具体描述
《现代光学与光电子技术导论》 本书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代光学与光电子技术领域的导论。内容涵盖了经典光学的基础原理，过渡到现代光学的前沿进展，并重点介绍了光电子技术在当代工程与科学中的广泛应用。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在保持科学深度与广度的同时，兼顾初学者的理解需求，使不同背景的读者都能有效地掌握核心概念和关键技术。 第一部分：经典光学基础 本部分首先回顾了电磁波理论，这是理解光学现象的基石。我们详细阐述了光的本质，包括光的传播、反射、折射等基本规律，并引入了惠更斯原理和菲涅尔衍射理论，为后续更复杂的波动光学奠定理论基础。 几何光学与成像系统： 这一章深入探讨了如何利用几何光线来描述光的传播，并分析了透镜、反射镜等基本光学元件的成像原理。内容包括光线追迹、像差理论（如球差、彗差、像散、场曲和色差）的产生机制与校正方法。我们使用大量的实例和图示，帮助读者理解如何设计和优化简单的成像系统，如显微镜和望远镜。 光的干涉与衍射： 波动光学的核心内容集中在本章。我们从双缝干涉出发，系统地介绍了相干光源的特性、不同类型的干涉（如薄膜干涉、迈克尔逊干涉仪）及其在精密测量中的应用。在衍射部分，详细解析了单缝、圆孔衍射以及夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的物理图像和数学描述。重点讨论了衍射光栅作为光谱分析工具的重要性。 光的偏振： 偏振态的描述和改变是本部分的重要组成部分。内容涵盖了马吕斯定律、布儒斯特角、菲涅尔公式等，并详细分析了线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生与表征。我们介绍了起偏器、检偏器、四分之一波片和半波片的工作原理，及其在消除杂散反光和分析材料双折射性中的实际应用。 第二部分：现代光学与量子物理基础 随着对光与物质相互作用认识的加深，现代光学应运而生。本部分将视野从宏观波动扩展到微观粒子层面。 光的吸收、发射与辐射理论： 这一章建立在量子力学的基础之上，解释了原子和分子能级结构与光谱线之间的关系。详细介绍了黑体辐射定律，爱因斯坦的自发辐射、受激辐射系数，这是激光技术的核心理论依据。 激光原理： 激光是现代光学技术的核心光源。本章系统地阐述了激光器的基本构成（增益介质、泵浦源、谐振腔），并深入探讨了粒子数反转、阈值增益、纵模结构等关键概念。我们分析了不同类型的激光器，包括气体激光器、固体激光器和半导体激光器的工作特性及其在工业、医疗和科研中的应用。 非线性光学导论： 随着高强度激光的出现，光与物质的相互作用不再是线性的。本章介绍了二次谐波产生（SHG）、和频/差频产生（SFG/DFG）等现象，解释了材料的非线性极化率，并讨论了这些效应在频率转换和光脉冲产生中的重要性。 第三部分：光电子与信息技术 光电子技术是连接光学与电子学的桥梁，是信息时代的核心驱动力之一。本部分专注于光电器件的物理机制、设计与应用。 半导体光电器件基础： 详细介绍了半导体物理中与光电转换相关的知识，如光吸收系数、载流子寿命和复合机制。重点分析了光电导材料、光电二极管（PIN、雪崩光电二极管APD）的工作原理、响应速度和噪声特性。 发光器件与显示技术： 深入研究发光二极管（LED）的原理，包括电致发光机制、色度学基础及其在照明和指示中的发展。同时，对有机发光二极管（OLED）的结构、驱动方式和显示优势进行了详尽的论述。 光纤通信系统： 阐述了光纤作为传输介质的优势，包括光纤的结构、光波在光纤中的传播模式（单模与多模）。详细分析了光纤中的损耗、色散（模间色散、材料色散、波导色散）及其对系统带宽的影响。最后，系统介绍了光通信的四大关键部件：光源（DFB激光器）、光纤、光电探测器和光纤放大器（如掺铒光纤放大器EDFA）。 光学信息处理与传感： 探讨了利用光的空间调制特性进行信息处理的方法。这包括全息术的基本原理、存储介质和再现过程。在传感方面，本书详细介绍了光纤传感器的工作原理，如光纤布拉格光栅（FBG）传感器在应变、温度测量中的高精度应用，以及利用干涉原理实现的精密位移测量技术。 第四部分：先进光学技术与未来展望 本部分聚焦于前沿领域，展示了光学技术的发展方向。 傅里叶光学与信息处理： 深入讲解了傅里叶变换在光学系统中的物理意义，特别是其在空间滤波、图像处理中的应用。通过相平面和傅里叶平面概念的引入，读者将理解如何利用透镜进行光学频谱分析。 光镊技术： 介绍了激光束捕获微小粒子的基本物理机制，包括梯度力和散射力，并展示了光镊技术在生物学、材料科学中对单个细胞、微珠进行操纵的革命性应用。 自适应光学系统： 针对大气湍流或系统像差对成像质量的影响，详细介绍了自适应光学系统的构成，包括波前传感器、变形镜和控制算法，及其在天文望远镜和眼科学中的关键作用。 总结与展望： 最后的章节对全书内容进行提炼，并对集成光子学（Photonic Integrated Circuits, PICs）、超快光学、量子光学等新兴领域进行了简要介绍，展望了光学技术在下一代计算、传感和通信中的潜力。 适用对象： 本书适合于高等院校光电信息工程、物理学、电子信息、精密仪器等专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考书。同时，对于从事相关领域工程设计、技术研发或对光电子技术感兴趣的工程师和科研人员，本书也将是一本极具价值的参考手册。全书配有大量的例题和习题，以巩固理论知识并培养解决实际问题的能力。
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