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高以智 ...（等）著 著

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• 光電子學
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齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118096699

商品編碼：29692511958

包裝：平裝

齣版時間：2014-11-01

基本信息

書名:激光原理學習指導(第2版)

定價：28.00元

售價：19.0元,便宜9.0元,摺扣67

作者:高以智 ... 著

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2014-11-01

ISBN：9787118096699

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

《激光原理》係列圖書：《激光原理》（第6版）《激光原理學習指導》《激光原理》（第7版）《激光原理學習指導》（第2版）

內容提要

高以智、姚敏玉、張洪明、霍力編著的《激光原理學習指導(第2版十二五普通高等教育本科*規劃配套教材)》密切配閤“十二五”普通高等教育本科*規劃教材《激光原理》第7 版的主要內容。全書共分六章：激光的基本原理；開放式光腔與高斯光束；電磁場和物質的共振相互作用；激光振蕩特性；激光放大特性；激光器特性的控製。每章配有內容提要、思考題、例題和習題。部分習題給齣不同程度的解題提示。書後附有習題的參考答案。
本書適於高等學校中與光電子技術有關的專業師生參考，也可供自學激光原理或相關課程的學生以及準備考研的學生參考。

目錄

章 激光的基本原理
內容提要
思考題
例題
習題
第二章 開放式光腔與高斯光束
內容提要
思考題
例題
習題
第三章 電磁場和物質的共振相互作用
內容提要
思考題
例題
習題
第四章 激光振蕩特性
內容提要
思考題
例題
習題
第五章 激光放大特性
內容提要
思考題
例題
習題
第六章 激光器特性的控製
內容提要
思考題
例題
習題
習題參考答案
附錄 常用物理常數
參考文獻

作者介紹

文摘

序言

《光電探測技術基礎與應用》 內容簡介 本書係統闡述瞭光電探測技術的基本原理、關鍵技術、器件構成與實際應用。全書共分十一章，內容涵蓋瞭從基礎的光電效應到復雜的探測係統設計，旨在為讀者提供一個全麵而深入的理解框架。 第一章 光電效應基礎 本章將從微觀和宏觀層麵深入剖析光與物質相互作用産生的各類光電效應。我們將迴顧光的基本性質，如波粒二象性、光子能量等，並在此基礎上詳細介紹半導體光電效應，包括光導效應、光生伏特效應、光電導效應、光電發射效應以及熱釋電效應等。我們將解釋這些效應産生的物理機製，分析影響其效率的關鍵因素，如材料的能帶結構、摻雜濃度、載流子壽命等。此外，本章還將觸及錶麵光電效應和體積光電效應，並簡要介紹一些典型材料（如矽、鍺、III-V族化閤物半導體、II-VI族化閤物半導體等）的光電特性。最後，將為後續章節中各種光電器件的原理打下堅實的理論基礎。 第二章 光電探測器分類與基本性能參數 本章將對各類光電探測器進行係統性的分類和介紹。我們將依據探測器的工作原理、響應速度、探測波段等維度，將探測器劃分為光導體、光電二極管、光電倍增管、雪崩光電二極管、紅外探測器（包括製冷型和非製冷型）等主要類彆。對於每類探測器，我們將深入分析其結構組成、工作原理、優缺點以及適用範圍。更重要的是，本章將詳細定義和闡釋評價光電探測器性能的關鍵參數，包括響應度（Responsivity）、量子效率（Quantum Efficiency）、探測率（D，Detectivity）、噪聲等效功率（NEP，Noise Equivalent Power）、響應時間（Response Time）、帶寬（Bandwidth）、暗電流（Dark Current）、飽和光功率（Saturation Optical Power）等。我們將解釋這些參數的物理意義，以及它們如何影響探測器的實際性能。理解這些參數是選擇和設計閤適的光電探測係統的基礎。 第三章 光導體探測器 本章將聚焦於光導體探測器，這是一種基於光導效應的光電器件。我們將詳細介紹光導材料的選擇標準，如窄帶隙半導體、II-VI族化閤物（如CdS, CdSe, PbS, PbSe）等，並分析其光電特性。本章將深入探討光導效應的物理機製，包括光照産生載流子、載流子遷移和復閤過程。我們將分析影響光導體性能的因素，如材料的純度、晶體結構、缺陷密度、溫度等。此外，本章還將介紹光導體探測器的典型結構，如薄膜光導體、塊體光導體等，並討論其製造工藝。我們將分析光導體探測器的優點（如高響應度、低成本）和缺點（如響應速度較慢、存在滯後現象），並給齣其典型應用，如光敏開關、光電耦閤器、光電傳感器等。 第四章 光電二極管探測器 本章將深入研究光電二極管（Photodiode）探測器。我們將從P-N結和PIN結（P-I-N）結的結構和原理齣發，詳細解釋光照如何引起載流子分離和收集，從而産生光電流。本章將重點分析不同偏置（零偏、反嚮偏置、正嚮偏置）對光電二極管工作特性的影響，並探討探測器的響應速度與結電容、擴散電容、載流子遷移速度之間的關係。我們將介紹各種類型光電二極管，包括P-N結光電二極管、PIN光電二極管、APD（雪崩光電二極管）等，並分析它們的結構和工作特點。此外，本章還將討論光電二極管的寄生效應（如串聯電阻、並聯電阻）及其對性能的影響，並介紹其主要的封裝形式和製造工藝。最終，將為理解更復雜的光電探測器打下基礎。 第五章 雪崩光電二極管（APD） 本章將專門探討雪崩光電二極管（Avalanche Photodiode, APD）的工作原理和應用。我們將深入分析APD的內部增益機製，即載流子在外加電場作用下發生碰撞電離，産生更多的載流子，從而實現信號的放大。本章將詳細介紹APD的結構，特彆是其雪崩倍增區的設計，以及摻雜濃度、截止電壓等參數對倍增係數和倍增過程的影響。我們將對比分析APD與普通光電二極管在響應度、噪聲特性、增益穩定性等方麵的差異。此外，本章還將討論APD的工作模式，如單光子探測模式（SPAD）和普通APD模式，並分析其噪聲來源，特彆是倍增過程引入的額外噪聲（如倍增因子不匹配噪聲、電子-空穴倍增效率差異）。最後，將介紹APD在光縴通信、激光測距、高靈敏度探測等領域的廣泛應用。 第六章 紅外探測器 本章將聚焦於紅外探測器，這是探測特定波段紅外輻射的光電器件。我們將首先介紹紅外輻射的基本原理及其在自然界和人造源中的分布。隨後，本章將根據工作原理將紅外探測器分為光子型探測器和熱型探測器兩大類。 光子型紅外探測器： 將深入介紹基於光生伏特效應和光電導效應的光子型紅外探測器，包括窄帶隙半導體（如InGaAs, InSb, HgCdTe）和量子點等材料。我們將分析不同材料的帶隙與探測波長的關係，以及探測器在不同溫度下的性能錶現。此外，還將討論製冷型紅外探測器的必要性及其製冷技術。 熱型紅外探測器： 將重點介紹基於熱效應的紅外探測器，如熱釋電探測器、熱電堆探測器、焦平麵探測器（如VOx, amorphous Si）。我們將解釋其工作原理，即利用紅外輻射引起材料溫度升高，進而産生電信號。本章還將討論非製冷型紅外探測器的優勢及其技術發展。 最後，本章將介紹紅外探測器的性能參數（如探測率D，響應時間），並探討其在熱成像、遙感、安防、醫療等領域的應用。 第七章 光電倍增管（PMT） 本章將詳細介紹光電倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）的工作原理和結構。我們將從光陰極的光電發射效應齣發，解釋光子如何轉化為電子。隨後，將詳細闡述電子在串聯的倍增電極（Dynodes）之間發生二次電子發射，産生電子倍增的過程。本章將分析倍增級數、倍增電壓、二次電子發射係數等參數對PMT增益的影響。我們將討論PMT的結構類型，如直通式、側窗式等，並分析其優缺點。此外，還將詳細分析PMT的噪聲來源，如暗電流、散粒噪聲、環境噪聲等，並介紹提高信噪比的方法。最後，本章將列舉PMT在弱光探測、核輻射探測、粒子物理、生物醫學成像等領域的典型應用。 第八章 光電探測係統的設計與優化 本章將從係統層麵探討光電探測器的選擇、集成與優化。我們將首先迴顧前麵各章介紹的不同類型光電探測器的性能特點，並在此基礎上，指導讀者如何根據具體的應用需求（如探測靈敏度、響應速度、工作波段、成本等）選擇最閤適的探測器。本章將深入討論光電探測係統中的關鍵組成部分，包括光源（如果需要）、光學元件（透鏡、濾光片等）、信號處理電路（放大器、濾波器、模數轉換器等）、數據采集與處理係統。我們將重點分析各組成部分之間的匹配問題，以及如何通過優化設計來提高整個係統的性能。此外，還將涉及係統校準、噪聲抑製技術、溫度穩定性等實際設計中需要考慮的問題。 第九章 探測器噪聲分析與抑製 噪聲是限製光電探測係統性能的關鍵因素之一。本章將對光電探測器中存在的各種噪聲源進行深入分析。我們將詳細闡述散粒噪聲（Shot Noise）、熱噪聲（Thermal Noise）、閃爍噪聲（Flicker Noise）、突發噪聲（Burst Noise）、暗電流噪聲等。對於每種噪聲，我們將解釋其物理成因、數學模型以及對探測器性能的影響。在此基礎上，本章將重點介紹各種有效的噪聲抑製技術，包括： 電子學濾波技術： 如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、陷波器等，以及它們在降低特定頻段噪聲中的作用。 光學濾波技術： 使用窄帶濾光片或長通/短通濾光片來隔離特定波段的光信號，從而避免非目標光的乾擾。 同步檢測技術： 如鎖相放大器（Lock-in Amplifier）技術，通過調製信號和參考信號的同步，極大地提高信噪比，尤其適用於探測微弱信號。 信號平均技術： 對多個探測周期內的信號進行平均，可以有效降低隨機噪聲。 降溫技術： 對於某些探測器，降低工作溫度可以顯著減小熱噪聲。 本章將通過實例說明如何綜閤運用這些技術來優化探測係統的信噪比，以滿足高靈敏度探測的需求。 第十章 光電探測器的應用實例 本章將通過一係列實際的應用案例，展示光電探測器在不同領域的廣泛應用。我們將選取代錶性的應用，並深入分析其中光電探測器的作用和實現方式。可能涵蓋的領域包括： 光縴通信： APD和PIN光電二極管在光接收模塊中的應用，負責將光信號轉換為電信號。 激光雷達（LiDAR）： APD和SPAD在測量距離、構建三維環境模型中的應用。 醫療診斷與成像： 光電倍增管和光電二極管在X射綫成像、熒光成像、生物信號檢測中的應用。 環境監測與遙感： 紅外探測器在氣體濃度檢測、溫度測量、地質勘探中的應用。 工業自動化與安防： 光電傳感器在目標檢測、位置識彆、安全監控中的應用。 天文學觀測： 高靈敏度光電探測器在探測微弱星光、宇宙射綫中的應用。 對於每個應用實例，我們將簡要介紹相關的係統組成，並著重闡述光電探測器在該係統中所扮演的關鍵角色，以及為何選擇特定的探測器類型。 第十一章 光電探測技術的發展趨勢 本章將展望光電探測技術的未來發展方嚮，重點探討當前研究的熱點和未來的技術挑戰。我們將討論： 新型光電材料： 如有機半導體、鈣鈦礦材料、量子點、二維材料（如石墨烯、黑磷）在構建高性能光電探測器方麵的潛力。 微納光電器件： 納米綫、納米片、微腔等結構在提高探測效率、響應速度和集成度方麵的進展。 單光子探測技術： SPAD陣列、超導納米綫單光子探測器（SNSPD）等在弱光探測、量子信息科學中的應用前景。 集成化與智能化： 將光電探測器與微處理器、人工智能算法集成，實現更智能的信號處理和目標識彆。 高性能紅外探測技術： 非製冷型紅外探測器的性能提升、新型紅外材料的研究。 寬譜段探測與多功能集成： 同時探測可見光、紫外、紅外等不同波段，以及集成瞭光電探測、信號處理、甚至圖像識彆等多種功能的光電器件。 本章旨在為讀者提供對光電探測技術前沿領域的洞察，並激發對未來研究的思考。 本書結構清晰，語言嚴謹，圖文並茂，力求在理論深度和實際應用之間取得平衡，適閤作為高等院校相關專業本科生、研究生教材或參考書，也可供從事光電子、光學、電子工程、儀器科學等領域的科研人員和工程技術人員參考。

評分☆☆☆☆☆

這本書在深入講解激光器結構和工作原理時，展現齣瞭極其紮實的工程實踐經驗。它不僅僅停留在理論層麵，對於各種腔型（如諧振腔的穩定性分析）的探討，簡直就是一份詳盡的“維修與調試手冊”。我尤其欣賞它對“泵浦源”和“增益介質”特性的分類論述，區分得非常到位，並結閤實際應用場景給齣瞭不同選擇的優缺點對比。有一章節專門討論瞭激光輸齣的特性——功率、光束質量、綫寬等，分析瞭這些參數是如何受腔內損耗和增益飽和等因素製約的。這部分內容對於正在進行實驗設計或係統集成的工程師來說，具有極高的參考價值。我感覺作者似乎親身操作過各種類型的激光係統，他寫下的每一個參數說明，都似乎帶著實際測量的數據支撐，使得理論推導和實際操作之間形成瞭一個緊密的閉環，讀起來讓人信心倍增。

評分☆☆☆☆☆

如果說有什麼地方需要“挑剔”的話，那可能是在習題設計的深度上。雖然書中配備瞭大量的章節後練習題，用於鞏固基礎知識點，但對於那些真正想挑戰自我、深入探究復雜耦閤問題的讀者來說，部分例題的難度梯度似乎設置得略微保守瞭一些。我更期待能看到一些需要結閤多章節知識點進行綜閤分析的“大題”，或許加入一些要求讀者自行設定參數、預測結果的開放式問題，會讓這本書的“學習指導”功能得到更極緻的發揮。當然，對於絕大多數需要係統學習這門學科的本科生和初級研究生而言，現有的練習題足以確保他們對每一個核心概念的牢固掌握，但這隻是我個人在追求更高階思維訓練方麵的一點小小的期許。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖設計，體現齣一種嚴謹而又不失美感的風格。很多物理過程，如果僅僅依靠文字描述，很容易讓人陷入迷茫，但作者巧妙地運用瞭大量的、高質量的二維和三維示意圖。例如，在解釋光束傳播理論時，那些關於高斯光束的束腰、發散角和焦深關係的圖示，精確到瞭小數點後幾位的物理含義都清晰可見。更值得稱贊的是，那些復雜的激光與物質相互作用的能級圖，綫條乾淨利落，標注的符號完全符閤國際慣例，完全沒有那種“低成本印刷”的廉價感。閱讀體驗的提升，往往來自於這些細節的打磨，它讓我在長時間的閱讀後，視覺疲勞感也相對較輕，這對於深度學習一門硬核技術學科至關重要。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實讓人眼前一亮，那種深邃的藍色調配上醒目的標題字體，一下子就抓住瞭我的注意力。我本是帶著點懷疑的態度翻開的，畢竟市麵上同類書籍汗牛充棟，能真正做到深入淺齣、條理清晰的實在不多。然而，這本書的開篇部分，對於基礎概念的梳理簡直是教科書級彆的精準。它沒有急於拋齣復雜的數學公式，而是先用非常直觀的類比和圖示，將光與物質相互作用的微觀圖像描繪得淋灕盡緻。特彆是關於受激輻射和吸收過程的闡述，作者仿佛是一位經驗豐富的導師，耐心細緻地引導我們穿越那些抽象的物理概念。讀完前幾章，我對光的基本行為模式有瞭一種前所未有的清晰認識，這為後續深入理解激光的産生機製打下瞭極其堅實的基礎。我能感受到作者在組織內容時，是站在初學者的角度反復斟酌的，力求避免任何可能造成混淆的晦澀錶達。

評分☆☆☆☆☆

相較於其他側重理論推導的教材，這本書在拓展應用和前沿技術介紹方麵做得尤為齣色。它並沒有止步於基礎的紅寶石激光器或半導體激光器，而是用瞭相當大的篇幅介紹瞭超快激光技術，特彆是飛秒激光在材料加工和生物醫學成像中的最新進展。作者對鎖模機製的描述，從數學建模到實際實現，過渡得非常流暢自然，即便是對於非專業背景的讀者，也能把握其核心思想。這種緊跟技術脈搏的編排方式，極大地提升瞭本書的“保鮮度”。我發現許多最新的會議論文中引用的概念，都能在這本書中找到清晰的源頭解釋。這讓我意識到，這不僅僅是一本“學習指導”，更是一份涵蓋瞭學科發展曆史和未來趨勢的綜閤參考資料。