光电子技术入门

NanoPorousMaterialsGroup光电子技术入门前言第一章绪论1.1我们的生活与光电子技术1.2光电子技术和器件1.3日益进步的光电子技术NanoPorousMaterialsGroup第二章光电子技术中有关光的基础知识2.1对光的基本属性—波粒二重性的认识2.2光是一种电磁波2.3光传播的的一些基本现象2.3.1反射、全反射、折射2.3.2偏振2.3.3干涉和衍射2.3光也可以是一种粒子—光子2.4光电子的传播NanoPorousMaterialsGroup第3章固体介质和基本光电子现象3.1光学晶体结构3.2光在固体介质中的传播速度和方向3.3晶体中的光电子能带模型3.4半导体的电子能级3.5半导体中的基本光电子现象NanoPorousMaterialsGroup第四章发光和光电变化的机理4.1自发发光的各种类型4.2光的吸收与发射4.3光电效应和受激发光4.4非线性光电效应NanoPorousMaterialsGroup第五章电光现象与发光图像显示器件5.1发光二极管5.1.1半导体光源的物理基础5.1.2发光二极管的工作原理及结构5.1.3发光二极管的特性及应用5.2液晶显示(Liquidcrystaldisplay,LCD)5.2.1液晶显示的原理和特性5.2.2液晶显示原理和显示器基本构造5.2.3液晶显示器的应用5.3阴极射线显像管(cathoderaytubeCRT)5.3.1阴极射线显像管的基本结构与工作原理5.3.2阴极射线显像管的的特性和应用5.4等离子体显示板(plasmadisplaypanel,PDP)NanoPorousMaterialsGroup5.4.1等离子体显示板的工作原理5.4.2等离子体显示板的特性和应用5.5其它显示技术5.5.1投影显示5.5.2电致变色显示5.5.3电泳显示NanoPorousMaterialsGroup第六章激光与激光器6.1激光的形成和基本特征6.2不同工作物质的激光器6.2.1固体激光器6.2.2气体激光器6.2.3液体（有机染料）激光器6.3几种不同结构的半导体激光器6.3.1同质结半导体激光器6.3.2异质结半导体激光器6.3.3条形激光器6.3.4量子阱半导体激光器6.4激光和激光器的主要应用NanoPorousMaterialsGroup第七章光电变换和光电器件7.1光电转换的几个基本效应7.1.1光电和光热转化的物理基础7.1.2外光电效应—光电发射效应7.1.3内光电效应7.2太阳能电池（光伏电池）7.2.1太阳能电池的原理与结构7.2.2太阳能电池的特性和应用7.3光敏二极管（PD)7.3.1光敏二极管的工作原理和结构7.3.1光敏二极管的特性及应用7.4其它光敏管7.4.1PIN管7.4.2雪崩光敏二极管7.4.3光敏三极管7.4.4光电倍增管7.4.5热释电效器件NanoPorousMaterialsGroup第八章光的传输和光纤技术8.1光纤的基本知识8.1.1光的传输暨光通信的发展8.1.2光纤的结构与分类8.1.3光纤的结构参数8.2光纤的传播特性8.2.1光线在光纤中的传播8.2.2光在光纤中的传播模式8.2.3光纤内光的传播速度8.3光纤使用的影响因素—损耗和色散8.3.1光纤的损耗特性8.3.2光纤的色散特性8.4光纤的应用特点8.4.1应用背景8.4.2光纤应用的特点NanoPorousMaterialsGroup第九章光信息技术应用举例9.1激光印刷9.1.1激光打印机9.1.2静电复印和激光印刷9.2光盘存储9.2.1光盘存储的类型和特点9.2.2光盘存储的工作原理9.2.3光盘存储系统9.3全息技术9.3.1全息摄影和全息图像9.3.2全息技术的应用9.4摄像机和数码相机9.4.1电视信号光电传播模式9.4.2光电导摄像机9.4.3CCD摄像机和数码相机9.4.4摄像测量NanoPorousMaterialsGroup9.5激光通信9.5.1光纤通信9.5.2大气传输光通信9.5.3卫星激光通信9.5.4水下通信9.6激光在工业加工和其它方面的应用9.6.1激光打孔9.6.2激光切割9.6.3激光焊接9.6.4激光热处理9.6.5激光测距、激光雷达9.6.6激光应用的新探索NanoPorousMaterialsGroup参考文献滨川圭弘，西野种夫光电子学北京科学出版社2002.2明海，张国平，谢建平光电子技术合肥中国科技大学出版社1998.13.朱京平光电子技术基础北京科技出版社2003.94.郭培源，梁丽光电子技术基础教程北京航空航天大学出版社2005.95.（日）稻场文南，永井淳等光电子技术入门北京机械工业出版社1991.16.安毓英，刘继芳，李庆辉光电子技术北京电子工业出版社2004.77.杨小丽光电子技术基础北京北京邮电大学出版社2005.28.张永林，狄红卫光电子技术北京高等教育出版社2005.59.杨永才，何国兴，马军山光电信息技术上海东华大学出版社2002.810.缪家鼎，徐美娟，牟同升杭州浙江大学出版社1995.311.潘英俊，邹建光电子技术重庆重庆大学出版社2000.712.彭吉虎，吴伯瑜光纤技术及应用北京：北京理工大学出版社1995.613.石顺祥，过已吉光电子技术及其应用重庆：电子科技大学出版社1994.1114.傅竹西固体光电子学合肥中国科技大学出版社1999.115.汤定元，糜正瑜光电器件概论上海上海科技文献出版社1989.10NanoPorousMaterialsGroup前言光电子技术作为一门研究光与物质相互作用而发展起来的新兴学科，已经成为现代科学的一个极为重要的组成部分，以光电子技术为基础的光电信息技术是当前最活跃的技术之一。NanoPorousMaterialsGroup众所周知，光电子技术已渗透到各行各业，它已在科学技术、军事装备、工农业生产、交通、邮电、天文、地质、医疗、卫生等国民经济各个部门发挥着重要的作用，在我们的日常生活中也到处可见光电子技术的应用。人们认为，它对国民经济各个领域的影响是很深远的，它所产生的经济效益远远超过光电子产业本身的产值NanoPorousMaterialsGroup众所周知，光电子技术已渗透到各行各业，它已在科学技术、军事装备、工农业生产、交通、邮电、天文、地质、医疗、卫生等国民经济各个部门发挥着重要的作用，在我们的日常生活中也到处可见光电子技术的应用。人们认为，它对国民经济各个领域的影响是很深远的，它所产生的经济效益远远超过光电子产业本身的产值NanoPorousMaterialsGroup什么是光电子技术？光电子技术是研究从红外波、可见光、紫外光、x射线直至Y射线波段范围内的光波电子技术，是研究运用光子和电子的特性，通过一定媒介实现信息与能盘转换、传递、处理及应用的科学。人们认为，光电子技术是光学和电子学发展的高级阶段，也是高技术领域内的先导和核心以光电子学为理论基础，以光电子元、器件为主体，综合利用光、电、机、计算机和材料技术，以实现具有一定功能的而且实用的仪器、设备和系统。和电子技术相比，光电子技术具有频谱宽、信息容量大、传输速度快、抗电磁干扰熊力强的特点。NanoPorousMaterialsGroup光电子技术以其独特的优点—具有极快的响应速度、极大的颇宽与信息容；高的信息效率推动着信息科学技术的发展，具有越来越强的竞争力。光电信息产业已成世纪最具有代表意义的主导产业。现代信息技术的发展和科技进步需要培养一大批掌握光电子技术的专才，也迫切需要普及光电子技术方面的知识，本着这样的宗旨我们开设了这门《光电子技术入门》的课程。NanoPorousMaterialsGroup第一章绪言1.1光电子技术与我们的生活从手中的移动电话到家里电视机、到办公场所的电话、电脑、打印机、复印机、传真机，这些都是光电子技术的产品光电子技术的产品都离不开光学技术和电子学技术，因此是光学技术和电子学技术密切结合的产物。首先来说说光和光学。我们的生活离不开光和光学，地球上可采集的99.98%能源都来自太阳（光）能。光不仅给了我们生存的能源，同时也是诸多信息的载体。从物质的角度看光是一种频率范围很广的电磁波，但我们人类肉眼所能感受到的光，其波长仅局限在称为可见光的极狭窄的范围内。一门称之为光学的学科正是为此而形成和发展起来。NanoPorousMaterialsGroup光学是物理学的一个分支。光学是以我们人类具有的视觉作为出发点，把观察到的物体的明暗和颜色、空间图像等各种各样的光现象加以正确采集、探索和总结，进而记录、再现和显示等发展而来的。经典光学以电磁辐射本身为研究对象，近代科学技术的发展使光与物质的相互作用成为更重要的研究内容。今天的光学已渗透到我们生活的每一个细节，渗透到各个科学技术与应用领域，成为一门蓬勃发展的新兴技术，并产生了无数的对我们生活来说难以或缺的用品，不少分支已形成相当规模的新兴产业。NanoPorousMaterialsGroup再看电和电子学。我们与电和电子学密不可分。与光学不同得是电子学并不能直接来自人类感官（如视觉）的感觉，而是应用我们人类知识活动所产生和积累的这种称为电磁学的学科体系，从19世纪末期开始酝酿建立的。从20世纪中叶的1949年晶体管诞生起，电子学和电子技术开始了具有革新意义的飞跃。与光学相同，电子学也是建立在电磁学的基础上发展起来的。电波的波长比可见光长得多，且具有相干性，电子学在实际应用上已形成了大容量的信息传输、信息处理、信息记忆和数据演算等强大的技术体系。今天，电子学的发展使我们人类的生活的质量和生产的效率的提高产生了难以估量的飞跃。NanoPorousMaterialsGroup这两领域中各自的优点，互相结合和吸收就可以实现更为优异性能和具有更新的和更广泛的效能——于是光电子学及相应的光电子技术逐渐形成了，光电子学是光学与电子学相结合的产物。上世纪60年代前，光学和电子学基本上是两门独立的学科。60年代激光的出现，人们对光与物质相互作用过程的研究呈现出了空前活跃的状态，导致了半导体光电子学、导波光学、非线性光学等一系列新学科的涌现。经过几代人的努力，不仅光电子学和光电子技术得到了广泛和深入地发展，还发明和产生了大量服务于我们人类的先进的光电子器件和产品。到了70年代光纤、半导体激光器和接收光元件等的生产技术有了惊人的进步，加速了光电子学的发展，其潜力大大地出乎当时人们的预料之外。NanoPorousMaterialsGroup我们的工作和生活生活可清楚地看到光电技术：移动电话、电脑和电视机等的显示屏是光电器件，用到的是光电显示技术；传真机、复印机、扫描仪及自动照相机等，的关键部件是光电传感器，用到的是光电子转换技术；电话机和电讯网络中进行长距离的对话和信息交流的载体—光纤也是光电子产品，用到的是光纤、激光等一系列复杂的光电子技术；CD和光盘的高密度信息记录涉及到的是激光存储、传输等光电子技术；利用光的双向传输性，光电子技术能将图像、影像信息相互进行通信的可视化电视多媒体等应用领域，构筑了使用光纤通信以及卫星通信的信息高速公路，通过局域网和互联网编织成了全球通信网。在能源危机日益威胁到我们人类生存和发展的今天，太阳能光电池提供了化解这一危机的新的出路，太阳能电池作为光电子技术及其产品，正日益显现出其巨大的生命力。NanoPorousMaterialsGroup1.2光电子技术和器件除了许多在我们日常生活中存在的光电子技术的应用和响应的光电子器件，实际上从光电子技术研究初期开始,人们特别更多考虑的是军事及武器方面的应用，为此投入大量的人力、物力和财力。20世纪50年代末，美军将光电探测