光电子技术及其应用/普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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石顺祥，刘继芳 著

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• 光电子技术
• 光电子学
• 电子科学与技术
• 应用光学
• 半导体光电器件
• 光通信
• 光电探测
• 显示技术
• 激光技术
• 高等教育教材

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030265678

版次：1

商品编码：11664987

包装：平装

丛书名： 普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材

开本：16开

出版时间：2010-02-01

用纸：胶版纸

页数：286

字数：485000

正文语种：中文

内容简介

　　《光电子技术及其应用/普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材》系统、全面地介绍了光电子技术及其相关应用。第1章介绍光的基本属性，强调光的相干性。为全书讨论的内容奠定基础；第2～4章介绍激光产生的基本理论与典型激光器，激光应用中的基本技术，激光在大气、水下和光纤中的传输特性；第5～7章介绍光电子技术应用中常用的无源器件，光电探测技术及器件，以及光电子技术在精密测量、光信息处理、激光通信、激光雷达与制导、光纤传感、激光加工等领域中的应用。
　　《光电子技术及其应用/普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材》可作为光电子技术相关专业的本科生教材，以及电子信息类非光电子技术专业的选修课教材，也可作为从事光电子技术及应用的工程技术人员的参考书。

内页插图

目录

丛书序
前言

第1章 光的基本属性
1.1 光的波粒二重性
1.2 光的电磁理论
1.2.1 光电磁波
1.2.2 电磁波谱
1.2.3 光的能量及其量度单位
1.3 光的相干性
1.3.1 基本概念
1.3.2 普通光源的相干性
1.3.3 激光器的相干性
思考题1
参考文献

第2章 激光器
2.1 激光器的组成
2.2 激光器工作原理
2.2.1 激光工作物质的增益特性
2.2.2 光的受激放大与振荡
2.2.3 光学谐振腔及模式特性
2.2.4 激光器的工作特性
2.2.5 激光特性
2.3 高斯光束的传输
2.3.1 基模高斯光束
2.3.2 高斯光束的传输规律
2.3.3 高斯模的匹配
2.3.4 利用q参数讨论高斯光束的传输问题——ABCD定则
2.4 典型激光器
2.4.1 激光器的分类
2.4.2 固体激光器
2.4.3 气体激光器
2.4.4 染料激光器
2.4.5 半导体激光器
思考题2
参考文献

第3章 激光基本技术
3.1 几种物理效应
3.2 激光调制及激光调制器
3.3 激光偏转技术
3.4 激光脉冲技术
3.4.1 调Q技术
3.4.2 锁模技术
3.5 激光选模技术
3.5.1 横模选择技术
3.5.2 纵模选择技术
3.6 激光稳频技术
3.6.1 激光器的频率稳定度和再现度
3.6.2 影响频率稳定的因素
3.6.3 稳频技术
3.7 激光频率变换技术
3.7.1 非线性光学概述
3.7.2 光倍频——二次谐波产生(SHG)技术
3.7.3 光参量振荡器
思考题3
参考文献

第4章 激光传输
4.1 光在介质中的传播
4.1.1 光在介质表面上的反射和折射
4.1.2 光在单层介质膜上的反射
4.1.3 光在晶体中的传播规律
4.2 激光在大气中的传播
4.2.1 大气衰减
4.2.2 大气湍流效应
4.3 激光在水中的传输
4.3.1 激光在水中传输的衰减特性
4.3.2 激光在水中传输的散射效应
4.4 激光在光纤中的传输
4.4.1 光纤结构
4.4.2 光在光纤中的传播原理
4.4.3 光纤的传输特性
4.4.4 特殊光纤
思考题4
参考文献

第5章 常用光学元件
5.1 基本光学元器件
5.1.1 反射器
5.1.2 法布里-珀罗标准具
5.1.3 光栅
5.1.4 偏振器
5.1.5 波片
5.2 光隔离器及环流器
5.2.1 光隔离器
5.2.2 环流器
5.3 光纤无源器件
5.3.1 自聚焦透镜
5.3.2 光纤定向耦合器
5.3.3 光合波分波器
5.3.4 光衰减器
5.3.5 光开关
思考题5
参考文献

第6章 光电探测技术
6.1 光电探测物理基础
6.1.1 光电探测的物理效应
6.1.2 光电转换定律
6.1.3 光电探测器的特性参数和噪声
6.2 光电探测器件
6.2.1 光电倍增管
6.2.2 光电导探测器
6.2.3 光伏探测器
6.2.4 特种光电探测器
6.3 光电探测技术
6.3.1 直接探测技术
6.3.2 光外差探测技术
思考题6
参考文献

第7章 光电子技术应用
7.1 精密测量应用
7.1.1 干涉测长
7.1.2 激光测径
7.1.3 激光测速
7.1.4 转动测量
7.2 激光全息及光信息处理
7.2.1 激光全息
7.2.2 光学信息处理
7.3 激光通信
7.3.1 光纤通信
7.3.2 激光大气通信
7.3.3 激光卫星通信
7.3.4 激光水下通信
7.4 光纤传感
7.4.1 光纤传感技术
7.4.2 几种典型光纤传感器
7.5 光信息存储技术
7.5.1 光盘存储技术
7.5.2 激光唱机
7.6 激光雷达和制导
7.6.1 激光雷达
7.6.2 激光制导
7.7 激光在工业加工中的应用
参考文献

前言/序言

探索微观世界的奥秘，驾驭光与电子的交响曲：光学与电子学基础原理及其前沿应用 本套教材旨在为高等院校电子科学与技术专业、物理学专业以及相关交叉学科的师生，提供一套系统、深入且紧密结合时代发展的教材。我们聚焦于光学与电子学这两大构成现代科技基石的学科，深入剖析其基础理论，并详细阐述这些原理如何在日新月异的工程实践与科学研究中得以应用，催生出层出不穷的创新技术。我们将引导读者穿越微观世界的奇妙图景，理解光与电子相互作用的本质，并在此基础上，勾勒出涵盖通信、信息处理、能源、医疗、制造乃至人工智能等众多前沿领域的广阔应用前景。 第一章：光学基础——光之律动与物质互动 本章将从最基础的光的本性出发，层层递进，构建起对光学现象的全面认知。我们将首先回顾光的波动理论与粒子理论，探讨光的干涉、衍射、偏振等经典现象，理解光波的叠加与分离如何影响信息传递的本质。接着，我们将深入研究光的传播规律，包括反射、折射、全反射等，并结合几何光学和惠更斯原理，分析透镜、反射镜等光学元件的光学特性，以及它们在成像系统中的关键作用。 随后，本章将聚焦于光与物质的相互作用。我们将解析光的吸收、发射、散射等过程，理解不同材料对光的响应机理。这部分内容将为后续章节中光电器件的工作原理打下坚实的基础。例如，我们将初步探讨光电效应，为理解光电探测器的敏感性提供理论依据。此外，对光的量子化性质的介绍，将为理解激光、LED等相干光源的产生奠定理论基础。通过本章的学习，读者将能够熟练运用光学基本定律，理解各类光学现象的成因，并初步感知光学在信息获取与传递中的基础地位。 第二章：电子学基础——电荷的舞蹈与电路的智慧 电子学是现代信息技术的核心驱动力。本章将系统介绍电子学的基本概念与理论，为理解各类电子器件和电路系统打下坚实基础。我们将从电荷、电流、电压、电阻等基本物理量入手，阐述欧姆定律、基尔霍夫定律等电路分析的基本法则。通过对直流电路和交流电路的深入剖析，读者将掌握电路的搭建、分析与设计方法。 本章还将重点介绍半导体材料的特性及其在电子学中的关键作用。我们将讲解PN结的形成原理、二极管的单向导电性以及各种二极管（如稳压二极管、发光二极管）的工作特性。在此基础上，我们将深入探讨晶体管（BJT和MOSFET）的工作原理、放大作用和开关特性，理解它们是如何构建出复杂的集成电路。通过对逻辑门、时序电路等基本数字电路模块的讲解，读者将逐步掌握数字信号处理的原理，为理解现代计算和通信技术奠定基础。本章的学习将使读者具备分析和设计基本电子电路的能力，并理解电子技术在信息传递和处理中的基础作用。 第三章：光与电子的交汇——光电器件的原理与特性 本章是连接光学与电子学的核心桥梁，将深入探讨光与电子相互作用所产生的各种关键器件。我们将首先分析光电导效应，介绍光电导器件的工作原理、响应速度与灵敏度，以及其在光探测领域的应用。接着，我们将重点解析光电二极管和光电晶体管，理解它们如何将光信号转化为电信号，并探讨其在光通信接收端、光传感器等方面的广泛应用。 对于半导体发光器件，我们将深入研究其发光机理，重点讲解LED（发光二极管）的发光原理、颜色调控以及结构特性，并分析其在照明、显示等领域的巨大潜力。随后，我们将目光投向激光器，从受激发射的基本原理出发，讲解不同类型激光器（如气体激光器、半导体激光器）的结构、工作模式和关键参数，并阐述激光的相干性、单色性和方向性等独特优势。 此外，本章还将介绍光电耦合器（光耦）的工作原理，理解其在隔离电气信号、实现高压防护等方面的独特作用。对光调制器和光电探测器工作原理的详细讲解，将为理解光纤通信、光存储等复杂系统提供关键的器件层面认知。通过本章的学习，读者将深刻理解光电器件的核心工作原理，掌握不同器件的特性差异，并能初步分析其在各类系统中的应用。 第四章：信息时代的光电技术——通信、显示与存储 光电技术是信息时代的核心驱动力之一。本章将聚焦于光电技术在信息传递、显示与存储等关键领域的应用。我们将首先深入探讨光纤通信系统，从光纤的传输原理、损耗与色散入手，讲解光信号的产生（光源）、传输（光纤）与接收（探测器）等环节。我们将分析不同类型的光纤（单模、多模）及其应用场景，并探讨光放大器、光开关等关键器件在提升通信速率和网络性能中的作用。 在显示技术方面，我们将详细介绍液晶显示（LCD）的原理，包括偏振、滤光片、背光等关键组件的作用，以及TFT-TFT驱动技术。同时，我们将重点讲解有机发光二极管（OLED）显示技术，分析其自发光特性、高对比度、宽视角以及柔性显示的优势，并展望其在下一代显示领域的应用前景。 对于信息存储，我们将探讨光盘存储技术（CD、DVD、Blu-ray）的工作原理，理解激光写入和读取信息的过程，以及存储密度与数据传输速率的提升。还将初步介绍光学存储的一些前沿技术，例如全息存储等，为读者勾勒未来信息存储的发展方向。本章的学习将使读者充分认识到光电技术在构建现代信息社会基础设施中的关键作用，并理解当前主流信息技术背后的光电原理。 第五章：新能源与环境的光电应用 本章将目光聚焦于光电技术在解决全球能源危机和环境保护挑战方面的关键作用。我们将深入研究太阳能电池（光伏电池）的工作原理，从光生伏特效应出发，解析不同类型太阳能电池（如晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池）的结构、性能特点与能量转换效率。我们将探讨太阳能电池阵列的系统设计、最大功率点跟踪（MPPT）技术，以及其在发电、储能等方面的应用。 此外，本章还将介绍光电技术在环境监测与治理中的应用。例如，利用光谱分析技术对大气污染物进行实时监测，通过光化学反应降解水体中的有害物质，以及利用光催化技术实现空气净化和水处理。还将探讨光电传感器在土壤湿度、光照强度等环境参数监测中的应用。 对新能源汽车、智能电网中光电技术的应用也将有所提及。通过本章的学习，读者将深刻理解光电技术在可持续发展战略中的重要地位，并能感知其在构建绿色能源体系和改善生态环境方面的巨大潜力。 第六章：精密制造与智能控制的光电技术 先进制造技术离不开光电技术的支撑。本章将详细介绍光电技术在精密制造、检测与智能控制领域的应用。我们将重点讲解激光加工技术，包括激光切割、焊接、打标、微加工等，分析不同激光器的特性如何适应不同的加工需求，以及其在提高加工精度、效率和实现非接触式加工方面的优势。 在精密检测方面，我们将介绍光学测量技术，如激光干涉测量、三维扫描、机器视觉检测等。理解这些技术如何实现对产品尺寸、形状、表面缺陷等的精确测量和分析，从而保证产品质量。机器视觉系统作为重要的“电子眼”，将贯穿于自动化生产线的各个环节，从产品识别、定位到质量检测，都离不开其强大的视觉处理能力。 本章还将探讨光电技术在机器人技术与自动化控制中的应用。例如，通过光学传感器实现机器人的环境感知、路径规划和避险，以及利用光电编码器实现对电机等执行部件的精确控制。还将介绍光电技术在智能交通、安防监控等领域的应用。通过本章的学习，读者将能领略到光电技术如何赋能精密制造，推动工业自动化与智能化迈向新的高度。 第七章：生物医学与健康的光电应用 光电技术在现代生物医学领域的应用日益广泛，极大地推动了疾病的诊断、治疗和健康监测。本章将重点介绍光电技术在生物医学领域的创新应用。我们将深入探讨光学成像技术，包括内窥镜、荧光成像、共聚焦显微镜等，分析它们如何实现对人体内部结构和生理过程的无创或微创观察，以及在早期疾病诊断中的关键作用。 在光动力疗法（PDT）方面，我们将讲解其基本原理，即利用光敏剂在特定波长光的照射下产生单线态氧，从而杀灭癌细胞或其他病变组织。还将介绍光声成像技术，它结合了光学激发和声学探测的优点，能够提供比传统光学成像更深的组织穿透深度。 本章还将介绍光电技术在生物传感器、基因测序、眼科治疗（如近视矫正手术）等方面的应用。例如，利用光学传感器监测血糖、血氧等生理指标，以及利用激光技术进行眼科手术。通过本章的学习，读者将能深刻理解光电技术如何为人类健康事业贡献力量，并在生命科学与医学领域开辟新的研究与应用方向。 第八章：前沿交叉领域的光电探索 随着科技的不断发展，光电技术正不断与其他学科交叉融合，催生出更多令人兴奋的前沿技术。本章将带领读者一起探索这些充满活力的交叉领域。我们将首先讨论光计算与光通信的融合，分析利用光子进行信息处理的优势，以及相干光通信、光互连等技术的发展趋势。 量子光学与量子信息技术是近年来发展迅猛的研究方向。我们将初步介绍量子纠缠、量子密钥分发（QKD）等概念，以及光电技术在实现量子通信和量子计算中的作用。 此外，本章还将涉及超材料与纳米光子学，探讨如何通过设计人工结构来调控光的行为，实现负折射、隐身衣等前所未有的光学现象。对人工智能与光电技术的结合也将有所介绍，例如利用深度学习算法提升图像识别和处理的精度，以及开发基于光学的神经网络。 通过对这些前沿交叉领域的介绍，本章旨在激发读者的科研兴趣，鼓励他们在未来的学习与研究中，积极探索光电技术与其他学科的深度融合，为推动科技进步贡献智慧和力量。 总结 本套教材以“光学与电子学基础原理及其前沿应用”为主题，力求为读者构建一个全面、深入且富有前瞻性的知识体系。从基础的光学和电子学原理出发，逐步深入到光电器件的工作机制，再到这些技术在通信、显示、能源、制造、医疗、乃至前沿交叉领域的广泛应用，我们希望能够帮助读者建立起坚实的理论基础，并深刻理解光电技术在现代社会发展中的核心地位和巨大潜力。通过系统的学习，读者不仅能掌握扎实的专业知识，更能培养出独立思考、解决复杂工程问题和进行创新性研究的能力，为未来投身于光电科学与技术的研究与实践做好充分准备。

评分☆☆☆☆☆

我最近在寻找能够系统学习光电子学基础知识的教材，我的专业方向是微电子器件，但对光电器件的原理和制备工艺一直感到好奇。市面上同类书籍很多，但很多都过于偏向理论，或者内容不够前沿。我之所以对这本《光电子技术及其应用》感兴趣，很大程度上是因为它标注了“特色专业系列规划教材”，这通常意味着内容会更加系统、权威，并且与当前的学科发展趋势紧密结合。我希望这本书能够深入浅出地讲解光子的产生、传输、探测以及与电子的相互作用过程。例如，关于半导体激光器的增益机制、阈值特性，LED的发光原理、效率问题，以及光电探测器的灵敏度、响应速度等关键参数的物理基础。同时，我也期待教材能涵盖光电子器件的制造工艺，例如外延生长、光刻、刻蚀等关键步骤，以及相关的材料科学知识，这样我才能更好地理解器件的性能极限和改进方向。如果书中能有关于新型光电器件，如量子点LED、有机光电器件等的介绍，那就更完美了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我一种踏实、专业的感觉，硬壳装帧，字体清晰，一看就知道是经过精心打磨的教材。我主要被“普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材”这个定位吸引。作为一名在电子信息领域摸爬滚打多年的在职工程师，我深知理论基础的重要性，尤其是对于那些新兴和交叉领域的技术，扎实的教材更是不可或缺的学习起点。虽然我目前的工作主要集中在通信系统和射频电路设计，但光电子技术在信息传输、传感和显示等方面的广泛应用，一直是我希望深入了解的领域。我特别关注教材中是否能够清晰地阐述光与电相互作用的基本原理，例如半导体光电器件（如LED、激光器、光电二极管、光电探测器）的工作机制、材料特性以及它们在实际应用中的设计考量。此外，我也希望教材能够覆盖光纤通信、光集成电路、光传感器件、液晶显示技术等方面的内容，并且能提供一些具体的工程案例分析，帮助我理解这些技术如何解决实际问题，从而拓宽我的技术视野，甚至为我未来的职业发展提供新的方向。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对前沿科技充满好奇的学习者，我一直对将光学和电子学结合的领域感到着迷。我最近接触到一些关于AR/VR技术以及新型显示设备的资料，其中光电子技术扮演着核心角色。我希望这本《光电子技术及其应用》能够提供关于微显示技术（如LCoS, OLED微显示器）的深入讲解，包括它们的成像原理、驱动电路以及像素控制技术。此外，对于图像传感器的发展，特别是CMOS图像传感器的技术演进，如像素结构、噪声抑制、高动态范围（HDR）技术等方面，我也非常感兴趣。书中能否包含关于激光雷达（LiDAR）的原理和应用，包括不同类型的激光器、探测器以及它们在自动驾驶、测绘等领域的应用案例？我期望这本书能够以清晰的语言和丰富的插图，帮助我理解这些复杂的光电技术是如何实现的，以及它们如何在现代科技产品中发挥关键作用，从而激发我在这方面的学习和研究兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对半导体材料和器件制备工艺有一定了解的研究生，但光电子器件的某些特定应用和性能优化方面，我感觉需要更系统化的指导。我对这本书的期待是，它能够提供更深入的光电材料特性分析，例如不同半导体材料（砷化镓、磷化铟、氮化镓等）在光电器件中的应用优势和局限性，以及它们的能带结构、载流子动力学等。我尤其关注光电器件的性能极限和失效机理，希望书中能有关于器件可靠性、寿命预测以及如何通过工艺改进来提升性能的探讨。例如，对于高功率激光器或高灵敏度探测器，其性能受哪些关键因素影响？如何通过材料选择、器件结构设计以及工艺控制来达到更高的效率和更低的噪声？如果教材能提供一些关于光电子器件的建模仿真方法，或者与电子学仿真工具（如SPICE）相结合的应用实例，那就更能帮助我将理论知识转化为实际的研究和开发能力。

评分☆☆☆☆☆

对于我这个即将毕业、准备进入光通信行业的学生来说，一本高质量的光电子技术教材至关重要。我的导师强烈推荐我阅读这个系列的教材，他提到“特色专业系列”的教材通常能够很好地衔接学术研究和工程实践。我希望这本书能详细介绍光纤通信系统的组成和关键技术，包括光源、调制器、光纤本身（模式、损耗、色散）、光放大器（EDFA等）以及接收端的光电探测器。我很想了解不同类型的光纤（单模、多模）及其在长距离传输中的优劣势，以及如何通过技术手段来克服信号损耗和色散问题。另外，对于光调制和解调技术，例如直接调制、外调制，以及相干检测等，我希望教材能给出清晰的原理阐述和数学推导。如果书中还能包含一些关于光网络架构、波分复用（WDM）等高级主题的介绍，那就能够为我未来的职业生涯打下坚实的基础，让我能够更快地适应工作环境，并参与到前沿的光通信技术研发中。