光電技術(高等院校電子信息與電氣學科係列規劃教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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楊應平 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111474340

商品编码：29702007241

包装：平装

出版时间：2014-09-01

基本信息

書名:光電技術(高等院校電子信息與電氣學科係列規劃教材)

定價：45.00元

售價：30.6元,便宜14.4元,摺扣68

作者:楊應平

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2014-09-01

ISBN：9787111474340

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頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

本教材係統地介紹瞭光電技術的基礎理論、各種光電探測器的工作原理、特性參數、典型器件和典型應用。主要內容包括：輻射度與光度學基礎、光電探測器理論基礎、光電探測器中常用光源、光電導探測器、光伏探測器、光電子發射探測器、熱探測器、光電圖像傳感器、光學信號變換、光電信號探測技術和光電探測係統典型應用。
本書可以作為高等院校本科光電信息科學與工程、光電信息工程、測控技術與儀器、應用物理、電子科學與技術、電子信息科學與技術等專業本科生及研究生教材，也可供其他相關專業師生和工程技術人員參考。

目錄

前言
教學建議
第0章　緒論
　0.1　光電技術及其研究內容
　0.2　光電信息係統
　0.3　光電技術的應用及發展趨勢
　本章小結
　思考題與習題
章　輻射度學與光度學基礎
　1.1　電磁輻射
　　1.1.1　電磁波譜
　　1.l.2　光輻射
　　1.1.3　光的波粒二象性
　　1.1.4　電磁輻射中的立體角計算
　1.2　輻射度的基本物理量
　1.3　光度學基礎
　　1.3.1　光度學的基本物理量
　　1.3.2　光譜光視效率
　　1.3.3　光譜光視效能
　1.4　輻射度學與光度學中的幾個基本定律
　　1.4.1　朗伯餘弦定律
　　1.4.2　距離平方反比定律
　　1.4.3　亮度守恒定律
　1.5　黑體輻射
　　1.5.1　黑體輻射定律
　　1.5.2　普朗剋能量子假設
　本章小結
　思考題與習題
第2章　光電探測器理論基礎
　2.1　半導體物理基礎
　　2.1.1　晶體的能帶
　　2.1.2　熱平衡下的載流子濃度
　　2.1.3　半導體材料的光吸收效應
　　2.1.4　半導體中的非平衡載流子
　　2.1.5　半導體中載流子的擴散與漂移
　2.2　光電效應
　　2.2.1　光電導效應
　　2.2.2　光伏效應
　　2.2.3　光電子發射效應
　2.3　光電探測器的噪聲
　2.4　光電探測器的特性參數
　本章小結
　思考題與習題
第3章　光電探測中的常見光源
　3.1　光源的基本特性參數
　　3.1.1　輻射效率和發光效率
　　3.1.2　光譜功率分布
　　3.1.3　空間光強分布
　……
第4章　光電導探測器
第5章　光伏探測器
第6章　光電子發射探測器
第7章　熱探測器
第8章　光電圖像探測器
第9章　光學信息變換
0章　微弱光電信號的探測與處理
1章　典型的光電檢測係統
參考文獻

作者介紹

文摘

序言

《光電技術》（高等院校電子信息與電氣學科係列規劃教材） 書籍簡介 本書作為高等院校電子信息與電氣學科係列規劃教材之一，旨在係統、深入地闡述光電技術的基礎理論、核心概念、關鍵技術以及在各個領域的應用。全書內容涵蓋光與物質相互作用的基本原理，光電器件的結構與工作機製，光電信號的産生、傳輸、檢測與處理，以及光電係統設計與集成等多個層麵，力求為學生構建紮實的光電技術知識體係，培養其解決實際問題的能力。 第一章 光學基礎 本章為光電技術奠定理論基礎，深入剖析光的本質及其傳播規律。首先，介紹光的波動性與粒子性，經典光學中的幾何光學和物理光學是重點內容。幾何光學部分，詳細闡述光的直綫傳播、反射、摺射、全反射等基本定律，並引入透鏡、反射鏡等光學元件成像的原理，包括物像關係、焦距、放大率等重要參數的計算。在此基礎上，將討論各種成像係統，如望遠鏡、顯微鏡的光學設計原理。物理光學部分，則著重於光的乾涉、衍射和偏振現象。乾涉將從惠更斯原理齣發，深入探討相乾光、條紋寬度、多光束乾涉等，並舉例說明楊氏雙縫乾涉、邁剋耳遜乾涉儀的工作原理。衍射將分析菲涅爾衍射和夫琅禾費衍射，闡釋單縫、雙縫、光柵衍射的規律，以及衍射的應用，如光譜分析。偏振則介紹綫偏振、圓偏振、橢圓偏振的産生機製，以及偏振片、波片等光學器件的功能。此外，本章還將簡要介紹光的吸收、散射、熒光譜等與光物質相互作用相關的現象，為後續章節中光電器件的工作原理打下基礎。 第二章 光源與發光機理 本章聚焦於光電技術中的“源”，即各種光源及其發光機理。我們將係統介紹非相乾光源和相乾光源兩大類。非相乾光源包括熱輻射光源，如白熾燈、鹵素燈，以及氣體放電光源，如熒光燈、高壓鈉燈。對這些光源的特點、光譜分布、發光效率和應用場景進行分析。重點在於相乾光源，尤其是激光器。本章將詳細闡述激光産生的三要素：粒子數反轉、受激輻射和光學諧振腔。介紹不同類型的激光器，如氣體激光器（He-Ne激光器、CO2激光器）、固體激光器（Nd:YAG激光器）、半導體激光器（二極管激光器、量子阱激光器）等，分析它們的結構、工作原理、輸齣特性（波長、功率、光束質量）及其優勢與劣勢。同時，也將涉及LED（發光二極管）作為重要的非激光相乾光源，深入講解其pn結發光機理，LED的結構、性能參數（亮度、顔色、效率）以及在顯示、照明等領域的廣泛應用。 第三章 光電器件（一）：光電探測器 光電探測器是光電係統中實現光信號轉換為電信號的關鍵部件。本章將全麵介紹各類光電探測器的基本原理、結構、性能參數及典型應用。首先，從光電效應齣發，詳細講解光導效應、光伏效應和光電發射效應。基於光導效應，介紹光敏電阻、光敏二極管（PIN光電二極管、雪崩光電二極管APD）的工作原理，重點分析其響應速度、靈敏度、量子效率、暗電流等重要參數。光伏效應則引齣太陽能電池的光電轉換原理，並分析其效率與結構。光電發射效應是光電倍增管（PMT）的核心原理，本章將深入講解PMT的多級電子倍增機製，以及其在極低光照強度下的探測能力。此外，還將介紹CCD（電荷耦閤器件）和CMOS（互補金屬氧化半導體）圖像傳感器，闡述它們的光電轉換和電荷傳輸機製，以及在成像領域的應用。 第四章 光電器件（二）：光電調製器與光電開關 本章將重點介紹能夠對光信號進行調製和開關控製的光電器件。光電調製器是改變光信號的幅度、相位、偏振等特性的核心器件，廣泛應用於光通信、信息處理等領域。我們將詳細講解電光調製器（如Pockels效應、Kerr效應調製器）、磁光調製器（Faraday效應調製器）、聲光調製器（衍射調製器）的工作原理，分析它們的調製帶寬、驅動電壓、插入損耗等關鍵性能指標。此外，還會介紹一些基於量子力學效應的光調製器，如電吸收調製器。光電開關則利用光信號觸發電信號或電信號控製光信號的産生與截止，在自動化控製、光電耦閤等領域發揮重要作用。本章將介紹光電耦閤器（光耦）的工作原理，包括發光器件和受光器件的配閤，以及其隔離和信號傳輸特性。 第五章 光電信號的産生、傳輸與處理 本章將光電技術從器件層麵提升到係統層麵，探討光電信號的整個生命周期。首先，迴顧前幾章中介紹的光源和光電器件，深入分析如何根據特定需求産生所需的光信號，包括光強的控製、光譜的生成、脈衝的形成等。接著，重點闡述光信號在介質中的傳輸特性，包括光縴通信中的光信號衰減、色散、非綫性效應，以及自由空間光通信中的大氣衰減、散射、吸收等影響。這將為理解光通信係統的設計提供基礎。在光信號處理方麵，本章將介紹多種技術。信號的放大：包括光縴放大器、半導體光放大器等。信號的檢測與測量：結閤光電探測器，詳細介紹如何精確測量光信號的強度、頻率、相位等參數，以及相關的測量儀器。信號的轉換與編碼：介紹如何將光信號轉換為電信號，並進行數字編碼，以及反嚮過程。例如，在數字光通信係統中，如何將電信號調製到光載波上，以及接收端如何解調。 第六章 光電檢測與測量技術 本章聚焦於光電技術在測量與檢測領域的具體應用。我們將深入探討各種精密的光電測量方法。首先，介紹光電測距技術，包括激光測距、三角測量法等，分析其原理、精度和應用場景，如工業自動化、地形測繪。其次，討論光電傳感器的原理與應用，如光電編碼器在位移和角度測量中的應用，紅外傳感器在溫度測量和人體感應中的應用。光電氣體傳感器和環境監測傳感器也將被介紹，它們通過檢測特定波段的光吸收或散射來分析氣體成分或環境參數。此外，本章還將介紹基於乾涉、衍射等光學原理的光學測量技術，例如全息術在三維成像和無損檢測中的應用，激光乾涉儀在高精度位移測量和錶麵形貌檢測中的應用。 第七章 光電成像係統 光電成像係統是將光信息轉化為可見圖像或數據圖像的核心技術，廣泛應用於科學研究、醫療診斷、安防監控、遙感等領域。本章將係統介紹光電成像的原理、構成和設計。首先，從相機模型齣發，介紹光學鏡頭的設計原理，包括成像質量、景深、畸變等。隨後，重點講解感光元件，即CCD和CMOS圖像傳感器的結構、工作原理、參數（如像素尺寸、分辨率、靈敏度、動態範圍）以及它們在數字成像中的作用。在此基礎上，將深入探討不同類型的光電成像係統，如可見光成像係統、紅外成像係統（熱成像、近紅外成像）、紫外成像係統。分析不同波段成像的特點、優勢及應用。還將介紹一些特殊成像技術，如三維成像、計算成像、多光譜和高光譜成像技術。 第八章 光電通信係統 光電通信是現代信息社會的重要支柱，本章將深入闡述光電通信係統的基本原理、結構和關鍵技術。首先，迴顧光信號的産生、傳輸與接收過程，重點分析光縴通信係統的構成，包括光源（激光器、LED）、光調製器、光縴傳輸介質、光電探測器和光信號再生中繼等。詳細介紹光信號在光縴中的傳輸特性，如損耗、色散、非綫性效應，以及如何通過技術手段剋服這些限製，如使用色散補償光縴、摻鉺光縴放大器（EDFA）等。講解光調製技術，包括幅度調製（AM）、頻率調製（FM）、相位調製（PSK）、正交幅度調製（QAM）等，以及相乾光通信技術。此外，還將介紹無綫光通信（如衛星通信、地麵激光通信）和短距離光通信（如光縴到戶FTTH）的應用。 第九章 光電信息處理 本章旨在介紹如何利用光電技術對光信號進行高效的信息處理，以實現更復雜的功能。首先，介紹光學信息處理的基本概念，包括模擬光學信息處理和數字光學信息處理。模擬光學信息處理利用光學元件（如透鏡、全息圖）的衍射和傅裏葉變換特性，實現快速的捲積、傅裏葉變換等運算，例如全息存儲、光學相關器。數字光學信息處理則將光信號轉換為數字信號，再利用數字信號處理技術進行運算，或者利用數字控製的光電器件實現信息處理。重點講解光學模式識彆、光學神經網絡、光學自相關和互相關運算等。還將討論光存儲技術，包括全息存儲、光盤存儲（CD/DVD/Blu-ray）的工作原理及發展趨勢。 第十章 光電技術在工業與科學中的應用 本章將整閤前幾章的知識，係統介紹光電技術在眾多工業和科學領域的廣泛應用。在工業製造領域，將重點介紹激光加工技術，包括激光切割、焊接、打標、錶麵處理等，分析其高精度、高效率的優勢。工業視覺檢測係統，利用光電成像和圖像處理技術，實現産品缺陷檢測、尺寸測量、裝配引導等。在科學研究領域，介紹光譜分析技術（如拉曼光譜、熒光光譜）在物質成分分析和結構研究中的應用，全息術在材料科學、生物醫學成像中的應用。在醫療領域，將介紹激光手術、光動力療法、光學生物顯微成像技術。在環境監測領域，介紹利用光電傳感器進行空氣質量、水質監測。此外，還將探討光電技術在軍事、國防、航空航天等領域的應用。 第十一章 光電器件的可靠性與未來發展趨勢 本章將目光投嚮光電器件的實際應用中的可靠性問題，以及光電技術未來的發展方嚮。首先，分析光電器件在不同工作環境下的失效機理，如溫度、濕度、應力、輻射等因素的影響。介紹提高光電器件可靠性的設計方法、製造工藝和測試技術。接著，展望光電技術未來的發展趨勢。例如，矽光子技術的興起，將光電功能集成到矽芯片上，實現更小尺寸、更高速度、更低功耗的光電器件。新型光電器件的研發，如有機光電器件、鈣鈦礦光電器件，以及它們在柔性顯示、可穿戴設備中的應用前景。量子光電技術的進展，如量子點、量子糾纏在新型傳感、通信和計算中的潛在應用。最後，探討光電技術在人工智能、物聯網、5G/6G通信等新興技術中的關鍵作用，以及其在推動社會進步和技術革新中的重要地位。 本書內容豐富，理論與實踐相結閤，力求為讀者提供一個全麵、係統的光電技術知識框架，使其能夠理解當今世界高度發達的光電技術，並為未來在相關領域從事研究、開發和應用打下堅實基礎。

评分☆☆☆☆☆

這本書最讓我感到驚喜的是它對理論與實驗之間“鴻溝”的彌閤。很多教材隻講“應該是什麼樣”，但這本書更關注“實際中為什麼不是這樣”。它在介紹完理想模型後，總會緊接著討論“非理想因素”的影響。比如，在討論光縴損耗時，它詳盡地分析瞭瑞利散射、吸收損耗的理論計算，隨後又用一個獨立的章節分析瞭實際光縴中的彎麯損耗和微擾損耗，並提供瞭如何通過優化包層結構來抑製這些寄生效應的工程建議。這種將理論知識“落地”的處理方式，對於培養學生的批判性思維和解決實際問題的能力極為有益。它沒有給齣標準答案，而是教會瞭我們如何質疑和優化現有的解決方案，這纔是高等教育的真正價值所在。這本書成功地將學生從被動接受知識的角色，推嚮瞭主動探索和創新的位置。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的深度和廣度超齣瞭我最初的預期，尤其對於一個已經有一定電子學基礎的進階學習者來說，它提供瞭一個非常優秀的理論深化平颱。我尤其欣賞它對非綫性光學現象的闡述，不同於其他教材隻是蜻蜓點水般提及，這裏對倍頻、參量過程的物理圖像剖析得極為透徹，不僅僅停留在數學推導上，更注重對能量守恒和對稱性在光學響應中的體現進行深入探討。在涉及到光電子器件的章節，它不僅涵蓋瞭傳統的PIN光電二極管和雪崩光電二極管，還花費瞭相當篇幅討論瞭基於量子點和超晶格結構的新型探測器，這些內容在很多傳統教材中是找不到的。這錶明編者緊跟學科前沿，確保瞭內容的先進性。唯一的“不足”可能是，對於某些極其專業的子領域，比如太赫茲波段的光學應用，涉及的篇幅相對精簡，但考慮到它作為一本綜閤性教材的定位，這種取捨是可以理解的。總體而言，它提供的理論深度足以支撐我進行後續的研究生階段學習和項目開發。

评分☆☆☆☆☆

我是在一個非常緊迫的項目背景下接觸到這本書的，急需快速掌握光縴傳感器的基本原理和關鍵參數計算方法。這本書的實用性和參考價值令人印象深刻。它沒有沉溺於過多的曆史沿革或哲學探討，而是將大量的篇幅集中在核心技術的工程實現上。例如，在講解布拉格光柵（FBG）時，它不僅給齣瞭耦閤波方程，還詳細討論瞭光柵的製作工藝對性能（如帶寬、反射率）的影響麯綫，甚至附帶瞭一些實用的等效電路模型，這對於我們進行係統設計至關重要。書中關於噪聲分析的部分也做得非常到位，將散粒噪聲、熱噪聲、激光綫寬對測量精度的影響進行瞭量化的評估，這在實際的儀器標定中是必須考慮的因素。翻閱這本書，感覺就像身邊多瞭一位經驗豐富、手把手帶項目的資深工程師在指導，它極大地加速瞭我的項目進度。

评分☆☆☆☆☆

從排版和設計角度來看，這本書的質量簡直是一流的。作為一本需要頻繁查閱的參考書，清晰的結構和良好的可讀性至關重要。這本書的字體選擇和行間距都非常適中，長時間閱讀眼睛不易疲勞。更值得稱贊的是它對公式和圖錶的處理。所有關鍵公式都被清晰地標齣，並且對每一個變量的物理意義都有明確的注釋，避免瞭讀者在多頁翻閱中忘記某個符號的上下文。圖錶的質量非常高，綫條銳利，配色科學，很少齣現那種為瞭省墨而模糊不清的示意圖。特彆是那些涉及光場分布和波導模式的二維圖，層次分明，使得抽象的電磁場分布概念變得直觀易懂。這本書的裝幀也相當結實，對於經常攜帶和翻閱的教材來說，這是一個很重要的加分項，預示著它能經受住長期使用的考驗。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我這樣的初學者量身定做的！我之前對光電領域隻停留在非常錶麵的理解，那些復雜的物理公式和器件原理總是讓我望而卻步。但是，這本教材的敘述方式非常平易近人，它沒有一開始就拋齣高深的理論，而是循序漸進地從最基礎的光與物質相互作用講起，配有大量清晰的插圖和生動的比喻。尤其是講解半導體激光器和光通信係統時，作者似乎完全理解我們這些“門外漢”在理解上的難點，用一種近乎手把手的口吻，把原本晦澀的知識點掰開揉碎瞭講清楚。我特彆喜歡它在介紹新概念時，總會先給齣一個實際應用場景，讓我明白這個知識點“為什麼重要”，而不是單純地堆砌公式。讀完前幾章，我明顯感覺到自己對整個光電係統的宏觀架構有瞭更紮實的認識，不再覺得這個領域高不可攀瞭。它更像是一本優秀的科普讀物與嚴謹教科書的完美結閤體，為後續深入學習打下瞭堅實的基礎。