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出版者:电力出版社

作者:苑敏

出品人:

页数:177

译者:

出版时间:2008-1

价格:18.50元

装帧:

isbn号码:9787508363455

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现代光学与光电子技术基础 作者： 张伟 教授，李明 副教授 出版社： 科学技术文献出版社 出版时间： 2023年10月 本书简介： 本教材全面系统地阐述了现代光学与光电子技术领域的基础理论、核心概念和前沿进展，旨在为理工科高年级本科生、研究生及相关领域的工程技术人员提供一本深入浅出、内容详实的专业参考书。全书共分十四章，内容组织上遵循“理论基础—关键技术—典型应用”的逻辑主线，力求在夯实经典光学理论的同时，紧密结合当前快速发展的光电子器件、光通信和激光技术等热点方向。 第一部分：经典光学基础与电磁波理论（第1章至第4章） 第1章：光的电磁场理论基础 本章从麦克斯韦方程组出发，推导出光波在各向同性、均匀介质中的波动方程。详细讨论了平面电磁波的性质，包括坡印廷矢量、光强、光压等概念的物理意义。重点分析了光的横波特性，并引入了复振幅和相位的概念，为后续的傅里叶光学分析奠定数学基础。此外，本章还简要回顾了场的矢量性质及其在光波传播中的重要性。 第2章：几何光学与光线追迹 虽然现代光学更多依赖波动理论，但几何光学仍是理解成像系统和光学元件设计的基础。本章基于费马原理，推导了光线传播的基本定律，包括反射定律和斯涅尔折射定律。详细分析了理想透镜、反射镜的成像原理，并引入了近轴光线理论和矩阵光学（ABCD矩阵）方法，用以系统描述复杂光学系统的光束传输特性和放大率计算。本章还讨论了光阑、瞳孔等对成像质量的影响。 第3章：光的干涉 本章深入探讨了光的干涉现象。从相干光源的产生条件（如杨氏双缝干涉）入手，详细分析了双光束干涉（如迈克尔逊干涉仪）和多光束干涉（如法布里-珀罗干涉仪）的原理、条纹特征和应用。特别关注了薄膜干涉现象，包括增反射膜和减反射膜的设计原理，并拓展讨论了全息干涉技术在测量领域的应用。 第4章：光的衍射 本章系统阐述了光的衍射现象，从惠更斯-菲涅耳原理出发，推导了菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的数学表达式。重点分析了单缝、圆孔、圆孔光阑的衍射图样及其与光瞳函数的关系。同时，本章深入讲解了衍射光栅的原理、分辨本领及其在光谱分析中的应用。傅里叶光学在解析衍射问题中的强大作用被充分展示，特别是傅里叶变换在描述光学系统空间频率响应中的核心地位。 第二部分：偏振光学与光与物质的相互作用（第5章至第7章） 第5章：光的偏振 本章专门研究光的横电磁波特性在偏振方面的表现。详细介绍了自然光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的描述方法，包括斯托克斯矢量和琼斯矩阵。深入分析了起偏器、检偏器的工作原理以及双折射现象（如晶体分光作用）。特别强调了菲涅耳公式在描述光波垂直入射和斜入射于界面时的反射与透射偏振特性的重要性。 第6章：光与物质的相互作用 本章探讨了光子与物质原子、分子间的能级跃迁过程。详细描述了吸收、自发辐射和受激辐射这三种基本相互作用机制。引入了爱因斯坦系数，并从统计力学的角度解释了光的放大过程。本章还讨论了光的散射现象，包括瑞利散射、米氏散射以及拉曼散射在分子结构分析中的应用。 第7章：激光原理与技术 激光是现代光电子学的核心技术之一。本章系统介绍了激光器的基本结构（增益介质、谐振腔和泵浦源）。深入剖析了光振荡的稳定性判据，并详细讨论了不同工作模式（连续波与脉冲工作模式）的特点。特别关注了激光器的腔模、频率选择以及光束质量的表征（如M²因子）。最后，介绍了常见激光器类型（如半导体激光器、光纤激光器）的工作特性。 第三部分：光电子器件与现代光电子学（第8章至第11章） 第8章：半导体光电器件基础 本章聚焦于光电转换器件的物理基础。回顾了半导体能带理论、PN结特性，并在此基础上详细分析了光电导效应和光生伏特效应。深入探讨了光电二极管（PIN、雪崩光电二极管APD）和光电导探测器的结构、工作原理、响应速度和噪声特性，为光通信接收端的设计提供理论支撑。 第9章：发光二极管与显示技术 本章主要研究将电能直接转换为光能的半导体器件。详细讲解了发光二极管（LED）的发光机理，包括注入式发光和电致发光过程。重点分析了器件效率（内量子效率和外量子效率）。内容延伸至高亮度LED（HBLED）的发展，并简要介绍了有机发光二极管（OLED）的基本结构和工作特性，以及在平面显示技术中的地位。 第10章：光调制与解调技术 信息的光载波传输要求对光信号进行高效的调制。本章分为电光调制和光光调制两大部分。详细分析了电光效应（Pockels效应）在快速调制器中的应用，包括马赫-曾德尔调制器和铌酸锂波导调制器的设计。在光光调制方面，讨论了光开关和光限幅器的基本原理及其在光网络中的应用。 第11章：光纤光学导波原理 光纤是现代光通信和传感的骨架。本章基于波动光学理论，推导了光纤中的电磁场模式方程，详细分析了阶跃折射率光纤（SIF）和渐变折射率光纤（GIF）的单模和多模传播特性。重点讨论了光纤中的损耗机制（吸收、散射）和色散现象（模式色散、材料色散、波导色散），并介绍了色散补偿技术。 第四部分：前沿应用与系统集成（第12章至第14章） 第12章：光通信系统概述 本章将前述的光学元件和器件整合到实际通信系统中进行分析。首先介绍了光通信系统的基本组成（光源、传输介质、探测器）。重点讨论了数字光通信系统的性能指标，如误码率（BER）和信噪比（SNR）。随后，深入分析了多址接入技术，特别是时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）和波分复用（WDM）技术在提高光纤容量中的核心作用。 第13章：非线性光学现象 随着激光功率的增加，光与介质的相互作用表现出明显的非线性特征。本章系统介绍了二阶非线性光学效应（如倍频、和频生成）和三阶非线性光学效应（如自相位调制、四波混频）。重点讨论了光孤子的产生与稳定传输条件，这是超高速光通信和光计算领域的研究热点。 第14章：光学测量与传感技术 本章展示了光学技术在精密测量领域的广泛应用。详细介绍了干涉测量技术（如激光测距、形状测量）。重点讲解了利用光纤传感技术监测温度、应变、压力等物理量（如基于光纤布拉格光栅FBG的传感原理）。此外，还对光学成像系统的分辨率极限和数字图像处理基础进行了简要介绍。 特色与目标读者： 本书结构严谨，理论推导详尽，同时包含大量工程实例和习题，有助于读者将理论知识应用于实际工程问题。书中对现代光电子前沿技术的介绍保持了前瞻性，非常适合作为高等院校光信息科学与工程、电子信息工程、物理学等专业的核心课程教材或研究生参考用书。

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