普通高校“十二五”规划教材：光电技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《普通高校“十二五”规划教材：光电技术》是课堂讲授部分，按照理论基础—元器件—光电系统的递进次序阐述现代光电技术的主要论题，内容包括：辐射理论；半导体光电子学基础；光辐射源；光探测器；光伏器件；晶体光学基础与光调制；光电成像器件；光学信息存储、光电信息显示和光电探测方式与探测系统。
　　《普通高校“十二五”规划教材：光电技术》适合于光电信息技术、电子信息工程、应用物理、自动控制、计量测试技术与仪器、光电检测、光学遥感、测绘工程等专业高年级本科生和研究生使用，也可作为光电信息技术领域的科研人员和工程技术人员的参考书。

内页插图

目录

第1章 辐射理论
1.1 辐射度学与光度学基本物理量
1.1.1 辐射度学的基本物理量
1.1.2 光度学的基本物理量
1.1.3 光子辐射量
1.1.4 辐射物性及其物理量
1.2 热辐射理论
1.2.1 基尔霍夫定律
1.2.2 朗伯余弦定律
1.2.3 距离平方反比定律
1.2.4 辐亮度守恒定律
1.2.5 普朗克公式
1.2.6 斯蒂芬-玻耳兹曼定律
1.2.7 维恩位移定律
1.2.8 热辐射理论的工程应用考虑
1.2.9 热辐射定律的其他形式
1.3 受激辐射理论
1.3.1 自发辐射、受激辐射和受激吸收
1.3.2 爱因斯坦关系式
1.3.3 光增益系数
1.3.4 自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽
习题

第2章 半导体光电子学基础
2.1 能带理论基础
2.1.1 能带图
2.1.2 半导体统计学
2.1.3 本征半导体与杂质半导体
2.1.4 补偿掺杂
2.1.5 简并与非简并半导体
2.1.6 外加电场中的能带图
2.1.7 直接带隙半导体与间接带隙半导体：E-k图
2.2 非平衡载流子
2.2.1 非平衡载流子寿命τ
2.2.2 非平衡载流子复合
2.2.3 陷阱效应
2.2.4 载流子的运动——扩散与漂移
2.2.5 半导体对光的吸收
2.3 P-N结
2.3.1 P-N结原理
2.3.2 P-N结能带图
2.4 半导体异质结与肖特基势垒
2.4.1 半导体异质结
2.4.2 肖特基势垒
2.5 光电效应
2.5.1 光电导效应
2.5.2 光生伏特效应
2.5.3 光电子发射效应
2.5.4 温差电效应
2.5.5 热释电效应
2.5.6 光子牵引效应
习题

第3章 光辐射源
3.1 光源的基本特性参数
3.1.1 辐射效率和发光效率
3.1.2 光谱功率分布
3.1.3 空间光强分布
3.1.4 光源的色温
3.1.5 光源的颜色
3.2 热辐射与气体放电光源
3.2.1 标准辐射源
……

第4章 光电探测器
第5章 光伏器件
第6章 晶体光学基础与光调制
第7章 光电成像器件
第8章 光学信息存储
第9章 光电信息显示
第10章 光电探测方式与探测系统
附录 黑体的F（λT）函数表

前言/序言

光学工程的创新实践与理论前沿 本书旨在深入探讨光学工程领域的最新研究进展、关键技术及其在各行业的创新应用，为相关领域的研究人员、工程师及高年级本科生和研究生提供一本兼具理论深度与实践指导的参考书。我们着眼于光学作为一门基础学科，在现代科技发展中扮演的日益重要的角色，并力图展现其作为信息技术、能源科学、生物医学、航空航天等前沿领域“赋能者”的强大潜力。 第一部分：光学基础理论的深化与拓展 本部分将系统梳理和深化光学的基础理论，并在此基础上引入一些前沿的理论概念。 电磁波理论与光波的传播特性： 回顾麦克斯韦方程组在描述光波传播中的核心作用，深入探讨光波在各项异性介质、非均匀介质中的传播规律，包括瑞利散射、米氏散射等现象的物理机制及其应用。我们将重点关注近年来在亚波长结构、超材料等领域出现的特殊光学传播现象，如负折射、完美透镜等，并探讨其背后的波动光学和场论解释。 几何光学与衍射光学： 详细阐述高斯光学、像差理论及其在成像系统设计中的应用。重点介绍现代光学设计软件在优化成像质量、实现复杂功能方面的作用。在衍射光学部分，我们将深入分析夫琅琅衍射和菲涅尔衍射的数学描述，并重点介绍全息光学元件（HOC）、衍射光学元件（DOE）的设计原理、制作工艺以及在光束整形、光谱分离、微纳成像等方面的应用。 量子光学基础： 引入光与物质相互作用的量子理论，包括光子的概念、光电效应、康普顿散射等。重点介绍相干光、纠缠光等量子光学现象及其在量子通信、量子计算、精密测量中的潜在应用。我们将分析激光器的量子涨落、光子晶体的光子带隙效应等，并探讨其对新型光源和光学器件设计的影响。 偏振光学及其应用： 详细介绍线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的产生、描述和相互转化。深入分析双折射、圆二色性、旋光性等现象，并重点介绍其在液晶显示、光学传感、生物成像等领域的应用，特别是近年来在三维显示、全息成像、生物分子结构分析等方面的新进展。 第二部分：现代光学关键技术的研究与发展 本部分将聚焦于当前光学工程领域最活跃、最具发展潜力的关键技术，并探讨其理论基础、实现方法及工程挑战。 先进光源技术： 激光技术： 深入研究固体激光器、半导体激光器、光纤激光器等主流激光器的增益介质、谐振腔设计、工作原理。重点关注超快激光（皮秒、飞秒激光）的产生机制、锁模技术、倍频、参量放大等技术，及其在材料加工、精密测量、生物成像领域的颠覆性应用。还将探讨激光相干性、单模输出、光束质量等关键指标的控制技术。 LED与OLED技术： 详细分析LED的发光原理、材料体系（III-V族半导体、量子点）、器件结构优化、光效提升技术。深入探讨OLED的有机发光机制、器件结构、驱动方式、色彩管理，以及其在显示、照明领域的巨大优势和发展趋势。 新型光源： 介绍非线性光学光源（如参量振荡器、高次谐波）、同步辐射光源、自由电子激光等前沿光源技术，分析其独特的光谱特性、高亮度、高相干性等特点，及其在基础科学研究和高端应用中的作用。 光学探测与成像技术： 先进成像系统： 探讨传统成像系统的局限性，重点介绍多光谱成像、高光谱成像、三维成像（如结构光、TOF、激光雷达）、计算成像（如计算层析成像、内窥镜成像）等技术。分析其成像原理、探测器选择、图像处理方法，以及在遥感、医学诊断、工业检测、安防监控等领域的广泛应用。 高灵敏度探测器： 介绍各种光电探测器的基本原理，包括光电二极管、光电倍增管、CCD、CMOS图像传感器、雪崩光电二极管（APD）、单光子雪崩二极管（SPAD）等。重点关注其性能指标（灵敏度、响应速度、噪声特性、量子效率）的提升技术，以及在弱光探测、量子光学测量、光谱分析等方面的应用。 生物医学成像： 深入探讨荧光显微成像、共聚焦显微成像、双光子显微成像、超分辨显微成像（如STED、PALM/STORM）、光学相干层析成像（OCT）等技术。分析其成像原理、光学设计、荧光染料和探针的选择、图像处理与分析，以及在细胞生物学、神经科学、病理诊断等领域的前沿应用。 光学微纳制造与器件： 微纳光学元件设计与制造： 介绍光刻、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、原子层沉积等微纳加工技术。重点关注衍射光学元件（DOE）、微透镜阵列（MLA）、超表面（Metasurface）、波导器件、光子晶体器件的设计与制备，以及其在集成光学、光子芯片、全息显示、光通信等领域的应用。 光集成与光通信： 深入探讨光波导、光耦合器、光调制器、光电探测器等集成光学元件的设计与制造。分析光纤通信系统的架构、关键技术（如光纤光缆、光放大器、光交换机），以及高性能光通信器件（如高带宽调制器、低损耗耦合器）的研发进展，并展望下一代光通信技术（如可见光通信、太赫兹通信）。 光学传感与测量技术： 光学传感器原理与应用： 详细介绍基于折射率变化、吸收光谱、散射、干涉、衍射等原理的光学传感器。重点关注光纤传感器（如FBG传感器、SPR传感器）、表面等离子体共振（SPR）传感器、拉曼光谱传感器、荧光传感等技术。分析其在高精度测量、环境监测、生物医学诊断、工业过程控制等领域的应用。 精密测量技术： 介绍激光干涉测量、条纹投影测量、结构光测量、全息测量等精密光学测量方法。分析其测量原理、误差分析、精度提升技术，以及在尺寸测量、形变测量、表面形貌检测、无损检测等领域的应用。 第三部分：光学工程的交叉应用与未来展望 本部分将展示光学工程技术如何与信息科学、材料科学、生物科学、能源科学等其他学科深度融合，并在各个领域产生突破性影响，同时展望光学工程未来的发展方向。 光与信息技术的融合： 探讨光学在人工智能（如光学神经网络、光计算）、大数据处理、量子信息科学（如量子通信、量子计算）、增强现实/虚拟现实（AR/VR）中的应用。分析光学技术如何突破传统电子器件的瓶颈，实现更快的计算速度、更大的信息存储密度和更高效的信息传输。 光与生物医学的结合： 深入分析光学技术在疾病诊断（如早期癌症筛查、基因测序）、治疗（如光动力疗法、激光手术）、药物研发、生物材料（如生物支架、生物传感器）等方面的应用。重点探讨光学方法如何实现无损、高分辨率、实时地观察和干预生命过程。 光与能源科学的互动： 探讨太阳能电池（如钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池）的光学设计与效率提升，以及光催化、光分解水制氢等新型能源技术。分析光学在照明效率提升、节能显示等方面的贡献。 光与先进制造的协同： 介绍激光加工（如3D打印、精密刻蚀、表面改性）在先进制造中的作用，以及光学测量技术在产品质量控制、工艺优化中的重要性。 光学工程的未来趋势： 展望未来光学工程的发展方向，包括通用人工智能与光学计算的结合、生物启发式光学器件、可持续光学材料与技术、太空光学探测与通信等。探讨新的科学发现和工程挑战将如何驱动光学技术的持续创新。 本书旨在通过系统性的理论阐述和丰富的案例分析，帮助读者建立起扎实的理论基础，掌握前沿的光学技术，并激发在光学工程领域的创新思维。我们相信，光学工程作为一门充满活力和潜力的学科，将继续在推动人类科技进步和社会发展中扮演不可或缺的角色。