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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CRT74

5.1.2 彩色CRT76

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 LCRT108

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R152

7.2.2 光谱灵敏度Rλ153

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η154

7.2.5 通量阈Pth和噪声等效功率NEP155

7.2.6 归一化探测度D156

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