光电技术(高等院校电子信息与电气学科系列规划教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨应平 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

书名:光电技术(高等院校电子信息与电气学科系列规划教材)

定价：45.00元

售价：30.6元,便宜14.4元,折扣68

作者:杨应平

出版社：机械工业出版社

出版日期：2014-09-01

ISBN：9787111474340

字数：

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版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本教材系统地介绍了光电技术的基础理论、各种光电探测器的工作原理、特性参数、典型器件和典型应用。主要内容包括：辐射度与光度学基础、光电探测器理论基础、光电探测器中常用光源、光电导探测器、光伏探测器、光电子发射探测器、热探测器、光电图像传感器、光学信号变换、光电信号探测技术和光电探测系统典型应用。
本书可以作为高等院校本科光电信息科学与工程、光电信息工程、测控技术与仪器、应用物理、电子科学与技术、电子信息科学与技术等专业本科生及研究生教材，也可供其他相关专业师生和工程技术人员参考。

目录

前言
教学建议
第0章　绪论
　0.1　光电技术及其研究内容
　0.2　光电信息系统
　0.3　光电技术的应用及发展趋势
　本章小结
　思考题与习题
章　辐射度学与光度学基础
　1.1　电磁辐射
　　1.1.1　电磁波谱
　　1.l.2　光辐射
　　1.1.3　光的波粒二象性
　　1.1.4　电磁辐射中的立体角计算
　1.2　辐射度的基本物理量
　1.3　光度学基础
　　1.3.1　光度学的基本物理量
　　1.3.2　光谱光视效率
　　1.3.3　光谱光视效能
　1.4　辐射度学与光度学中的几个基本定律
　　1.4.1　朗伯余弦定律
　　1.4.2　距离平方反比定律
　　1.4.3　亮度守恒定律
　1.5　黑体辐射
　　1.5.1　黑体辐射定律
　　1.5.2　普朗克能量子假设
　本章小结
　思考题与习题
第2章　光电探测器理论基础
　2.1　半导体物理基础
　　2.1.1　晶体的能带
　　2.1.2　热平衡下的载流子浓度
　　2.1.3　半导体材料的光吸收效应
　　2.1.4　半导体中的非平衡载流子
　　2.1.5　半导体中载流子的扩散与漂移
　2.2　光电效应
　　2.2.1　光电导效应
　　2.2.2　光伏效应
　　2.2.3　光电子发射效应
　2.3　光电探测器的噪声
　2.4　光电探测器的特性参数
　本章小结
　思考题与习题
第3章　光电探测中的常见光源
　3.1　光源的基本特性参数
　　3.1.1　辐射效率和发光效率
　　3.1.2　光谱功率分布
　　3.1.3　空间光强分布
　……
第4章　光电导探测器
第5章　光伏探测器
第6章　光电子发射探测器
第7章　热探测器
第8章　光电图像探测器
第9章　光学信息变换
0章　微弱光电信号的探测与处理
1章　典型的光电检测系统
参考文献

作者介绍

文摘

序言

《光电技术》（高等院校电子信息与电气学科系列规划教材） 书籍简介 本书作为高等院校电子信息与电气学科系列规划教材之一，旨在系统、深入地阐述光电技术的基础理论、核心概念、关键技术以及在各个领域的应用。全书内容涵盖光与物质相互作用的基本原理，光电器件的结构与工作机制，光电信号的产生、传输、检测与处理，以及光电系统设计与集成等多个层面，力求为学生构建扎实的光电技术知识体系，培养其解决实际问题的能力。 第一章 光学基础 本章为光电技术奠定理论基础，深入剖析光的本质及其传播规律。首先，介绍光的波动性与粒子性，经典光学中的几何光学和物理光学是重点内容。几何光学部分，详细阐述光的直线传播、反射、折射、全反射等基本定律，并引入透镜、反射镜等光学元件成像的原理，包括物像关系、焦距、放大率等重要参数的计算。在此基础上，将讨论各种成像系统，如望远镜、显微镜的光学设计原理。物理光学部分，则着重于光的干涉、衍射和偏振现象。干涉将从惠更斯原理出发，深入探讨相干光、条纹宽度、多光束干涉等，并举例说明杨氏双缝干涉、迈克耳逊干涉仪的工作原理。衍射将分析菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射，阐释单缝、双缝、光栅衍射的规律，以及衍射的应用，如光谱分析。偏振则介绍线偏振、圆偏振、椭圆偏振的产生机制，以及偏振片、波片等光学器件的功能。此外，本章还将简要介绍光的吸收、散射、荧光谱等与光物质相互作用相关的现象，为后续章节中光电器件的工作原理打下基础。 第二章 光源与发光机理 本章聚焦于光电技术中的“源”，即各种光源及其发光机理。我们将系统介绍非相干光源和相干光源两大类。非相干光源包括热辐射光源，如白炽灯、卤素灯，以及气体放电光源，如荧光灯、高压钠灯。对这些光源的特点、光谱分布、发光效率和应用场景进行分析。重点在于相干光源，尤其是激光器。本章将详细阐述激光产生的三要素：粒子数反转、受激辐射和光学谐振腔。介绍不同类型的激光器，如气体激光器（He-Ne激光器、CO2激光器）、固体激光器（Nd:YAG激光器）、半导体激光器（二极管激光器、量子阱激光器）等，分析它们的结构、工作原理、输出特性（波长、功率、光束质量）及其优势与劣势。同时，也将涉及LED（发光二极管）作为重要的非激光相干光源，深入讲解其pn结发光机理，LED的结构、性能参数（亮度、颜色、效率）以及在显示、照明等领域的广泛应用。 第三章 光电器件（一）：光电探测器 光电探测器是光电系统中实现光信号转换为电信号的关键部件。本章将全面介绍各类光电探测器的基本原理、结构、性能参数及典型应用。首先，从光电效应出发，详细讲解光导效应、光伏效应和光电发射效应。基于光导效应，介绍光敏电阻、光敏二极管（PIN光电二极管、雪崩光电二极管APD）的工作原理，重点分析其响应速度、灵敏度、量子效率、暗电流等重要参数。光伏效应则引出太阳能电池的光电转换原理，并分析其效率与结构。光电发射效应是光电倍增管（PMT）的核心原理，本章将深入讲解PMT的多级电子倍增机制，以及其在极低光照强度下的探测能力。此外，还将介绍CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化半导体）图像传感器，阐述它们的光电转换和电荷传输机制，以及在成像领域的应用。 第四章 光电器件（二）：光电调制器与光电开关 本章将重点介绍能够对光信号进行调制和开关控制的光电器件。光电调制器是改变光信号的幅度、相位、偏振等特性的核心器件，广泛应用于光通信、信息处理等领域。我们将详细讲解电光调制器（如Pockels效应、Kerr效应调制器）、磁光调制器（Faraday效应调制器）、声光调制器（衍射调制器）的工作原理，分析它们的调制带宽、驱动电压、插入损耗等关键性能指标。此外，还会介绍一些基于量子力学效应的光调制器，如电吸收调制器。光电开关则利用光信号触发电信号或电信号控制光信号的产生与截止，在自动化控制、光电耦合等领域发挥重要作用。本章将介绍光电耦合器（光耦）的工作原理，包括发光器件和受光器件的配合，以及其隔离和信号传输特性。 第五章 光电信号的产生、传输与处理 本章将光电技术从器件层面提升到系统层面，探讨光电信号的整个生命周期。首先，回顾前几章中介绍的光源和光电器件，深入分析如何根据特定需求产生所需的光信号，包括光强的控制、光谱的生成、脉冲的形成等。接着，重点阐述光信号在介质中的传输特性，包括光纤通信中的光信号衰减、色散、非线性效应，以及自由空间光通信中的大气衰减、散射、吸收等影响。这将为理解光通信系统的设计提供基础。在光信号处理方面，本章将介绍多种技术。信号的放大：包括光纤放大器、半导体光放大器等。信号的检测与测量：结合光电探测器，详细介绍如何精确测量光信号的强度、频率、相位等参数，以及相关的测量仪器。信号的转换与编码：介绍如何将光信号转换为电信号，并进行数字编码，以及反向过程。例如，在数字光通信系统中，如何将电信号调制到光载波上，以及接收端如何解调。 第六章 光电检测与测量技术 本章聚焦于光电技术在测量与检测领域的具体应用。我们将深入探讨各种精密的光电测量方法。首先，介绍光电测距技术，包括激光测距、三角测量法等，分析其原理、精度和应用场景，如工业自动化、地形测绘。其次，讨论光电传感器的原理与应用，如光电编码器在位移和角度测量中的应用，红外传感器在温度测量和人体感应中的应用。光电气体传感器和环境监测传感器也将被介绍，它们通过检测特定波段的光吸收或散射来分析气体成分或环境参数。此外，本章还将介绍基于干涉、衍射等光学原理的光学测量技术，例如全息术在三维成像和无损检测中的应用，激光干涉仪在高精度位移测量和表面形貌检测中的应用。 第七章 光电成像系统 光电成像系统是将光信息转化为可见图像或数据图像的核心技术，广泛应用于科学研究、医疗诊断、安防监控、遥感等领域。本章将系统介绍光电成像的原理、构成和设计。首先，从相机模型出发，介绍光学镜头的设计原理，包括成像质量、景深、畸变等。随后，重点讲解感光元件，即CCD和CMOS图像传感器的结构、工作原理、参数（如像素尺寸、分辨率、灵敏度、动态范围）以及它们在数字成像中的作用。在此基础上，将深入探讨不同类型的光电成像系统，如可见光成像系统、红外成像系统（热成像、近红外成像）、紫外成像系统。分析不同波段成像的特点、优势及应用。还将介绍一些特殊成像技术，如三维成像、计算成像、多光谱和高光谱成像技术。 第八章 光电通信系统 光电通信是现代信息社会的重要支柱，本章将深入阐述光电通信系统的基本原理、结构和关键技术。首先，回顾光信号的产生、传输与接收过程，重点分析光纤通信系统的构成，包括光源（激光器、LED）、光调制器、光纤传输介质、光电探测器和光信号再生中继等。详细介绍光信号在光纤中的传输特性，如损耗、色散、非线性效应，以及如何通过技术手段克服这些限制，如使用色散补偿光纤、掺铒光纤放大器（EDFA）等。讲解光调制技术，包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PSK）、正交幅度调制（QAM）等，以及相干光通信技术。此外，还将介绍无线光通信（如卫星通信、地面激光通信）和短距离光通信（如光纤到户FTTH）的应用。 第九章 光电信息处理 本章旨在介绍如何利用光电技术对光信号进行高效的信息处理，以实现更复杂的功能。首先，介绍光学信息处理的基本概念，包括模拟光学信息处理和数字光学信息处理。模拟光学信息处理利用光学元件（如透镜、全息图）的衍射和傅里叶变换特性，实现快速的卷积、傅里叶变换等运算，例如全息存储、光学相关器。数字光学信息处理则将光信号转换为数字信号，再利用数字信号处理技术进行运算，或者利用数字控制的光电器件实现信息处理。重点讲解光学模式识别、光学神经网络、光学自相关和互相关运算等。还将讨论光存储技术，包括全息存储、光盘存储（CD/DVD/Blu-ray）的工作原理及发展趋势。 第十章 光电技术在工业与科学中的应用 本章将整合前几章的知识，系统介绍光电技术在众多工业和科学领域的广泛应用。在工业制造领域，将重点介绍激光加工技术，包括激光切割、焊接、打标、表面处理等，分析其高精度、高效率的优势。工业视觉检测系统，利用光电成像和图像处理技术，实现产品缺陷检测、尺寸测量、装配引导等。在科学研究领域，介绍光谱分析技术（如拉曼光谱、荧光光谱）在物质成分分析和结构研究中的应用，全息术在材料科学、生物医学成像中的应用。在医疗领域，将介绍激光手术、光动力疗法、光学生物显微成像技术。在环境监测领域，介绍利用光电传感器进行空气质量、水质监测。此外，还将探讨光电技术在军事、国防、航空航天等领域的应用。 第十一章 光电器件的可靠性与未来发展趋势 本章将目光投向光电器件的实际应用中的可靠性问题，以及光电技术未来的发展方向。首先，分析光电器件在不同工作环境下的失效机理，如温度、湿度、应力、辐射等因素的影响。介绍提高光电器件可靠性的设计方法、制造工艺和测试技术。接着，展望光电技术未来的发展趋势。例如，硅光子技术的兴起，将光电功能集成到硅芯片上，实现更小尺寸、更高速度、更低功耗的光电器件。新型光电器件的研发，如有机光电器件、钙钛矿光电器件，以及它们在柔性显示、可穿戴设备中的应用前景。量子光电技术的进展，如量子点、量子纠缠在新型传感、通信和计算中的潜在应用。最后，探讨光电技术在人工智能、物联网、5G/6G通信等新兴技术中的关键作用，以及其在推动社会进步和技术革新中的重要地位。 本书内容丰富，理论与实践相结合，力求为读者提供一个全面、系统的光电技术知识框架，使其能够理解当今世界高度发达的光电技术，并为未来在相关领域从事研究、开发和应用打下坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到惊喜的是它对理论与实验之间“鸿沟”的弥合。很多教材只讲“应该是什么样”，但这本书更关注“实际中为什么不是这样”。它在介绍完理想模型后，总会紧接着讨论“非理想因素”的影响。比如，在讨论光纤损耗时，它详尽地分析了瑞利散射、吸收损耗的理论计算，随后又用一个独立的章节分析了实际光纤中的弯曲损耗和微扰损耗，并提供了如何通过优化包层结构来抑制这些寄生效应的工程建议。这种将理论知识“落地”的处理方式，对于培养学生的批判性思维和解决实际问题的能力极为有益。它没有给出标准答案，而是教会了我们如何质疑和优化现有的解决方案，这才是高等教育的真正价值所在。这本书成功地将学生从被动接受知识的角色，推向了主动探索和创新的位置。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的深度和广度超出了我最初的预期，尤其对于一个已经有一定电子学基础的进阶学习者来说，它提供了一个非常优秀的理论深化平台。我尤其欣赏它对非线性光学现象的阐述，不同于其他教材只是蜻蜓点水般提及，这里对倍频、参量过程的物理图像剖析得极为透彻，不仅仅停留在数学推导上，更注重对能量守恒和对称性在光学响应中的体现进行深入探讨。在涉及到光电子器件的章节，它不仅涵盖了传统的PIN光电二极管和雪崩光电二极管，还花费了相当篇幅讨论了基于量子点和超晶格结构的新型探测器，这些内容在很多传统教材中是找不到的。这表明编者紧跟学科前沿，确保了内容的先进性。唯一的“不足”可能是，对于某些极其专业的子领域，比如太赫兹波段的光学应用，涉及的篇幅相对精简，但考虑到它作为一本综合性教材的定位，这种取舍是可以理解的。总体而言，它提供的理论深度足以支撑我进行后续的研究生阶段学习和项目开发。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我这样的初学者量身定做的！我之前对光电领域只停留在非常表面的理解，那些复杂的物理公式和器件原理总是让我望而却步。但是，这本教材的叙述方式非常平易近人，它没有一开始就抛出高深的理论，而是循序渐进地从最基础的光与物质相互作用讲起，配有大量清晰的插图和生动的比喻。尤其是讲解半导体激光器和光通信系统时，作者似乎完全理解我们这些“门外汉”在理解上的难点，用一种近乎手把手的口吻，把原本晦涩的知识点掰开揉碎了讲清楚。我特别喜欢它在介绍新概念时，总会先给出一个实际应用场景，让我明白这个知识点“为什么重要”，而不是单纯地堆砌公式。读完前几章，我明显感觉到自己对整个光电系统的宏观架构有了更扎实的认识，不再觉得这个领域高不可攀了。它更像是一本优秀的科普读物与严谨教科书的完美结合体，为后续深入学习打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个非常紧迫的项目背景下接触到这本书的，急需快速掌握光纤传感器的基本原理和关键参数计算方法。这本书的实用性和参考价值令人印象深刻。它没有沉溺于过多的历史沿革或哲学探讨，而是将大量的篇幅集中在核心技术的工程实现上。例如，在讲解布拉格光栅（FBG）时，它不仅给出了耦合波方程，还详细讨论了光栅的制作工艺对性能（如带宽、反射率）的影响曲线，甚至附带了一些实用的等效电路模型，这对于我们进行系统设计至关重要。书中关于噪声分析的部分也做得非常到位，将散粒噪声、热噪声、激光线宽对测量精度的影响进行了量化的评估，这在实际的仪器标定中是必须考虑的因素。翻阅这本书，感觉就像身边多了一位经验丰富、手把手带项目的资深工程师在指导，它极大地加速了我的项目进度。

评分☆☆☆☆☆

从排版和设计角度来看，这本书的质量简直是一流的。作为一本需要频繁查阅的参考书，清晰的结构和良好的可读性至关重要。这本书的字体选择和行间距都非常适中，长时间阅读眼睛不易疲劳。更值得称赞的是它对公式和图表的处理。所有关键公式都被清晰地标出，并且对每一个变量的物理意义都有明确的注释，避免了读者在多页翻阅中忘记某个符号的上下文。图表的质量非常高，线条锐利，配色科学，很少出现那种为了省墨而模糊不清的示意图。特别是那些涉及光场分布和波导模式的二维图，层次分明，使得抽象的电磁场分布概念变得直观易懂。这本书的装帧也相当结实，对于经常携带和翻阅的教材来说，这是一个很重要的加分项，预示着它能经受住长期使用的考验。