光電信息技術(shù)基礎(chǔ)

前言

　　光電信息技術(shù)以其極快的響應(yīng)速度、極寬的頻寬、極大的信息容量以及極高的信息效率和分辨率推動(dòng)著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，從而使光電信息產(chǎn)業(yè)在市場(chǎng)的份額逐年增加。在技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，與光電信息技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值已占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的一半以上，從業(yè)人員逐年增多，競(jìng)爭(zhēng)力也越來(lái)越強(qiáng)。為適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展需求，不少高等學(xué)校相繼增設(shè)了光電信息類專業(yè)或院系，以改變光電信息類人才短缺的現(xiàn)實(shí)?；谶@樣的形勢(shì)，作者為滿足所在學(xué)校新增光電信息類專業(yè)的教學(xué)需求，在借鑒以前所編教材《光電技術(shù)與實(shí)驗(yàn)》（北京理工大學(xué)出版社，2000）經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編寫了本教材?！　”窘滩淖猿审w系，比較全面系統(tǒng)地反映了光電信息技術(shù)所需的基本理論、基本系統(tǒng)和技術(shù)基礎(chǔ)。全書(shū)分為3大部分：第1部分為第1章至第3章，可看作是光電信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)和工程基礎(chǔ)內(nèi)容。第1章和第2章介紹光信息輻射、傳輸和光電信息轉(zhuǎn)換的物理理論基礎(chǔ)，也可作為全書(shū)的理論基礎(chǔ)；第3章介紹組成光電成像系統(tǒng)的工程基礎(chǔ)。第2部分為第4章至第7章，可看作是光電信息技術(shù)中的單元技術(shù)介紹。第4章介紹光電信息技術(shù)中常用的光源和探測(cè)器；第5章至第7章分別介紹光電信息技術(shù)中的光電存儲(chǔ)、光電成像器件和光電顯示幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。第3部分為第8章，可看作是光電信息探測(cè)系統(tǒng)的介紹。該章作為前面單元技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容，介紹光電探測(cè)方式方法。各部分內(nèi)容既相互聯(lián)系又相互獨(dú)立，教師可根據(jù)具體情況選用?！　」怆娦畔⒓夹g(shù)的繁榮帶來(lái)了教學(xué)科研及教材建設(shè)的繁榮，近年來(lái)出現(xiàn)了許多這方面的優(yōu)秀教材，使得作者在編寫過(guò)程中有幸加以參考，并根據(jù)本教材體系的需要選編了一些優(yōu)秀的內(nèi)容，對(duì)所引用內(nèi)容的出處，在每一章后均以參考文獻(xiàn)形式給出。作者在此表示深深的謝意！　　感謝北京航空航天大學(xué)電子信息學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和李錚教授的鼓勵(lì)和支持，以及校教務(wù)處和電子信息學(xué)院老師的許多幫助?！　∫驎r(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中會(huì)有不當(dāng)之處，殷切希望廣大讀者給予批評(píng)指正！　　作者　　于北京航空航天大學(xué)

內(nèi)容概要

　　光電信息技術(shù)是由光學(xué)、光電子、微電子等技術(shù)結(jié)合而成的多學(xué)科綜合技術(shù)，涉及光信息的輻射、傳輸、探測(cè)以及光電信息的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理與顯示等眾多的內(nèi)容。光電信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的各行各業(yè)。近年來(lái)，隨著光電信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)從業(yè)人員和人才的需求逐年增多，因而對(duì)光電信息技術(shù)基本知識(shí)的需求量也在增加?！陡叩葘W(xué)校通用教材：光電信息技術(shù)基礎(chǔ)》主要介紹光輻射、光傳輸、光調(diào)制和光電探測(cè)等的基本理論和方法，還介紹光電信息轉(zhuǎn)換的物理基礎(chǔ)、光電成像系統(tǒng)基礎(chǔ)以及光電成像器件、光電存儲(chǔ)和光電顯示的基本技術(shù)和新技術(shù)。　　《高等學(xué)校通用教材：光電信息技術(shù)基礎(chǔ)》可作為高等學(xué)校工科光電信息科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)基礎(chǔ)教材，也可作為電子信息類、測(cè)控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化、通信和應(yīng)用物理等專業(yè)的高年級(jí)大學(xué)生的選修教材和研究生的參考書(shū)，也可供相關(guān)研究領(lǐng)域的教師和科研人員參考。

書(shū)籍目錄

緒論1第1章 輻射度和光度學(xué)基礎(chǔ)141.1 輻射度學(xué)量與光度學(xué)量141.1.1 輻射度學(xué)的基本概念141.1.2 輻射度的基本物理量161.1.3 光度的基本物理量181.1.4 熱輻射的基本物理量201.2 輻射度學(xué)與光度學(xué)中的基本定律211.2.1 基爾霍夫（Kirchhoff）定律211.2.2 朗伯（J. H. Lambert）余弦定律241.2.3 距離平方反比定律251.2.4 普朗克（Planck）定律271.2.5 斯蒂芬玻耳茲曼（Stefan?Boltzmann）定律321.2.6 維恩位移定律341.3 輻射能的傳輸基礎(chǔ)341.3.1 輻射能傳輸?shù)膸缀喂鈱W(xué)基礎(chǔ)351.3.2 輻射能傳輸?shù)牟▌?dòng)光學(xué)基礎(chǔ)381.3.3 輻射能在傳輸中的損失391.3.4 輻射在大氣中的傳輸411.3.5 輻射在介質(zhì)中的傳輸451.3.6 輻射在光波導(dǎo)中的傳輸50習(xí)題57參考文獻(xiàn)59第2章 光電信息轉(zhuǎn)換的物理基礎(chǔ)602.1 能帶理論602.1.1 能帶圖 602.1.2 半導(dǎo)體統(tǒng)計(jì)學(xué)632.1.3 本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體662.1.4 簡(jiǎn)併與非簡(jiǎn)併半導(dǎo)體692.1.5 外加電場(chǎng)中的能帶圖702.1.6 直接帶隙半導(dǎo)體與間接帶隙半導(dǎo)體712.2 非平衡態(tài)下的載流子742.2.1 產(chǎn)生與復(fù)合742.2.2 非平衡載流子壽命2.2.3 陷阱效應(yīng)752.2.4 載流子的輸運(yùn)--擴(kuò)散與漂移762.2.5 半導(dǎo)體對(duì)光的吸收782.3 PN結(jié)802.3.1 PN結(jié)原理802.3.2 PN結(jié)能帶圖902.4 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)與肖特基勢(shì)壘922.4.1 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)922.4.2 肖特基勢(shì)壘952.5 光電效應(yīng)972.5.1 光電導(dǎo)效應(yīng)972.5.2 光生伏特效應(yīng)1032.5.3 光電發(fā)射效應(yīng)1052.5.4 溫差電效應(yīng) 1082.5.5 熱釋電效應(yīng)1092.5.6 光子牽引效應(yīng)110習(xí)題110參考文獻(xiàn)111第3章 光電成像系統(tǒng)基礎(chǔ)1123.1 光學(xué)元器件1123.1.1 透鏡元器件（成像）1123.1.2 反射元器件（改變光的方向）1203.1.3 其他元器件1253.2 典型光學(xué)元件的物像關(guān)系1283.2.1 幾何光學(xué)的基本定律1283.2.2 球面反射鏡和透鏡1283.2.3 非球面鏡1363.3 光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)1393.3.1 光闌和光瞳1393.3.2 相對(duì)孔徑和f/數(shù)1403.3.3 視場(chǎng)和視場(chǎng)角1413.4 像差簡(jiǎn)介1413.5 光輻射的調(diào)制1493.5.1 調(diào)制的基本原理1493.5.2 調(diào)制信號(hào)的頻譜1513.5.3 調(diào)制盤1553.5.4 光柵莫爾條紋調(diào)制1583.5.5 電光調(diào)制1623.5.6 聲光調(diào)制166習(xí)題169參考文獻(xiàn)170第4章 光源與光電探測(cè)器1714.1 光電信息技術(shù)中常用的光源1714.1.1 光源的基本特性參數(shù)1714.1.2 熱輻射源 1744.1.3 氣體放電光源1774.1.4 發(fā)光二極管1824.1.5 激光器1914.2 光電探測(cè)器的性能參數(shù)與噪聲1964.2.1 光電探測(cè)器的性能參數(shù)1964.2.2 光電探測(cè)器的噪聲2014.3 光子探測(cè)器2034.3.1 光電子發(fā)射探測(cè)器2044.3.2 光電導(dǎo)探測(cè)器2064.3.3 光伏探測(cè)器2114.3.4 其他光子探測(cè)器簡(jiǎn)介2184.4 熱探測(cè)器220習(xí)題227參考文獻(xiàn)230第5章 光信息存儲(chǔ)技術(shù)與光盤2315.1 光盤及存儲(chǔ)類型2315.1.1 光盤存儲(chǔ)類型2315.1.2 光盤存儲(chǔ)的特點(diǎn)2325.2 只讀存儲(chǔ)光盤2325.2.1 ROM光盤存儲(chǔ)原理2325.2.2 ROM光盤主盤與副盤制備2335.2.3 ROM光盤“2P”的復(fù)制2345.3 一次寫入光盤2355.3.1 一次寫入方式2355.3.2 寫/讀光盤對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的基本要求2355.3.3 WORM光盤的存儲(chǔ)原理2375.4 可擦重寫光盤2385.4.1 可擦重寫相變光盤的原理2395.4.2 可擦重寫磁光光盤存儲(chǔ)2435.5 光盤襯盤材料2455.5.1 光盤規(guī)格2455.5.2 襯盤材料的選擇2465.6 光信息存儲(chǔ)新技術(shù)2475.6.1 持續(xù)光譜燒孔和三維光信息存儲(chǔ)2495.6.2 電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)2505.6.3 全息信息存儲(chǔ)2525.6.4 光致變色存儲(chǔ)258習(xí)題260參考文獻(xiàn)260第6章 光電成像器件2616.1 光電成像器件的基本特性2616.1.1 光電成像器件的基本特性2616.2 光電成像原理與電視攝像制式2686.2.1 光電成像原理2686.2.2 電視制式2696.3 真空攝像管2716.3.1 氧化鉛視像管的結(jié)構(gòu)2716.3.2 其他視像管的靶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介2726.3.3 攝像管的性能參數(shù)2726.4 電荷耦合器件（CCD）2756.4.1 電荷存儲(chǔ)2756.4.2 電荷耦合2776.4.3 電荷的注入和檢測(cè)2786.4.4 CCD的特性參數(shù)2816.4.5 電荷耦合攝像器件2836.5 變像管和像增強(qiáng)管2896.5.1 典型結(jié)構(gòu)與工作原理2896.5.2 性能參數(shù)2906.5.3 像增強(qiáng)管的級(jí)聯(lián)291習(xí)題295參考文獻(xiàn)295第7章 光電顯示技術(shù)2967.1 陰極射線管2967.1.1 基本結(jié)構(gòu)與工作原理2967.1.2 主要單元2977.1.3 CRT顯示器的驅(qū)動(dòng)與控制2997.1.4 彩色CRT3027.1.5 CRT的特點(diǎn)及應(yīng)用3067.2 液晶顯示3077.2.1 液晶的基本知識(shí)3077.2.2 扭曲向列型液晶顯示（TNLCD）3117.2.3 超扭曲向列型液晶顯示（STNLCD）3157.2.4 有源矩陣液晶顯示器件（AMLCD）3177.3 等離子體顯示3207.3.1 氣體放電基本知識(shí)3217.3.2 單色等離子體顯示3227.3.3 彩色等離子體顯示3257.4 場(chǎng)致發(fā)光顯示3277.4.1 LED與無(wú)機(jī)LED3277.4.2 OLED3287.4.3 高場(chǎng)電致發(fā)光顯示3307.5 其他顯示技術(shù)3327.5.1 投影顯示3327.5.2 真空熒光顯示3337.5.3 電致變色顯示3347.5.4 電泳顯示3347.6 展望335習(xí)題336參考文獻(xiàn)336第8章 光電探測(cè)方式與探測(cè)系統(tǒng)3378.1 雙元探測(cè)方式3378.1.1 雙元探測(cè)方式3378.2 四象限探測(cè)方式3408.3 光機(jī)掃描探測(cè)方式3458.4 線陣器件的探測(cè)方式3498.4.1 輸出二進(jìn)像信號(hào)的工作方式3508.4.2 輸出灰度像的工作方式3538.5 光學(xué)視覺(jué)傳感器3548.5.1 被動(dòng)三維傳感器3548.5.2 主動(dòng)三維傳感器3558.6 直接探測(cè)系統(tǒng)3588.6.1 系統(tǒng)類型3588.6.2 光電探測(cè)系統(tǒng)的指標(biāo)3608.6.3 直接探測(cè)系統(tǒng)3618.6.4 直接探測(cè)系統(tǒng)的作用距離3648.6.5 直接探測(cè)系統(tǒng)的視場(chǎng)3698.7 相干探測(cè)方法3738.7.1 相干探測(cè)原理3748.7.2 相干探測(cè)的特點(diǎn)3768.7.3 相干探測(cè)的空間條件和頻率條件379習(xí)題381參考文獻(xiàn)382

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