差探测的基本原理

4.3.2两种探测方式的性能分析

4.4光电探测器

4.4.1光电探测器的分类

4.4.2典型光电探测器

习题4

第5章集成光波导理论和集成光子器件

5.1集成光波导理论

5.1.1平板波导的几何光学理论

5.1.2平板波导中的导行波

5.1.3波动理论分析方法

5.1.4耦合模理论

5.1.5光束传播法

5.2无源光波导器件

5.2.1光波导耦合器

5.2.2谐振环

5.2.3AWG波分复用器

5.2.4其他无源光波导器件

5.3有源光波导器件

5.3.1调制器

5.3.2光开关

5.3.3光波导放大器和激光器

5.4光波导主要工艺和材料简介

5.4.1光波导主要工艺

5.4.2光波导主要材料

习题5

第6章纳米光学

6.1纳米光学概述

6.1.1纳米光学本质

6.1.2纳米光学研究范畴

6.2纳米光学基础

6.2.1低维光波导理论

6.2.2倏逝波概念及性质

6.2.3金属的色散模型

6.3纳米光学器件

6.3.1光子晶体

6.3.2纳米介质光波导

6.3.3表面等离子激元概念及性质

6.3.4表面等离子激元器件及应用领域

6.4近场成像技术

6.4.1近场光学显微技术

6.4.2金属增强拉曼技术

6.5纳米制造技术

6.5.1基于“Topdown”工艺的纳米制造技术

6.5.2基于“Bottomup”工艺的纳米制造技术

6.5.3亚波长光刻技术

习题6

第7章光电子技术应用实例

7.1光电成像器件

7.1.1CMOS图像传感器

7.1.2图像增强器

7.2平板显示器件

7.2.1液晶显示

7.2.2等离子体显示板

7.3光存储器件

7.3.1光存储器概述

7.3.2光盘存储器的工作原理

7.3.3光盘存储技术的发展

7.4光纤通信技术

7.4.1光纤通信的发展过程

7.4.2光纤通信技术的特点

7.4.3光纤通信技术的种类

7.4.4光纤通信与光电子器件

7.5光生伏特器件

7.5.1硅光电二极管

7.5.2硅太阳能电池

习题7

参考文献 2100433B

本书共分7章。第1章是光的基础知识，这是学习与研究光电子物理必要的准备，旨在使不同基础的读者均能从波动和几何光学两方面认识光的本质；第2章阐述了激光原理及技术，重点在于研究激光的产生及相关性质，为后续激光应用奠定理论基础；第3章研究激光的传输，讨论了激光在大气、介质和光纤中的传输特性；第4章是光电探测技术，探讨了光电探测原理、性能参数等；第5章光波导，研究集成、无源及有源光波导器件的工作原理及相关应用；第6章结合了纳米光学的进展，介绍了纳米光学基础知识及器件基础；第7章举例介绍了光电子技术在成像、显示、存储、通信及能源等领域的应用。

本书可作高等学校工科电类专业本科生教学和研究生参考用书，或可作为光电子领域工程技术人员的技术参考书。

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。

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

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。