光電子學

本書是為適應光電子學科新的發展形勢和教學要求而編寫的。全書共8章，依次介紹光本性理論的發展、光輻射與輻射源、塊狀固體激光器、光纖激光器、光傳輸與傳輸介質、光電探測與探測器、光電成像與成像系統以及非線性光學基礎等方面的知識。

目錄

緒論

第1章光本性理論的發展

1.1早期學說

1.1.1經典粒子與波動

1.1.2光的微粒說

1.1.3光的波動說

1.2光的電磁理論

1.2.1電磁感應定律

1.2.2Maxwell電磁理論

1.2.3光的電磁理論概述

1.3光波的疊加與干涉

1.3.1光波的獨立傳播性

1.3.2光波疊加原理

1.3.3光波的相干條件

1.4相干性的進一步討論

1.4.1複色場的復表示

1.4.2空間和時間相干度

1.4.3空間和時間相關性的測量

1.5早期光量子論及波粒二象性

1.5.1輻射與能量子概念

1.5.2光電效應與光量子概念

1.5.3康普頓散射和光量子性的進一步證實

1.5.4光的波粒二象性

1.6現代光量子理論簡介

1.6.1矢量空間和線性算符

1.6.2一維諧振子

1.6.3電磁場的量子化

1.6.4相干光子態

1.6.5密度算符和量子分佈

1.6.6量子光學簡介

小結

習題

第2章光輻射與輻射源

2.1原子發光機理

2.1.1α粒子散射和原子的核式結構

2.1.2氫原子光譜和玻爾原子模型

2.1.3量子力學和原子發光

2.1.4光譜線的展寬

2.2自發輻射和普通光源

2.3激光產生機理

2.3.1激光器的腔模概念

2.3.2激光產生的必要條件

2.3.3激光產生的充分條件

2.4激光的物理特性

2.4.1單色性與時間相干性

2.4.2方向性和空間相干性

2.4.3高階相關

2.4.4高亮度

2.5激光器的工作特性簡介

2.5.1超短脈衝特性

2.5.2頻率穩定特性

2.6半導體的能帶結構和電子狀態

2.6.1能帶概念的引入

2.6.2半導體中的電子狀態

2.7激發與複合輻射

2.7.1直接躍遷和半導體發光材料

2.7.2態密度和電子的激發

2.7.3非本徵半導體材料的PN結

2.8發光二極體工作機理

2.9半導體激光器

2.9.1半導體中的光增益

2.9.2損耗和閾值振蕩條件

2.10異質結半導體激光器

2.10.1異質結

2.10.2激光器的結構

小結

習題

第3章塊狀固體激光器

3.1概述

3.2LD泵浦固體激光器

3.2.1與閃光燈泵浦的比較

3.2.2二極體激光泵浦固體激光器的閾值功率和高於閾值的工作

3.2.3LD泵浦固體激光器的結構

3.3薄片激光器

3.3.1薄片介質及泵浦

3.3.2薄片激光器工作原理

3.3.3“液體”激光器

3.4板條激光器

3.5固體的熱容

3.5.1固體熱容的經典理論

3.5.2固體熱容的量子理論

3.6激光器的熱容工作

3.6.1儲熱與升溫

3.6.2溫度分佈與熱應力

3.6.3光束畸變

3.6.4熱容激光器一例

小結

習題

第4章光纖激光器

4.1引言

4.2幾種稀土離子的能級和譜

4.2.1概述

4.2.2硅光纖中幾種稀土離子的激光能級和譜

4.2.3氟光纖中幾種稀土離子的激光能級和譜

4.3模及單模運轉條件

4.3.1塊狀工作介質

4.3.2光纖工作物質

4.3.3模特性與截止頻率

4.3.4光纖激光器的基本結構

4.4雙包層光纖激光器

4.4.1單包層光纖的限制

4.4.2雙包層光纖激光器

4.4.3光子晶體光纖激光器簡介

4.5受激散射光纖激光器

4.5.1Raman散射光纖激光器

4.5.2受激布里淵散射光纖激光器

4.6調Q和鎖模光纖激光器

4.6.1光纖激光器的調Q工作

4.6.2光纖激光器的鎖模工作

小結

習題

第5章光傳輸與傳輸介質

5.1光線在均勻介質及介質界面的傳輸

5.1.1光線在均勻介質中的傳輸

5.1.2光線在介質界面的透射傳輸

5.1.3光線通過薄透鏡的傳輸

5.2高斯光束的傳輸

5.2.1Gauss光束及其特徵參數

5.2.2Gauss光束在自由空間的傳輸

5.2.3Gauss光束通過薄透鏡的傳輸

5.3平面介質波導的射線光學理論

5.3.1光線在介質界面的反射和折射

5.3.2光線在平板波導中的傳播

5.3.3平板介質波導中的導波

5.3.4GoosHnchen位移和波導層的有效厚度

5.4平板波導的電磁理論基礎

5.4.1麥克斯韋方程組的一般形式

5.4.2平板波導中的麥克斯韋方程組

5.4.3TE波場方程的解

5.4.4TE波的模和截止條件

5.4.5導波模的性質

5.5通道波導簡介

5.5.1通道波導的種類

5.5.2矢量波方程

5.5.3標量方程近似及分離變數法

5.5.4標量方程的其他解法簡介

5.6導波模耦合理論簡介

5.6.1方向耦合基本概念

5.6.2耦合波方程

5.6.3耦合波標量方程

5.6.4標量方程的解

5.6.5周期波導

5.6.6波導模的傳輸

5.7半導體波導理論

5.7.1改變半導體折射率的方法

5.7.2半導體平板波導

5.7.3通道波導

5.7.4耦合效應

5.7.5半導體波導中的損耗

5.8波導理論的新進展

5.8.1非線性波導中的二次諧波產生

5.8.2光波導的非正交耦合模理論

5.9絕緣晶體波導器件

5.9.1方向耦合器

5.9.2平衡橋干涉儀和交叉波導

5.9.3干涉濾波器

5.9.4耦合模濾波器

5.9.5偏振選擇裝置

5.9.6透射光柵

5.9.7反射光柵

5.9.8電光光柵和聲光光柵

5.9.9光柵耦合器

5.10半導體波導裝置

5.10.1半導體被動波導

5.10.2電光波導調製器

5.10.3光電集成迴路

5.11光波導應用舉例

5.11.1平面集成光學RF譜分析儀

5.11.2波導晶元連接器

5.11.3通道波導A/D轉換器

5.11.4導波光通信

5.12MOEMS簡介

5.12.1衍射微透鏡

5.12.2折射微透鏡

5.12.3MOEM系統

小結

習題

第6章光電探測與探測器

6.1光電探測器性能概述

6.1.1響應率

6.1.2等效雜訊功率

6.1.3探測率

6.1.4量子效率

6.1.5響應時間

6.1.6線性區

6.1.7雜訊

6.2光探測器工作基礎

6.2.1外光電效應

6.2.2光電導效應

6.2.3光生伏特效應

6.2.4光熱電效應

6.3(基於外光電效應的)光電子發射型光電探測器

6.3.1光電倍增管的結構及工作

6.3.2光電倍增管的主要性能

6.4光電導型探測器

6.4.1概述

6.4.2Hg1-xCdxTe光導探測器的性能

6.5光伏型探測器

6.5.1概述

6.5.2PN結光電二極體電流特性簡介

6.5.3響應率與探測率

6.5.4雜訊

6.6直接探測技術

6.6.1環境輻射

6.6.2直接探測中的雜訊

6.6.3歸一化探測率Dλ

6.7光相干探測技術簡介

6.7.1光相干探測原理

6.7.2光相干探測的特性

小結

習題

第7章光電成像與成像系統

7.1概述

7.2圖像探測器簡介

7.2.1真空成像器件

7.2.2CCD成像器件

7.2.3CID成像器件

7.3點擴展函數及基於點擴展函數的性能指標

7.3.1點擴展函數

7.3.2Strehl比

7.3.3圓圍能量與空間頻率的關係

7.4光學傳遞函數概念

7.5調製傳遞函數

7.5.1調製

7.5.2調製傳遞函數

7.6光學系統的調製傳遞函數MTF

7.6.1衍射極限MTFd

7.6.2像差影響

7.6.3離焦的影響

7.7光電成像系統簡介

7.7.1非掃描光電成像系統簡介

7.7.2掃描光電成像系統簡介

7.7.3光學成像系統性能指標

7.8非掃描成像系統性能的進一步描述

7.8.1視場

7.8.2雜訊與信噪比

7.8.3分段凝視或柵格掃描

7.9掃描成像系統性能的進一步描述

7.9.1掃描成像系統的工作原理

7.9.2掃描成像系統中的雜訊

小結

習題

第8章非線性光學基礎

8.1概述

8.1.1非線性波方程

8.1.2方程的慢變化包絡近似形式

8.1.3材料的非線性及其與光波的耦合

8.2光學相位共軛

8.2.1相位共軛波的定義

8.2.2PCM與CPM的比較

8.3三波混頻

8.3.1相位匹配三波混頻

8.3.2相位失配三波混頻

8.4簡併四波混頻

8.4.1FWM產生的前向共軛波

8.4.2FWM產生的後向共軛波

8.4.3DFWM相位共軛的實驗研究

8.5近簡併四波混頻

8.6諧振DFWM

8.6.1定性描述

8.6.2定量討論

8.7光子回波

8.7.1二能級系統中光子回波的定性描述

8.7.2光子回波相位共軛的定量結果

8.8受激散射

8.8.1受激喇曼散射

8.8.2受激布里淵散射

8.9光折變效應和材料

8.9.1光折變效應

8.9.2幾種光折變材料

8.10自泵浦相位共軛

8.10.1有兩塊外加反射鏡的情況

8.10.2隻有一塊反射鏡的情況

8.10.3無外加反射鏡的情況

小結

習題

附錄常用物理常數

術語索引

參考文獻