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本书根据教育部光电信息科学与工程教学指导分委员会课程基本要求编写，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。以激光的产生、传输、调制、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，较系统的介绍信息光电子技术的基本概念、基本原理、性能指标和技术应用。本书共6章，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；激光束在大气、电光晶体、声光晶体、光纤等介质中传播规律和特性，以及相关技术与应用；激光束的电光、声光、磁光调制原理、结构、参数和技术特性；光电探测器件的物理效应、原理、结构和特性，以及技术应用；光电成像的基本概念、原理、结构和综合特性，以及工程应用；光电显示的基本原理、性能参数和显示器技术等。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。

目    录

第1章　光辐射与激光器	（1）
1.1　光辐射	（1）
1.1.1　电磁波谱	（1）
1.1.2　光辐射	（2）
1.1.3  热辐射的基本定律	（3）
1.2　辐射度量与光度量	（5）
1.2.1　辐射度量	（6）
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	（11）
1.3.1　光子的基本性质	（11）
1.3.2　激光产生的物理基础	（12）
1.4　典型激光器及其应用	（17）
1.4.1　激光器的种类	（17）
1.4.2　固体激光器	（19）
1.4.3　气体激光器	（20）
1.4.4　半导体激光器	（21）
1.4.5　光纤激光器	（22）
1.4.6　激光特性	（23）
光电科学家与诺贝尔奖	（24）
工程与技术案例	（25）
练习题	（27）
第2章　光束的传播	（30）
2.1　光在大气中的传播	（30）
2.1.1　大气传输	（30）
2.1.2　湍流效应	（33）
2.2　光在电光晶体中的传播	（35）
2.2.1　电光效应	（35）
2.2.2　相位延迟	（37）
2.3　光在声光晶体中的传播	（43）
2.3.1　声光效应	（43）
2.3.2　声光衍射	（45）
2.4　光在磁光介质中的传播	（48）
2.4.1　磁光效应	（48）
2.4.2　磁光偏振	（48）
2.5　光在光纤中的传播	（51）
2.5.1　弱导条件	（51）
2.5.2　阶跃型光纤中光的传播	（52）
2.5.3　梯度型光纤中子午光线的传播	（54）
2.5.4　光束在光纤波导中的衰减和色散特性	（54）
2.6　光在非线性介质中的传播	（57）
2.6.1　介质的非线性电极化	（57）
2.6.2　光学变频效应	（57）
2.6.3　强光引起介质折射率变化	（60）
光电科学家与诺贝尔奖	（62）
工程与技术案例	（63）
练习题	（64）
第3章　光束的调制与扫描技术	（67）
3.1　调制原理	（67）
3.1.1　幅度调制	（68）
3.1.2　角度调制	（68）
3.1.3　光强调制	（70）
3.1.4　脉冲调制	（70）
3.1.5　数字调制	（71）
3.2　电光调制	（73）
3.2.1　强度调制	（73）
3.2.2　角度调制	（77）
3.3　声光调制	（78）
3.3.1　工作原理	（79）
3.3.2　调制参量	（79）
3.3.3　声光匹配	（81）
3.4　磁光调制	（82）
3.4.1　工作原理	（82）
3.4.2　光强调制	（82）
【小故事】	（83）
3.5　内调制	（83）
3.5.1　LD调制原理	（83）
3.5.2　LED调制特性	（84）
3.5.3　模/数调制	（85）
光电科学家与诺贝尔奖	（86）
工程技术案例	（86）
练习题	（87）
第4章　光电探测技术	（90）
4.1　物理效应	（90）
4.1.1　外光电效应	（91）
4.1.2　内光电效应	（93）
4.1.3　光热效应	（94）
4.1.4　光电转换定律	（96）
4.2　技术参数	（96）
4.2.1　灵敏度	（97）
4.2.2　量子效率	（98）
4.2.3　通量阈	（99）
4.2.4　噪声等效功率	（100）
4.2.5　归一化探测度	（100）
4.3　光敏电阻	（101）
4.3.1　工作原理	（101）
4.3.2　技术特性	（102）
4.4　光电池	（107）
4.4.1　工作原理	（107）
4.4.2　技术特性	（107）
4.4.3　太阳能电池	（110）
4.5　光电二极管	（114）
4.5.1　Si光电二极管	（114）
4.5.2　PIN硅光电二极管	（119）
4.5.3　雪崩光电二极管	（120）
4.6　光电三极管	（123）
4.6.1　光照特性	（123）
4.6.2　光谱特性	（124）
4.6.3　伏安特性	（124）
4.7　光电扫描技术	（125）
4.7.1　机械扫描	（125）
4.7.2　微机扫描	（126）
4.7.3　电光数字式扫描	（129）
光电科学家与诺贝尔奖	（130）
工程技术案例	（131）
练习题	（134）
第5章　光电成像技术	（138）
5.1　工作原理	（138）
5.1.1　CCD结构与原理	（139）
5.1.2　CCD技术参数	（144）
5.1.3　CMOS结构与原理	（147）
5.1.4　IRFPA结构与原理	（149）
5.2　光电成像原理	（153）
5.2.1　基本结构	（153）
5.2.2　技术参数	（154）
5.3　红外成像技术	（155）
5.3.1　性能参数	（155）
5.3.2　空间分辨率	（156）
5.3.3　温度分辨率	（159）
5.4　夜视技术	（160）
5.4.1　微光像增强器的工作原理与性能参数	（160）
5.4.2　微光摄像CCD器件的工作原理	（165）
光电科学家与诺贝尔奖	（166）
工程技术案例	（167）
练习题	（169）
第6章　显示技术	（171）
6.1　阴极射线管	（171）
6.1.1　黑白显像管	（171）
6.1.2　彩色显像管	（173）
6.2　液晶显示	（177）
6.2.1　液晶光学性质	（177）
6.2.2　扭曲向列型液晶显示	（180）
6.2.3　液晶显示器的技术参数	（182）
6.3　等离子体显示	（183）
6.3.1　发光原理	（184）
6.3.2　单色显示技术	（184）
6.3.3　彩色显示技术	（186）
6.4　电致显示技术	（187）
6.4.1　发光二极管显示原理与技术	（187）
6.4.2　有机发光二极管显示技术	（187）
光电科学家与诺贝尔奖	（188）
工程技术案例	（189）
练习题	（190）
模拟练习题1	（193）
模拟练习题2	（196）
模拟练习题3	（199）
综合练习题4	（201）
综合练习题5	（203）
光电子技术专业术语	（206）
参考文献	（215）

第2版前言

光电子技术作为国家信息产业的基础技术之一，在通信网络、新能源、医疗健康、先进制造、测量、信息存储显示及国防等多个领域应用，体现了当前我国正在实施的“一带一路”、“军民融合”、“中国制造2025”、“互联网+”和“智慧城市”等发展战略，适应产业结构调整、转换和升级的客观需要，已成为推动国民经济增长的重要部分，并引领着生活方式和社会结构的变化。
光电子器件是光电子技术的必然产物，是现代信息基础设施（整机、系统和网络）和各种新型应用的重要核心之一，其技术水平和产业能力已经成为衡量一个国家综合实力和国际竞争力的重要标志。
光电子科学、技术、工程与产业的发展最关键要素之一的是人才。本书力求全面地介绍光电子技术的基本理论和基础应用，内容上紧扣当前光电产业发展前沿，以激光光源、光的传输、调制、探测、成像和显示为主线，体现光源的激光化、传输的波导化、手段的电子化和处理的光学化特征。
从基础知识点上，较全面地介绍光辐射度学和光度学、激光原理、光的传播、调制、探测、成像和显示等方面的基本概念、原理和性能参数，并列举一些相应的例子和技术案例。
从O2O教育上，配套较全面的教学大纲、授课计划、考试大纲、教学教案、课程课件、章节习题、技术案例分析与延伸、模拟试题等相关内容，便于自学、少学时等人群学习和使用。可通过华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）注册下载。
本书由西南科技大学周自刚和内蒙古工业大学胡秀珍编著，其中胡秀珍负责第1、4和6章的编写工作，周自刚负责第2、3和5章的编写工作。本书参考了国内外近年出版的专著、文献和教材。在此，一并向前辈和同行们表示衷心的感谢。
因编著者水平有限，误漏之处在所难免，恳请读者批评指正。
作  者         
2017年8月   
前    言

随着微电子技术、计算机技术和激光技术的飞速发展，带来了巨大能量和信息容量，具有高速、并行传输与处理的时代已到来，向人们展示着——21世纪是光子与电子交相辉映的全新时代。
光电子技术正是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的，包括光电子信息技术和光电子能量科学技术。光电子技术在现代科技、经济、军事、文化、生活等领域发挥着极其重要的作用，以此为支撑的光电子产业是世界上争相发展的支柱产业，是竞争激烈、发展最快的高科技产业的主力军。
决定光电子科学、技术、工程与产业发展的最关键要素是人才。本书是国家级特色专业——光电信息科学与工程专业学位课程教材，也是国家级光电卓越工程师培养计划的工程实践配套教材。本书力求全面地介绍光电子技术的理论和应用基础，内容紧扣当前光电产业发展前沿，以激光光源、光的传输、调制、探测、成像和显示等为主线，体现光源的激光化、传输的波导化、手段的电子化和处理的光学化特征。
本书在光信息的调制、光电探测及成像技术、光电显示技术等方面案例丰富，特别列举了相关效应（如电光等效应）的现象、探测技术的特性等。本书在知识体系上，以培养学生实践与创新能力作为重要的内容，注重对学生探索精神、科学思维、实践能力、创新能力的培养。每章提供重点知识的工程技术应用案例，以激发学生主动学习、主动实践的热情。
本书在结构顺序上，主要包括激光、光传输、光调制、光探测、光成像、光显示、光电器件案例等，较系统地介绍光电子基础、常见光电子器件的原理、结构、应用技术和新的发展。本书配套教学大纲、授课计划、考试大纲、教案、课件、章节练习、光电工程技术案例、模拟试题等部分，请通过华信教育资源网www.hxedu.com.cn注册下载，或扫描书上的二维码在线观看案例视频（建议在Wi-Fi环境下使用）。
本书由西南科技大学周自刚主编，范宗学负责每章节的基础知识内容部分撰写，冯杰负责章节例题分析、工程技术案例和配套练习及答案的编写。本书参考了大量国内外近年来出版的专著、文献和教材，在此特向前辈和同行们一并表示衷心的感谢！
因编著者水平有限，书中难免存在疏漏和错误之处，恳请各位读者指正。

作  者         
                                                       中国科技城?绵阳

光电，高等教材

周自刚，男，西南科技大学教授。胡秀珍，女，内蒙工业大学教授，教育部光电教指委委员。作者长期从事光电领域一线教学和科研工作，出版多部著作。

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光电子技术及应用（第2版）