光电信息技术是由光学、光电子、微电子等技术结合而成的多学科综合技术,涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。光电信息技术广泛应用于国民经济和国防建设的各行各业。近年来,随着光电信息技术产业的迅速发展,对从业人员和人才的需求逐年增多,因而对光电信息技术基本知识的需求量也在增加。本书主要介绍光辐射、光传输、光调制和光电探测等的基本理论和方法,还介绍光电信息转换的物理基础、光电成像系统基础以及光电成像器件、光电存储和光电显示的基本技术和新技术。 本书可作为高等学校工科光电信息科学与技术类专业基础教材,也可作为电子信息类、测控技术与仪器、自动化、通信和应用物理等专业的高年级大学生的选修教材和研究生的参考书,也可供相关研究领域的教师和科研人员参考。

绪论1

第1章 辐射度和光度学基础14

1.1 辐射度学量与光度学量14
1.1.1 辐射度学的基本概念14
1.1.2 辐射度的基本物理量16
1.1.3 光度的基本物理量18
1.1.4 热辐射的基本物理量20
1.2 辐射度学与光度学中的基本定律21
1.2.1 基尔霍夫(Kirchhoff)定律21
1.2.2 朗伯(J. H. Lambert)余弦定律24
1.2.3 距离平方反比定律25
1.2.4 普朗克(Planck)定律27
1.2.5 斯蒂芬玻耳兹曼(StefanBoltzmann)定律32
1.2.6 维恩位移定律34
1.3 辐射能的传输基础34
1.3.1 辐射能传输的几何光学基础35
1.3.2 辐射能传输的波动光学基础38
1.3.3 辐射能在传输中的损失39
1.3.4 辐射在大气中的传输41
1.3.5 辐射在介质中的传输45
1.3.6 辐射在光波导中的传输50

习题57
参考文献59

第2章 光电信息转换的物理基础60

2.1 能带理论60
2.1.1 能带图 60
2.1.2 半导体统计学63
2.1.3 本征半导体与杂质半导体66
2.1.4 简併与非简併半导体69
2.1.5 外加电场中的能带图70
2.1.6 直接带隙半导体与间接带隙半导体71
2.2 非平衡态下的载流子74
2.2.1 产生与复合74
2.2.2 非平衡载流子寿命τ75
2.2.3 陷阱效应75
2.2.4 载流子的输运——扩散与漂移76
2.2.5 半导体对光的吸收78
2.3 PN结80
2.3.1 PN结原理80
2.3.2 PN结能带图90
2.4 半导体异质结与肖特基势垒92
2.4.1 半导体异质结92
2.4.2 肖特基势垒95
2.5 光电效应97
2.5.1 光电导效应97
2.5.2 光生伏**应103
2.5.3 光电发射效应105
2.5.4 温差电效应 108
2.5.5 热释电效应109
2.5.6 光子牵引效应110

习题110
参考文献111

第3章 光电成像系统基础112

3.1 光学元器件112
3.1.1 透镜元器件(成像)112
3.1.2 反射元器件(改变光的方向)120
3.1.3 其他元器件125
3.2 典型光学元件的物像关系128
3.2.1 几何光学的基本定律128
3.2.2 球面反射镜和透镜128
3.2.3 非球面镜136
3.3 光学系统的参数139
3.3.1 光阑和光瞳139
3.3.2 相对孔径和f/数140
3.3.3 视场和视场角141
3.4 像差简介141
3.5 光辐射的调制149
3.5.1 调制的基本原理149
3.5.2 调制信号的频谱151
3.5.3 调制盘155
3.5.4 光栅莫尔条纹调制158
3.5.5 电光调制162
3.5.6 声光调制166

习题169
参考文献170

第4章 光源与光电探测器171

4.1 光电信息技术中常用的光源171
4.1.1 光源的基本特性参数171
4.1.2 热辐射源 174
4.1.3 气体放电光源177
4.1.4 发光二极管182
4.1.5 激光器191
4.2 光电探测器的性能参数与噪声196
4.2.1 光电探测器的性能参数196
4.2.2 光电探测器的噪声201
4.3 光子探测器203
4.3.1 光电子发射探测器204
4.3.2 光电导探测器206
4.3.3 光伏探测器211
4.3.4 其他光子探测器简介218
4.4 热探测器220

习题227
参考文献230

第5章 光信息存储技术与光盘231

5.1 光盘及存储类型231
5.1.1 光盘存储类型231
5.1.2 光盘存储的特点232
5.2 只读存储光盘232
5.2.1 ROM光盘存储原理232
5.2.2 ROM光盘主盘与副盘制备233
5.2.3 ROM光盘“2P”的复制234
5.3 一次写入光盘235
5.3.1 一次写入方式235
5.3.2 写/读光盘对存储介质的基本要求235
5.3.3 WORM光盘的存储原理237
5.4 可擦重写光盘238
5.4.1 可擦重写相变光盘的原理239
5.4.2 可擦重写磁光光盘存储243
5.5 光盘衬盘材料245
5.5.1 光盘规格245
5.5.2 衬盘材料的选择246
5.6 光信息存储新技术247
5.6.1 持续光谱烧孔和三维光信息存储249
5.6.2 电子俘获光存储技术250
5.6.3 全息信息存储252
5.6.4 光致变色存储258

习题260
参考文献260

第6章 光电成像器件261

6.1 光电成像器件的基本特性261
6.1.1 光电成像器件的基本特性261
6.2 光电成像原理与电视摄像制式268
6.2.1 光电成像原理268
6.2.2 电视制式269
6.3 真空摄像管271
6.3.1 氧化铅视像管的结构271
6.3.2 其他视像管的靶结构简介272
6.3.3 摄像管的性能参数272
6.4 电荷耦合器件(CCD)275
6.4.1 电荷存储275
6.4.2 电荷耦合277
6.4.3 电荷的注入和检测278
6.4.4 CCD的特性参数281
6.4.5 电荷耦合摄像器件283
6.5 变像管和像增强管289
6.5.1 典型结构与工作原理289
6.5.2 性能参数290
6.5.3 像增强管的级联291

习题295
参考文献295

第7章 光电显示技术296

7.1 阴极射线管296
7.1.1 基本结构与工作原理296
7.1.2 主要单元297
7.1.3 CRT显示器的驱动与控制299
7.1.4 彩色CRT302
7.1.5 CRT的特点及应用306
7.2 液晶显示307
7.2.1 液晶的基本知识307
7.2.2 扭曲向列型液晶显示(TNLCD)311
7.2.3 超扭曲向列型液晶显示(STNLCD)315
7.2.4 有源矩阵液晶显示器件(AMLCD)317
7.3 等离子体显示320
7.3.1 气体放电基本知识321
7.3.2 单色等离子体显示322
7.3.3 彩色等离子体显示325
7.4 场致发光显示327
7.4.1 LED与无机LED327
7.4.2 OLED328
7.4.3 高场电致发光显示330
7.5 其他显示技术332
7.5.1 投影显示332
7.5.2 真空荧光显示333
7.5.3 电致变色显示334
7.5.4 电泳显示334
7.6 展望335

习题336
参考文献336

第8章 光电探测方式与探测系统337

8.1 双元探测方式337
8.1.1 双元探测方式337
8.2 四象限探测方式340
8.3 光机扫描探测方式345
8.4 线阵器件的探测方式349
8.4.1 输出二进像信号的工作方式350
8.4.2 输出灰度像的工作方式353
8.5 光学视觉传感器354
8.5.1 被动三维传感器354
8.5.2 主动三维传感器355
8.6 直接探测系统358
8.6.1 系统类型358
8.6.2 光电探测系统的指标360
8.6.3 直接探测系统361
8.6.4 直接探测系统的作用距离364
8.6.5 直接探测系统的视场369
8.7 相干探测方法373
8.7.1 相干探测原理374
8.7.2 相干探测的特点376
8.7.3 相干探测的空间条件和频率条件379