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第1章 光本性理论的发展1

1.1 早期学说1

1.1.1 经典粒子与波动1

1.1.2 光的微粒说1

1.1.3 光的波动说2

1.2 光的电磁理论2

1.2.1 电磁感应定律2

1.2.2 麦克斯韦电磁理论3

1.2.3 光的电磁理论4

1.3 光波的叠加与干涉5

1.3.1 光波的独立传播性5

1.3.2 光波叠加原理5

1.3.3 光波的相干条件6

1.4 相干性的进一步讨论7

1.4.1 复色场的复表示7

1.4.2 空间和时间相干度8

1.4.3 空间和时间相干度的测量9

1.5 早期光量子论及波粒二象性11

1.5.1 辐射与能量子概念11

1.5.2 光电效应与光量子概念13

1.5.3 康普顿散射和光量子性的进一步证实15

1.5.4 光的波粒二象性16

1.6 现代光量子理论简介17

1.6.1 矢量空间和线性算符17

1.6.2 一维谐振子20

1.6.3 电磁场的量子化23

1.6.4 相干光子态26

1.6.5 密度算符和量子分布29

1.6.6 量子光学简介32

第2章 光辐射与辐射源35

2.1 原子发光机理35

2.1.1 α粒子散射和原子的核式结构35

2.1.2 氢原子光谱和玻尔原子模型35

2.1.3 量子力学和原子发光38

2.1.4 光谱线的展宽45

2.2 自发辐射和普通光源48

2.3 激光的产生机理48

2.3.1 激光器的腔模概念49

2.3.2 激光产生的必要条件49

2.3.3 激光产生的充分条件52

2.4 激光的物理特性55

2.4.1 单色性与时间相干性55

2.4.2 方向性与空间相干性55

2.4.3 高阶相关56

2.4.4 高亮度56

2.5 激光器的工作特性简介56

2.5.1 超短脉冲特性56

2.5.2 频率稳定特性57

第3章 光传输与传输介质58

3.1 光线在均匀介质及介质界面的传输58

3.1.1 光线在均匀介质中的传输58

3.1.2 光线在介质界面的透射传输59

3.1.3 光线通过薄透镜的传输59

3.2 高斯光束的传输61

3.2.1 高斯光束及其特征参数61

3.2.2 高斯光束在自由空间的传输62

3.2.3 高斯光束通过薄透镜的传输62

3.3 平面介质波导的射线光学理论63

3.3.1 光线在介质界面的反射和折射63

3.3.2 光线在平板波导中的传播65

3.3.3 平板介质波导中的导波66

3.3.4 Goos-H？nchen位移和波导层的有效厚度66

3.4 平板波导的电磁理论基础68

3.4.1 麦克斯韦方程组的一般形式68

3.4.2 平板波导中的麦克斯韦方程组69

3.4.3 TE波场方程的解70

3.4.4 TE波的模和截止条件73

3.4.5 导波模的性质75

3.5 通道波导简介76

3.5.1 通道波导的种类76

3.5.2 矢量波方程77

3.5.3 标量方程近似及分离变量法78

3.5.4 标量方程的其他解法简介78

3.6 导波模耦合理论简介80

3.6.1 方向耦合基本概念80

3.6.2 耦合波方程81

3.6.3 耦合波标量方程82

3.6.4 标量方程的解84

3.6.5 周期波导85

3.6.6 波导模的传输87

3.7 半导体波导理论88

3.7.1 改变半导体折射率的方法88

3.7.2 半导体平板波导90

3.7.3 通道波导91

3.7.4 耦合效应93

3.7.5 半导体波导中的损耗95

3.8 波导理论的新进展97

3.8.1 非线性波导中二次谐波的产生97

3.8.2 光波导的非正交耦合模理论98

3.9 绝缘晶体波导器件100

3.9.1 方向耦合器100

3.9.2 平衡桥干涉仪和交叉波导开关101

3.9.3 干涉滤波器102

3.9.4 耦合模滤波器103

3.9.5 偏振选择装置104

3.9.6 透射光栅105

3.9.7 反射光栅106

3.9.8 电光光栅和声光光栅106

3.9.9 光栅耦合器107

3.10 半导体波导装置108

3.10.1 半导体被动波导装置108

3.10.2 半导体电光波导调制器112

3.10.3 半导体光电集成回路113

3.11 光波导应用举例113

3.11.1 平面集成光学RF谱分析仪113

3.11.2 波导芯片连接器114

3.11.3 通道波导A/D转换器115

3.11.4 导波光通信116

3.12 MOEMS简介117

3.12.1 衍射微透镜117

3.12.2 折射微透镜118

3.12.3 MEM系统118

3.12.4 光学扫描仪118

第4章 光电探测与探测器120

4.1 光电探测器性能概述120

4.1.1 响应率120

4.1.2 等效噪声功率121

4.1.3 探测率121

4.1.4 量子效率122

4.1.5 响应时间122

4.1.6 线性区122

4.1.7 噪声122

4.2 光探测器工作基础123

4.2.1 外光电效应124

4.2.2 光电导效应124

4.2.3 光生伏特效应125

4.2.4 光-热-电效应126

4.3 光电子发射型光电探测器126

4.3.1 光电倍增管的结构及工作原理127

4.3.2 光电倍增管的主要性能129

4.4 光电导型探测器130

4.4.1 光电导型探测器概述130

4.4.2 Hg1-xCdxTe光电导探测器的性能131

4.5 光伏型探测器133

4.5.1 光伏型探测器概述133

4.5.2 PN结光电二极管电流特性简介133

4.5.3 响应率与探测率136

4.5.4 噪声136

4.6 直接探测技术137

4.6.1 环境辐射137

4.6.2 直接探测中的噪声139

4.6.3 归一化探测率139

4.7 光相干探测技术140

4.7.1 光相干探测原理140

4.7.2 光相干探测的特性140

第5章 光电成像与成像系统142

5.1 光电成像系统概述142

5.2 图像探测器简介142

5.2.1 真空成像器件142

5.2.2 固体成像器件143

5.3 点扩展函数及基于点扩展函数的性能指标144

5.3.1 点扩展函数144

5.3.2 斯特列尔比145

5.3.3 圆围能量与空间频率的关系146

5.4 光学传递函数147

5.5 调制与调制传递函数148

5.5.1 调制148

5.5.2 调制传递函数148

5.6 光学系统的调制传递函数149

5.6.1 衍射极限的调制传递函数149

5.6.2 像差的影响149

5.6.3 离焦的影响150

5.7 光电成像系统简介150

5.7.1 非扫描光电成像系统简介150

5.7.2 扫描光电成像系统简介151

5.7.3 光学成像系统性能指标151

5.8 非扫描光电成像系统性能的进一步描述152

5.8.1 视场152

5.8.2 噪声与信噪比152

5.8.3 分段凝视或栅格扫描152

5.9 扫描光电成像系统性能的进一步描述153

5.9.1 扫描光电成像系统的工作原理153

5.9.2 扫描光电成像系统中的噪声153

第6章 光电统计理论概述154

6.1 随机变量154

6.1.1 随机变量及其分布函数154

6.1.2 随机变量的数学期望155

6.1.3 随机变量的矩156

6.1.4 高斯随机变量159

6.2 随机过程159

6.2.1 随机过程概述159

6.2.2 随机过程的谱161

6.2.3 实随机过程的复表示164

6.3 高斯随机过程167

6.3.1 实高斯随机过程和复高斯随机过程167

6.3.2 窄带高斯随机过程167

6.4 泊松随机点过程168

6.4.1 单重随机泊松点过程168

6.4.2 双重随机泊松点过程171

6.5 光源的统计描述173

6.5.1 非偏振光与部分偏振光173

6.5.2 激光175

6.6 光波传输的统计描述177

6.7 光探测的统计描述178

6.7.1 概述178

6.7.2 光电子发射概率与辐射光强的关系179

6.8 光电探测器噪声的统计描述182

6.8.1 热噪声182

6.8.2 散粒噪声185

6.8.3 产生-复合噪声186

6.8.4 温度噪声190

6.8.5 电流噪声190

参考文献192