光电系统分析与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[南非] 科尼利厄斯·J·威勒斯(Cornelius 著

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店铺： 文轩网旗舰店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118101249

商品编码：10017257117

出版时间：2015-07-01

现代信息时代的基石：光电系统分析与设计 本书聚焦于当前信息技术与能源领域的核心技术——光电系统。 它并非一本枯燥的理论教科书，而是一本深度融合了基础物理原理、前沿工程实践与系统化设计方法的综合性指南。本书旨在为读者提供一个清晰、全面且深入的视角，理解光电系统如何从基础的电磁波与半导体物理出发，演化为支撑现代通信、显示、传感乃至可再生能源技术的关键基础设施。 第一部分：光电基础与器件物理 本书的开篇奠定了坚实的理论基础。我们首先回顾了电磁波的传播特性及其在介质中的相互作用，特别是光波在不同材料界面上的反射、折射、衍射与散射规律。随后，我们将焦点转向半导体物理，这是所有现代光电器件的物质基础。 晶体结构与能带理论的重温： 我们详细探讨了晶格振动、载流子输运机制，并深入解析了直接带隙与间接带隙半导体的内在区别及其对光吸收和光发射效率的影响。特别地，对费米能级、本征载流子浓度以及掺杂对材料电学特性的调控进行了细致的数学建模。 核心光电器件的物理机制： 本部分是全书的技术核心之一。我们摒弃了对基本二极管的简单描述，转而深入剖析了高性能光电器件的内部工作原理。 1. 光发射器件（LEDs与激光器）： 详细阐述了PN结、异质结、量子阱结构（Quantum Well）在提高发光效率方面的关键作用。对于激光器，本书侧重于分析阈值电流的确定、腔体设计（Fabry-Perot vs. DFB）对线宽与稳定性的影响，以及注入电流对光束质量（如M²因子）的动态控制。我们展示了如何通过精确控制材料生长参数来优化载流子复合效率。 2. 光探测器件（光电二极管与光电倍增管）： 重点解析了光电导型与光伏型探测器的响应速度限制因素，包括传输时间限制与RC时间常数限制。对于雪崩光电二极管（APD），我们深入探讨了倍增系数的随机性及其对信噪比（SNR）的影响，并给出了在不同噪声环境下优化工作点的方法。 第二部分：光通信与光互连技术 随着数据速率的爆炸式增长，光通信已成为信息传输的主干道。本部分将光电器件的应用推向系统层面，探讨如何高效、可靠地传输信息。 调制技术与传输损耗分析： 我们不满足于传统的强度调制，而是详细分析了相干通信中使用的相位调制（如QPSK, 16QAM）和偏振复用技术。在光纤信道方面，本书对标准单模光纤（SMF）和色散补偿光纤（DCF）的损耗谱、瑞利散射、受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）等非线性效应进行了量化分析，并提供了系统设计中规避这些限制的工程策略。 光纤放大器与信号再生： 详细对比了铒掺杂光纤放大器（EDFA）的增益平坦化技术、泵浦波长选择对噪声系数的影响。对于长距离传输，我们引入了光电混合再生与全光再生（如受激四波混频SBS）的原理，评估其在提高跨距和容量上的潜力与挑战。 光电集成与光互连： 现代系统对小型化和高密度集成提出了更高要求。本书讨论了硅光子学（Silicon Photonics）作为主流集成平台的技术路线，包括如何利用SOI（Silicon-on-Insulator）结构制造高性能的MZI调制器、环形谐振器滤波器和高速光电探测器。针对数据中心内部的短距离互连，我们分析了垂直腔面发射激光器（VCSEL）阵列在并行光互连中的应用优势与散热挑战。 第三部分：先进成像、传感与显示系统 光电技术在感知世界方面展现出强大的能力。本部分关注如何利用光电转换的精度来实现高分辨率成像和精确测量。 图像传感器技术： 深度剖析了CCD与CMOS图像传感器的工作原理差异。对于CMOS传感器，重点分析了全局快门（Global Shutter）与卷帘快门（Rolling Shutter）的成像差异，以及背照式（Backside Illumination, BSI）技术如何显著提高量子效率（QE）。我们还探讨了多光谱与高动态范围（HDR）成像技术中，信号处理链对最终图像质量的关键影响。 光电测量与光谱分析： 在精密测量领域，本书介绍了基于干涉原理的光纤传感器，如法布里-珀罗（FP）传感器在应变和温度监测中的应用。对于光谱仪设计，我们详细分析了衍射光栅的色散特性、焦平面阵列探测器的均匀性校准方法，以及如何设计傅里叶变换光谱仪（FTS）以实现高分辨率测量。 平板显示技术： 液晶显示器（LCD）与有机发光二极管显示器（OLED）是当前市场的主流。本书对比了两者的驱动电路设计、像素结构（如TFT背板）、色彩表现能力（色域覆盖）以及寿命问题。对于OLED，我们深入研究了器件效率、烧屏现象的物理根源以及先进的电荷注入层设计策略。 第四部分：光伏与能源转换系统设计 作为清洁能源的核心技术，光伏系统的设计已不再是简单的电池板堆叠，而是一个复杂的电气与光学耦合问题。 太阳电池物理与效率极限： 本部分从Shockley-Queisser极限出发，解释了单结电池的理论效率瓶颈。我们详细分析了钝化发射极背面接触（PERC）电池、异质结电池（HJT）以及叠层电池（Tandem Cells）如何通过优化表面复合、减小串联电阻和拓宽吸收光谱来突破传统界限。 光伏系统集成与优化： 系统的性能高度依赖于功率管理。本书详细介绍了最大功率点跟踪（MPPT）算法的实现，包括扰动与观察法、增量电导法，并分析了在快速变化的辐照度下，不同算法的动态响应特性。此外，我们还探讨了光伏逆变器的拓扑结构（如DC/DC升压级和DC/AC逆变级）选择，以及电网并网所需的谐波抑制与电能质量控制技术。 本书通过大量的工程实例、系统框图和关键参数的计算方法，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”，从而在光电领域的设计、研发与实施中具备扎实的工程能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《光电系统分析与设计》对我来说，就像是一张藏宝图，指引着通往未知科技奥秘的路径。我对书中“分析”的部分充满了好奇，特别是那些能够帮助我理解系统“为什么”如此运作的解释。我希望它能深入探讨光在不同介质中的传播特性，例如衍射、干涉、折射等基本光学原理，以及它们在光电系统中的具体应用。我渴望了解如何通过数学模型和仿真来预测一个光电系统的性能，例如在不同光照条件下的成像质量，或者在强电磁干扰下的信号稳定性。同时，在“设计”的部分，我希望能看到关于如何根据具体应用场景选择合适的元器件，比如如何挑选最适合的激光器来满足特定的波长和功率要求，或者如何选择最灵敏的光电探测器来捕捉微弱的信号。我特别希望书中能包含一些关于系统集成和调试的经验分享，因为我知道，理论设计转化为实际产品往往充满挑战。能够从书中学习到如何构建一个稳定、高效且可靠的光电系统，是我最大的期待。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开《光电系统分析与设计》这本书时，我首先被它严谨的学术风格所吸引。虽然我并非光电领域的专业人士，但书中的每一句话都透露出作者深厚的功底和对知识的尊重。我尤其关注的是书中对于“分析”和“设计”两个关键词的解读。在“分析”方面，我期待能看到系统性的方法来拆解复杂的光电系统，理解其各个子模块的功能、性能指标以及它们之间的耦合关系。例如，对于一个典型的成像系统，我希望能理解为什么需要特定的镜头设计，为什么需要特定的探测器类型，以及如何通过数学模型来量化其分辨率、信噪比等关键参数。而在“设计”层面，我更加期待的是能够学习到如何从零开始构建一个满足特定应用需求的光电系统。这可能涉及到权衡各种技术选择，考虑成本、功耗、体积等限制因素，并最终形成一套完整的技术方案。我希望书中能提供一些实用的设计指南或流程，让读者能够循序渐进地掌握设计光电系统的基本技能。此外，我对书中关于仿真工具和实验验证的章节也充满期待，因为我相信理论与实践的结合是掌握任何复杂技术的核心。

评分☆☆☆☆☆

我怀着极大的兴趣拿起《光电系统分析与设计》这本书，主要是被其“分析与设计”这一核心主题所吸引。在我看来，理解一个系统是如何被分析和设计的，是掌握其本质的关键。我期待书中能够详细介绍分析光电系统时所需要的基本工具和数学方法，例如傅里叶光学、惠更斯原理等，以及如何利用这些工具来理解光波的行为和系统的响应。在设计方面，我希望能够学习到如何根据不同的应用需求，例如遥感、通信、测量等，来选择合适的光电技术和器件，并进行有效的系统配置。我特别关注书中对于权衡各种设计参数的讨论，例如在提高分辨率的同时，如何不牺牲信噪比；在减小体积的同时，如何保证系统的可靠性。能够从书中学习到一些通用性的设计原则和流程，并了解不同设计方案的优劣，将对我理解和创新光电系统产生深远的影响。

评分☆☆☆☆☆

《光电系统分析与设计》这本著作，对于我这样渴望理解现代科技基石的读者来说，无疑是一本极具吸引力的读物。我最感兴趣的莫过于书中关于“系统”的整体性阐述。光电系统并非孤立的器件堆砌，而是各个组成部分协同工作的复杂集合。因此，我期望书中能详细讲解如何从宏观角度审视一个光电系统，理解其功能目标，并将其分解为可管理的子系统。在此基础上，我希望能够深入理解不同子系统之间的接口和交互，例如光学通路如何与电信号处理通路相结合，以及如何通过反馈机制来优化整体性能。我尤其关注书中对于系统性能指标的定义和量化，例如分辨率、灵敏度、带宽、稳定性等，以及如何通过分析和设计来达到这些指标的要求。此外，我还希望能看到一些关于常见光电系统设计的经典案例，例如早期的相机系统、现代的光学测量仪器，甚至是更前沿的无人机载光电探测系统，通过这些实例来学习其设计思路和技术演进。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题是《光电系统分析与设计》，光是这个名字就足以勾起我内心深处对科技探索的渴望。我一直对光电技术在现代社会中的广泛应用充满好奇，从智能手机的摄像头到先进的医疗诊断设备，再到复杂的航空航天系统，光电技术无处不在，扮演着至关重要的角色。然而，我一直缺乏一个系统性的途径来理解这些精妙设计的背后原理。这本书的出现，似乎为我打开了一扇通往这个神秘领域的大门。我期望它能深入浅出地讲解光电系统的基本构成，比如光源、探测器、光学元件以及它们之间的相互作用。更重要的是，我希望这本书能详细阐述分析和设计光电系统时所需要遵循的方法论和流程，包括如何根据具体需求选择合适的技术方案，如何进行性能预测和优化，以及如何应对实际工程中可能遇到的各种挑战。我尤其希望能看到书中对于不同类型光电系统的具体案例分析，比如激光雷达、图像传感器、光纤通信等，通过这些实例来加深对理论知识的理解。总之，我期待这本书能够满足我对于光电系统从理论到实践的全面认知需求，让我能够更清晰地看到这些“看不见”的技术如何塑造着我们的世界，并激发我进一步学习和探索的兴趣。