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第一篇 激光技术概论 3

第1章 激光原理概论 3

1.1 激光产生的物质基础 3

1.1.1 黑体辐射的普朗克公式 4

1.1.2 跃迁 4

1.1.3 3个爱因斯坦系数之间的关系 6

1.2 激光产生的基本原理和方法 7

1.2.1 激光产生的基本原理 7

1.2.2 激光器构造 8

1.2.3 激活粒子的能级系统 9

1.3 开放式光学谐振腔和高斯光束 10

1.3.1 光学谐振腔与激光模式 10

1.3.2 高斯光束 13

习题与思考题 18

第2章 激光谐振腔技术、选模及稳频技术 19

2.1 激光谐振腔设计基础 19

2.2 激光腔模式及选模技术 21

2.3 激光纵模及选频、稳频技术 23

2.3.1 激光频率的选择 23

2.3.2 纵模的选择 25

2.3.3 稳频技术 27

习题与思考题 34

第3章 典型激光器 36

3.1 固体激光器 36

3.1.1 掺钕钇铝石榴石激光器 37

3.1.2 钕玻璃激光器 40

3.1.3 红宝石激光器 41

3.2 气体激光器 45

3.2.1 氦氖激光器 45

3.2.2 氩离子激光器 47

3.2.3 二氧化碳激光器 48

3.3 半导体激光器 50

3.3.1 半导体整流二极管 51

3.3.2 半导体发光二极管 52

3.3.3 半导体同质结激光二极管 53

3.3.4 半导体异质结激光器 54

3.3.5 分布反馈激光器 56

3.3.6 半导体量子阱激光器 57

3.3.7 垂直表面发射激光器 57

习题与思考题 58

第4章 激光Q开关及锁模技术 59

4.1 电光Q开关原理及技术 59

4.2 声光Q开关原理及技术 60

4.3 锁模原理 61

4.3.1 多纵模的叠加特性 62

4.3.2 相位的锁定 63

4.4 主动锁模及被动锁模 65

4.4.1 主动锁模 65

4.4.2 被动锁模 67

习题与思考题 68

第二篇 光电子器件与技术 73

第5章 光电子显示技术 73

5.1 阴极射线管显示 73

5.1.1 黑白CRT 74

5.1.2 彩色CRT 76

5.2 半导体发光显示器件（LED） 87

5.2.1 PN结发光原理 87

5.2.2 LED的伏安特性 88

5.2.3 亮度与电流关系 88

5.2.4 LED的驱动 89

5.2.5 LED光源的特点 89

5.2.6 单色光LED的种类及其发展历史 89

5.2.7 单色光LED的应用 90

5.2.8 白光LED的开发 91

5.3 液晶显示器件（LCD） 91

5.3.1 液晶基本知识 92

5.3.2 液晶的光电特性 93

5.3.3 动态散射型液晶显示器件（DS-LCD） 95

5.3.4 扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD） 95

5.3.5 超扭曲向列液晶显示器件（STN-LCD） 96

5.3.6 有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD） 97

5.3.7 背照灯 99

5.4 等离子体显示器件（PDP） 100

5.4.1 气体放电的物理基础 100

5.4.2 等离子体显示板工作原理 102

5.4.3 PDP驱动方式 102

5.4.4 驱动方式和灰阶 103

5.5 电致发光及场致发光器件 104

5.5.1 高场交流电致发光显示 104

5.5.2 高场薄膜电致发光（TFEL） 105

5.5.3 有机发光显示器件 106

5.6 激光显示技术 108

5.6.1 LCRT 108

5.6.2 激光光阀显示 110

5.6.3 点扫描激光电视 111

习题与思考题 118

第6章 光存储技术 119

6.1 光盘存储材料、原理及技术 119

6.1.1 只读光盘存储和一次写入光盘存储 120

6.1.2 可擦写光盘存储 123

6.1.3 光盘存储材料 124

6.2 全息存储材料、原理及技术 128

6.2.1 全息存储的原理 128

6.2.2 傅里叶变换全息图存储系统 132

6.2.3 全息存储记录材料 132

6.3 磁光存储 134

6.3.1 磁光效应 134

6.3.2 存储原理 135

6.3.3 磁光存储的光学系统 136

6.3.4 高密度磁光存储技术 138

6.4 其他存储技术 141

6.4.1 双光子光学存储 141

6.4.2 光谱烧孔存储技术 142

6.4.3 电子俘获光存储技术（ETM） 142

习题与思考题 143

第7章 光辐射的探测及成像技术 145

7.1 光电探测器的物理效应 145

7.1.1 光子效应和光热效应 145

7.1.2 光电发射效应 146

7.1.3 光电导效应 147

7.1.4 光伏效应 149

7.1.5 温差电效应 150

7.1.6 热释电效应 150

7.1.7 光电转换定律 151

7.2 光电探测器的特性参数 152

7.2.1 积分灵敏度R 152

7.2.2 光谱灵敏度Rλ 153

7.2.3 频率灵敏度Rf（响应频率fc和响应时间τ） 154

7.2.4 量子效率η 154

7.2.5 通量阈Pth和噪声等效功率NEP 155

7.2.6 归一化探测度D 156

7.2.7 光电探测器的噪声 156

7.2.8 其他参数 157

7.3 光电导探测器——光敏电阻 158

7.3.1 光电转换原理 158

7.3.2 工作特性 159

7.3.3 几种典型的光敏电阻器 164

7.3.4 使用注意事项 165

7.4 光伏探测器 165

7.4.1 光电转换原理 165

7.4.2 光伏探测器的工作模式 166

7.5 硅光电池——太阳电池 168

7.5.1 短路电流和开路电压 169

7.5.2 输出功率和最佳负载电阻 170

7.5.3 光谱、频率响应及温度特性 171

7.5.4 缓变化光电信号探测 172

7.5.5 交变光信号探测 175

7.6 半导体光电二极管及三极管 176

7.6.1 硅光电二极管 177

7.6.2 PIN硅光电二极管 186

7.6.3 雪崩光电二极管（APD） 186

7.6.4 光电三极管 188

7.7 光热探测器 189

7.7.1 热探测器的一般概念 190

7.7.2 热敏电阻 191

7.7.3 热释电探测器 192

7.8 直接探测技术 194

7.8.1 光电探测器的平方律特性 194

7.8.2 信噪比性能分析 195

7.8.3 直接探测系统的NEP分析 195

7.9 光频外差探测技术 197

7.9.1 光频外差探测的实验装置 198

7.9.2 光外差原理 198

7.9.3 基本特性 199

7.9.4 光频外差探测的空间相位条件 202

7.10 光电成像原理 205

7.11 CCD摄像器件 207

7.11.1 CCD的MOS结构和存储电荷原理 207

7.11.2 电荷转移工作原理与电极结构 211

7.11.3 电荷注入和读出 217

7.11.4 CCD图像传感器 218

习题与思考题 220

第8章 光波传输理论与技术 222

8.1 光辐射的电磁理论 222

8.1.1 麦克斯韦方程 222

8.1.2 电磁场的波动方程 223

8.1.3 光波场的亥姆霍兹方程 223

8.1.4 电磁场的边界条件 224

8.1.5 电磁场的能量定律 225

8.2 光波在介质波导中的传播理论 225

8.3 光波导器件 231

8.3.1 条形介质光波导 231

8.3.2 周期性波导 235

8.4 光纤原理与光无源器件 240

8.4.1 阶跃折射率光纤的模式理论 241

8.4.2 渐变折射率光纤 245

8.4.3 单模光纤 248

8.4.4 光纤传输特性 249

8.4.5 光无源器件 252

8.5 光波在电光晶体中的传播 261

8.5.1 电致折射率变化 261

8.5.2 电光相位延迟 263

8.6 光波在声光晶体中的传播 265

8.6.1 拉曼-纳斯衍射 266

8.6.2 布喇格衍射 268

8.7 光波在大气中的传输 271

8.7.1 大气衰减 271

8.7.2 大气湍流效应 275

8.8 光波在水中的传输 278

8.8.1 传播光束的衰减特性 278

8.8.2 前向散射 279

8.8.3 后向散射 280

习题与思考题 281

第9章 光辐射的调制、器件及技术 282

9.1 光辐射的调制方法 282

9.1.1 振幅调制 282

9.1.2 频率调制和相位调制 283

9.1.3 强度调制 284

9.1.4 脉冲调制 284

9.1.5 脉冲编码调制 285

9.2 电光调制技术 286

9.2.1 电光强度调制 286

9.2.2 电光相位调制 290

9.2.3 电光调制器的电学性能 291

9.2.4 电光波导调制器 293

9.3 声光调制技术 296

9.3.1 声光调制器的工作原理 296

9.3.2 调制带宽 297

9.3.3 声光调制器的衍射效率 298

9.3.4 声束和光束的匹配 299

9.3.5 声光波导调制器 300

9.4 磁光调制技术 301

9.4.1 磁光体调制器 301

9.4.2 磁光波导调制器 302

习题与思考题 302

第10章 激光波长调谐及非线性光学频率变换技术 304

10.1 三波互作用的耦合波方程 304

10.1.1 三波互作用的稳态耦合波方程 304

10.1.2 三波互作用的瞬态耦合波方程 306

10.1.3 曼莱-罗威关系 307

10.2 非线性光学极化率张量的对称性及有效非线性系数 308

10.2.1 内禀交换对称性及全交换对称性 308

10.2.2 时间反演对称性及空间对称性 308

10.2.3 有效非线性系数 309

10.3 相位匹配技术 311

10.3.1 相位匹配条件及角度相位匹配 311

10.3.2 单轴晶体的相位匹配条件及匹配角 312

10.4 二次谐波的产生 314

10.4.1 小信号近似 314

10.4.2 基频光高消耗的情况 315

10.4.3 聚焦高斯光束的倍频过程 317

10.4.4 光倍频晶体 321

10.4.5 光倍频效应的应用 322

10.5 参量振荡器 325

10.5.1 参量放大 326

10.5.2 参量振荡的原理 327

10.5.3 参量振荡器的阈值 329

10.5.4 光学参量振荡器的转换效率 331

10.5.5 光学参量振荡器的建立时间、线宽及调谐 332

10.5.6 光学参量振荡器的发展 332

习题与思考题 334

第三篇 激光与光电子技术的典型应用 337

第11章 光纤传感器简介 337

11.1 概述 337

11.2 强度调制光纤传感器 338

11.2.1 透射型强度调制光纤传感器 339

11.2.2 反射型强度调制光纤传感器 339

11.2.3 微小弯曲型强度调制光纤传感器 340

11.2.4 本征型强度调制光纤传感器 341

11.3 相位调制光纤传感器 342

11.3.1 光纤干涉仪 342

11.3.2 相位检测技术 344

11.4 位移光纤传感器 348

11.4.1 反射型位移光纤传感器 348

11.4.2 微弯型位移光纤传感器 351

11.5 光纤温度传感器 353

11.5.1 反射型光纤温度传感器 353

11.5.2 微弯型光纤温度传感器 356

11.5.3 本征型光纤温度传感器 357

11.5.4 干涉型光纤温度传感器 358

11.5.5 应用 358

第12章 光通信技术 360

12.1 光纤通信系统 360

12.1.1 光端机与光中继机 361

12.1.2 备用系统与辅助系统 367

12.1.3 光纤通信系统的设计 370

12.2 光纤通信中的复用技术 377

12.2.1 光波分复用技术 377

12.2.2 光时分复用技术 383

12.2.3 光码分复用技术 385

12.3 相干光纤通信技术 385

12.3.1 相干光纤通信的基本原理及系统的基本组成 386

12.3.2 相干检测原理 386

12.3.3 调制与解调 387

12.3.4 信噪比、误码率和接收灵敏度 389

12.3.5 相干光系统的优点和关键技术 392

12.3.6 相干光纤通信技术的应用 393

12.4 光孤子通信 396

12.4.1 光孤子的形成 397

12.4.2 光孤子通信系统的构成和性能 399

12.4.3 光孤子通信系统的关键技术 399

12.4.4 光孤子传输系统实验研究现状及展望 401

12.5 无线光通信技术 402

12.5.1 无线光通信技术的基本原理 402

12.5.2 无线光通信技术的优点和应用 402

12.5.3 国内外无线光通信技术的发展 404

习题及思考题 405

第13章 相干测量技术 407

13.1 莫尔条纹技术 407

13.1.1 条纹形成原理 407

13.1.2 莫尔条纹的计数原理 409

13.1.3 莫尔形貌（等高线）技术 412

13.2 激光散斑技术 414

13.2.1 散斑概念及统计性质 414

13.2.2 散斑计量技术 417

13.2.3 电子散斑技术 422

13.2.4 散斑用于测量表面粗糙度 423

13.3 激光多普勒测速技术 423

13.3.1 光学多普勒效应 423

13.3.2 差分多普勒技术 425

13.3.3 多普勒测速系统的光电检测与信号处理 427

习题及思考题 428

第14章 最新激光加工技术 429

14.1 激光修补 429

14.1.1 激光微调 429

14.1.2 存储器激光冗余修正 431

14.1.3 掩模版激光修补 431

14.2 激光光刻 431

14.3 激光清洗 432

14.3.1 轮胎模具激光清洗 432

14.3.2 硅片的激光辅助清洗 434

14.3.3 激光清洗聚酰亚胺薄膜 435

14.3.4 集成电路组件激光消闪 435

14.3.5 集成电路组件激光退标 435

14.3.6 大型天文望远镜的清洗 435

14.3.7 磁头滑座空气轴承的清洗 436

14.3.8 艺术品的激光清洗 436

14.3.9 激光脱漆 437

14.3.10 激光除锈和去氧化皮 439

14.3.11 激光去油脱脂 439

14.4 激光划片 439

14.5 激光引致分离 440

14.5.1 传统的玻璃和玻璃制品的切割方式 440

14.5.2 玻璃和玻璃制品的激光熔化切割方法 440

14.5.3 玻璃的第二代激光切割法 441

14.5.4 玻璃的第三代激光切割法——双激光法 443

14.6 激光加工高密度柔性线路板 444

14.7 脉冲激光沉积薄膜技术 444

14.8 激光辅助化学气相沉积 445

14.9 激光强化电镀 446

14.10 激光退火非晶硅 446

第15章 激光切割技术 448

15.1 激光切割概述 448

15.2 连续激光切割的基础 448

15.2.1 连续激光切割材料的特点 448

15.2.2 连续激光切割材料的机理及分类 449

15.2.3 影响连续激光切割质量的因素 450

15.3 常用材料的激光切割特性 456

15.3.1 金属板材的激光切割 456

15.3.2 非金属材料的激光切割 458

15.4 连续CO2激光的特色应用 459

15.4.1 钣金件激光切割 460

15.4.2 非金属板材的激光切割 462

15.4.3 特殊高质量部件的激光切割 464

15.4.4 三维激光切割 468

15.5 脉冲固体激光切割应用 468

15.5.1 微喷水波导激光切割应用 468

15.5.2 紫外脉冲激光切割高精度模板 470

15.5.3 脉冲激光的其他微加工应用 473

15.6 连续固体激光应用于材料切割 474

15.6.1 大功率片状激光器 475

15.6.2 大功率光纤激光器 475

参考文献 477