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第1章 光的基础知识1

1.1 几何光学1

1.1.1 光线与波面1

1.1.2 几何光学的基本实验定律1

1.1.3 费马原理2

1.2 波动光学3

1.2.1 波速和折射率3

1.2.2 电磁波谱3

1.2.3 光的衍射4

1.2.4 光的干涉6

1.2.5 光的偏振9

1.2.6 电磁场基本方程与波动方程13

习题117

第2章 激光原理与技术19

2.1 光辐射量子理论基础19

2.1.1 热辐射19

2.1.2 黑体的经典辐射定律20

2.1.3 普朗克辐射公式23

2.1.4 光电效应24

2.1.5 爱因斯坦的量子解释25

2.1.6 康普顿效应27

2.2 光辐射产生的基本原理29

2.2.1 三种跃迁29

2.2.2 辐射与吸收之间的关系31

2.2.3 光谱线加宽及类型33

2.2.4 光与物质体系相互作用的量子解释36

2.3 激光产生的条件38

2.3.1 激光产生的必要条件38

2.3.2 激光产生的充分条件40

2.4 激光器的基本结构及激光模式43

2.4.1 激光器的基本结构43

2.4.2 谐振腔的限模作用51

2.4.3 激光模式51

2.5 高斯光束54

2.5.1 光线传输矩阵55

2.5.2 高斯光束的基本性质和q参数57

2.5.3 高斯光束的传输变换58

2.5.4 高斯光束的聚焦59

2.5.5 高斯光束的匹配62

2.5.6 高斯光束的准直63

2.5.7 高斯光束的自再现与稳定球面腔64

2.6 激光器的输出65

2.6.1 输出功率65

2.6.2 激光的输出特性66

2.7 激光单元技术67

2.7.1 激光调制技术67

2.7.2 激光调Q技术70

2.7.3 激光锁模技术74

2.7.4 激光选模技术74

2.7.5 激光稳频技术76

习题277

第3章 激光传输78

3.1 激光在大气中的传输78

3.1.1 大气分子的吸收78

3.1.2 大气分子的散射79

3.2 激光在介质中的传输80

3.2.1 光在介质分界面上的反射和折射80

3.2.2 光在单层介质膜上的反射82

3.2.3 光在非均匀介质中的传输83

3.2.4 光在晶体中的传输84

3.2.5 电光调制86

3.3 激光在光纤中的传输87

3.3.1 光纤的结构与种类87

3.3.2 光纤的传输特性89

3.3.3 光纤的损耗与色散93

习题396

第4章 光电探测技术97

4.1 光电探测的物理效应97

4.1.1 外光电效应97

4.1.2 内光电效应99

4.1.3 光热效应104

4.2 光探测器的性能参数和噪声105

4.2.1 光探测器的性能参数105

4.2.2 光探测器的噪声109

4.3 光电探测器的探测方式111

4.3.1 直接探测与外差探测的基本原理111

4.3.2 两种探测方式的性能分析112

4.4 光电探测器114

4.4.1 光电探测器的分类114

4.4.2 典型光电探测器115

习题4119

第5章 集成光波导理论和集成光子器件121

5.1 集成光波导理论121

5.1.1 平板波导的几何光学理论121

5.1.2 平板波导中的导行波122

5.1.3 波动理论分析方法124

5.1.4 耦合模理论129

5.1.5 光束传播法133

5.2 无源光波导器件136

5.2.1 光波导耦合器136

5.2.2 谐振环140

5.2.3 AWG波分复用器144

5.2.4 其他无源光波导器件146

5.3 有源光波导器件147

5.3.1 调制器147

5.3.2 光开关152

5.3.3 光波导放大器和激光器153

5.4 光波导主要工艺和材料简介155

5.4.1 光波导主要工艺155

5.4.2 光波导主要材料161

5.5 集成光波导的应用162

5.5.1 微波光子162

5.5.2 光子计算机164

5.5.3 光波导传感器165

习题5167

第6章 纳米光学168

6.1 纳米光学概述168

6.1.1 纳米光学本质168

6.1.2 纳米光学研究范畴168

6.2 纳米光学基础169

6.2.1 低维光波导理论169

6.2.2 倏逝波概念及性质170

6.2.3 金属的色散模型170

6.3 纳米光学器件172

6.3.1 光子晶体172

6.3.2 纳米介质光波导175

6.3.3 表面等离子激元概念及性质177

6.3.4 表面等离子激元器件及应用领域181

6.4 纳米成像技术184

6.4.1 超分辨荧光成像184

6.4.2 近场光学显微技术186

6.4.3 金属增强拉曼技术187

6.5 纳米制造技术189

6.5.1 基于“Top-down”工艺的纳米制造技术189

6.5.2 基于“Bottom-up”工艺的纳米制造技术189

6.5.3 亚波长光刻技术190

习题6192

第7章 光电子技术应用实例193

7.1 光电成像器件193

7.1.1 CCD图像传感器193

7.1.2 CMOS图像传感器194

7.1.3 红外焦平面阵列196

7.1.4 图像增强器197

7.2 平板显示器件199

7.2.1 液晶显示200

7.2.2 等离子体显示板204

7.3 光存储器件207

7.3.1 光存储器概述207

7.3.2 光盘存储器的工作原理210

7.3.3 光盘存储技术的发展214

7.4 光纤通信技术217

7.4.1 光纤通信的发展过程217

7.4.2 光纤通信技术的特点218

7.4.3 光纤通信技术的种类218

7.4.4 光纤通信与光电子器件220

7.5 光生伏特器件227

7.5.1 硅光电二极管228

7.5.2 硅太阳能电池231

习题7234

参考文献235