高等学校通用教材：光电信息技术基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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江月松 等 著

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• 光电信息技术
• 光电子学
• 信息技术
• 高等教育
• 教材
• 通信工程
• 电子工程
• 光学
• 信号处理
• 传感器

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787810776622

版次：1

商品编码：10456132

包装：平装

开本：16开

出版时间：2005-12-01

用纸：胶版纸

页数：382

内容简介

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。《高等学校通用教材：光电信息技术基础》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。
《高等学校通用教材：光电信息技术基础》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。

目录

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�睟oltzmann）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
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 光生伏特效应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
习题381
参考文献382

前言/序言

　　光电信息技术以其极快的响应速度、极宽的频宽、极大的信息容量以及极高的信息效率和分辨率推动着现代信息技术的发展，从而使光电信息产业在市场的份额逐年增加。在技术发达国家，与光电信息技术相关产业的产值已占国民经济总产值的一半以上，从业人员逐年增多，竞争力也越来越强。为适应形势的发展需求，不少高等学校相继增设了光电信息类专业或院系，以改变光电信息类人才短缺的现实。基于这样的形势，作者为满足所在学校新增光电信息类专业的教学需求，在借鉴以前所编教材《光电技术与实验》（北京理工大学出版社，2000）经验的基础上编写了本教材。
　　本教材自成体系，比较全面系统地反映了光电信息技术所需的基本理论、基本系统和技术基础。全书分为3大部分：第1部分为第1章至第3章，可看作是光电信息技术的理论基础和工程基础内容。第1章和第2章介绍光信息辐射、传输和光电信息转换的物理理论基础，也可作为全书的理论基础；第3章介绍组成光电成像系统的工程基础。第2部分为第4章至第7章，可看作是光电信息技术中的单元技术介绍。第4章介绍光电信息技术中常用的光源和探测器；第5章至第7章分别介绍光电信息技术中的光电存储、光电成像器件和光电显示几个关键技术。第3部分为第8章，可看作是光电信息探测系统的介绍。该章作为前面单元技术的应用内容，介绍光电探测方式方法。各部分内容既相互联系又相互独立，教师可根据具体情况选用。
　　光电信息技术的繁荣带来了教学科研及教材建设的繁荣，近年来出现了许多这方面的优秀教材，使得作者在编写过程中有幸加以参考，并根据本教材体系的需要选编了一些优秀的内容，对所引用内容的出处，在每一章后均以参考文献形式给出。作者在此表示深深的谢意！
　　感谢北京航空航天大学电子信息学院领导和李铮教授的鼓励和支持，以及校教务处和电子信息学院老师的许多帮助。
　　因时间仓促，书中会有不当之处，殷切希望广大读者给予批评指正！
　　作者
　　于北京航空航天大学

《光电信息技术基础》 导言 信息技术浪潮席卷全球，深刻地改变着人类的生活方式、生产模式和社会结构。在这场波澜壮阔的变革中，光电信息技术扮演着至关重要的角色。它以光为载体，以电信号为桥梁，实现了信息的传输、处理、存储和显示，为信息社会的构建提供了坚实的技术支撑。本书旨在为读者系统地介绍光电信息技术的基本原理、核心概念、关键技术及其在各领域的广泛应用。我们力求在内容上既有理论深度，又不失实践指导意义，让读者能够建立起对光电信息技术全面的认知体系。 第一部分：光的基本性质与应用 在深入探讨光电信息技术之前，理解光的本质是必不可少的。本部分将从光的波动性和粒子性这两个核心概念入手，阐述光的传播、干涉、衍射、偏振等基本光学现象。我们将通过生动的图示和实例，帮助读者直观地理解这些看似抽象的光学原理。 光的波动性： 介绍光的电磁波本质，讲解光的频率、波长、光速等基本参数，并引出光作为信息载体的重要性。我们将探讨夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射，揭示光在遇到障碍物或孔径时发生的偏离直线传播的现象，以及这些现象如何被应用于光学器件的设计和制造。 光的粒子性： 介绍光子概念，以及光电效应的原理，如光子能量与电子逸出功的关系。爱因斯坦的光量子理论是理解光电转换过程的关键，本书将对此进行详细阐述。 光的干涉： 讲解双缝干涉、多缝干涉等经典实验，以及相干光的重要性。读者将了解干涉条纹的形成条件和规律，并认识到干涉现象在测量、成像等领域的应用，例如全息技术。 光的衍射： 深入分析光的衍射原理，包括单缝衍射、圆孔衍射等，以及衍射光栅在光谱分析中的作用。我们将探讨衍射如何影响成像质量，以及如何通过设计光学系统来优化衍射效应。 光的偏振： 解释光的偏振状态，包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振，并介绍产生和检测偏振光的方法，如使用偏振片和波片。偏振在液晶显示、光学传感等领域有着不可替代的应用。 激光的原理与应用： 激光作为一种特殊的相干光源，在光电信息技术中占据着核心地位。本书将详细介绍激光的产生机制，包括受激辐射、粒子数反转和谐振腔等关键要素。同时，我们将深入探讨激光的单色性、方向性和相干性等优异特性，以及其在光通信、光存储、精密测量、医疗美容、工业加工等领域的广泛应用。 第二部分：光与物质的相互作用 光与物质的相互作用是光电信息技术实现各种功能的基础。本部分将重点阐述光与不同物质相互作用时产生的各种现象，以及这些现象在信息采集、转换和处理中的应用。 光的吸收与发射： 讲解物质对光的吸收和发射过程，以及能级跃迁的概念。我们将介绍荧光和磷光现象，以及它们在发光材料和显示技术中的应用。 光的折射与反射： 详细阐述光的折射定律（斯涅尔定律）和反射定律，以及它们在透镜、棱镜等光学元件中的应用。我们将分析光在不同介质界面上的行为，以及这些行为如何被用于光路的操控。 光电导效应： 介绍半导体材料在光照下导电性增强的现象。本书将深入分析光电导材料的结构、性质和工作原理，并探讨其在光探测器、光传感器和光电器件中的应用。 光伏效应： 讲解半导体PN结在光照下产生电动势的现象。我们将详细介绍太阳能电池的工作原理，包括光生载流子的产生、分离和收集过程，并分析影响太阳能电池效率的因素。 光致变色材料： 介绍在光照作用下颜色发生可逆变化的材料。我们将探讨这类材料的分子结构和变色机理，以及其在智能窗户、防伪标识和光学存储等方面的潜在应用。 非线性光学效应： 讲解在强光作用下，物质的光学性质发生非线性的变化。我们将介绍二次谐波产生、三阶非线性效应等，并讨论这些效应在光开关、光调制和光参量放大等前沿技术中的应用。 第三部分：光电转换器件与系统 光电转换是将光信号转换为电信号，或将电信号转换为光信号的关键环节。本部分将聚焦于各类光电器件的工作原理、性能特点以及它们如何构成复杂的光电信息系统。 光电探测器： 详细介绍各种类型的光电探测器，包括光电二极管、光电倍增管、CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器等。我们将分析它们的响应速度、灵敏度、量子效率等关键参数，以及它们在光信号检测、图像采集和测量中的应用。 发光器件： 重点介绍LED（发光二极管）、OLED（有机发光二极管）等发光器件的原理和结构。我们将探讨它们的发光机理、颜色调控、效率提升以及在显示、照明领域的革命性影响。 光调制器： 讲解用于改变光信号的幅度、相位或偏振状态的光调制器。我们将介绍电光调制器、声光调制器等，并阐述它们在光通信、光信号处理中的作用。 光开关与光继电器： 介绍能够通过光信号控制另一路光信号的开启或关闭的器件。我们将分析光开关的工作原理，以及它们在光网络和光逻辑门中的应用。 光纤与光传输系统： 详细阐述光纤的结构、工作原理和光在光纤中的传播方式（全反射）。我们将介绍单模光纤和多模光纤的区别，以及光纤通信系统中的关键组成部分，如光源、调制器、光纤和光探测器，并分析其在高速、大容量信息传输中的优势。 集成光电子器件： 介绍将多种光电器件集成在同一基底上的技术，如波导、调制器、探测器等。我们将探讨集成光电子学的挑战与机遇，以及其在构建小型化、高性能光电信息系统中的重要性。 第四部分：光电信息处理与应用 光电信息技术不仅仅是信息的传输，更重要的是对信息进行高效的处理和智能的应用。本部分将探讨光信息处理的基本方法和在各领域的实际应用。 光学信息处理： 介绍利用光学系统对信息进行处理的方法，如傅里叶光学、光学相关器等。我们将分析光学处理的并行性和高速性优势，以及其在模式识别、图像处理和计算中的应用。 全息术与全息存储： 详细介绍全息干涉原理，以及全息图的记录和再现过程。我们将探讨全息技术在三维成像、信息存储和防伪技术中的应用潜力。 光存储技术： 介绍基于光盘（CD、DVD、Blu-ray）和未来可能的光存储技术。我们将分析激光在光存储中的作用，以及数据记录和读取的原理。 光计算： 探讨利用光子进行信息计算的原理和发展前景。我们将分析光计算在处理特定类型问题（如矩阵运算）的优势，以及其在人工智能和大数据分析中的潜在应用。 光电传感技术： 介绍利用光与被测对象相互作用来获取信息的传感器。我们将探讨光纤传感器、激光雷达（LiDAR）、机器视觉等技术在环境监测、工业自动化、自动驾驶和医疗诊断等领域的应用。 光通信系统： 深入分析光通信系统的组成、工作流程和关键技术，包括波分复用（WDM）、光放大器、光交换等。我们将强调光通信在现代互联网基础设施中的核心作用。 光电显示技术： 详细介绍液晶显示（LCD）、LED显示、OLED显示等主流显示技术的原理、优缺点和发展趋势。我们将分析像素、背光源、色彩管理等关键技术。 光电医疗技术： 探讨光电技术在医疗健康领域的应用，如激光手术、光动力疗法、光学相干断层扫描（OCT）、生物传感器等。 光电在人工智能与机器学习中的应用： 展望光电技术如何赋能人工智能，例如使用光学神经网络进行快速计算，以及通过光传感器获取更丰富的数据。 结论 光电信息技术以其独特的光学原理和强大的信息处理能力，正在深刻地改变着我们的世界。从高速通信到精密测量，从智能显示到前沿医疗，光电技术的身影无处不在。本书的编写旨在为读者提供一个坚实的基础，激发他们对这一充满活力的领域的兴趣，并为未来的学习和研究奠定良好的基石。我们希望通过本书，读者能够认识到光电信息技术的无限潜力，并为推动其进一步发展贡献自己的力量。

评分☆☆☆☆☆

《光电信息技术基础》这本书，给我最大的感受就是其严谨又不失趣味的讲解方式。作为一本教材，它在知识的系统性和逻辑性上做得非常出色，但又避免了教科书的刻板印象。它采用了一种循序渐进的教学思路，从最基本的光的性质讲起，逐步深入到光与物质的相互作用，再到各种光电器件的工作原理和应用。书中穿插了大量的图示和实例，使得原本抽象的理论变得直观易懂。例如，在讲解光电耦合器时，书中不仅解释了它的工作原理，还列举了它在隔离电路、信号传输等方面的实际应用，让我能够立刻理解这个技术的重要性。更值得一提的是，书中对光学传感器的介绍，从各种传感器的类型、工作机制，到它们在环境监测、工业自动化等领域的应用，都做了翔实的描述，让我感受到了光电技术在解决实际问题中的强大力量。阅读这本书，不仅增长了知识，也培养了我对这个领域的兴趣，让我觉得学习光电技术是一件充满探索乐趣的事情。

评分☆☆☆☆☆

在众多科技类书籍中，《光电信息技术基础》无疑是一本非常出色的入门读物。它最大的优点在于其内容的广度和深度适中，既涵盖了光电信息技术的核心概念，又不会过于专业化，让非相关专业的读者也能够轻松理解。书中对光的本质、光与物质的相互作用、光电转换等基础知识进行了详细阐述，这为理解更复杂的技术打下了坚实的基础。我尤其喜欢其中关于光信号处理的部分，它清晰地解释了如何通过光学手段对信息进行编码、传输和解码，这对于理解现代通信系统至关重要。书中还涉及了图像传感器、光学测量技术等实际应用，通过这些例子，读者可以直观地感受到光电技术在日常生活和工业生产中的重要作用。例如，书中对数码相机像素如何捕捉光线成像的讲解，就非常形象生动，让我对手机拍照的原理有了更深的认识。总的来说，这本书提供了一个非常全面且易于理解的视角来认识光电信息技术，是想要涉足这个领域的朋友们不可多得的选择。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的把我对“光电”的认知颠覆了。我原以为它只是关于激光、LED 之类的，但深入阅读后才发现，它的内涵远不止于此。书中对光学的物理基础做了深入浅出的介绍，从光的波动性、粒子性，到偏振、衍射，这些基础概念的讲解，一点也不枯燥，反而让我觉得，原来我们习以为常的光，背后竟然蕴含着如此深刻的物理原理。更让我惊叹的是，书中还把这些基础原理和现代的先进技术巧妙地结合起来，比如，它详细讲解了全息技术是如何利用光的干涉和衍射来记录和再现三维图像的，这一点实在太神奇了！读到这里，我感觉自己仿佛穿越到了科幻电影的场景。此外，书中对光电探测器的原理和应用也做了细致的描述，从早期的光电管，到如今的各种高性能光电二极管和光电倍增管，这些器件是如何将微弱的光信号转换成可识别的电信号，让我对许多高精度测量仪器和科学研究设备有了更深的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本《光电信息技术基础》真的让我耳目一新。以前总觉得光电技术离生活很远，要么是高大上的科研名词，要么是电视、手机里的元器件，但这本书却以非常生动和贴近实际的方式，揭开了它神秘的面纱。刚开始翻开，就被它清晰的图解和通俗易懂的语言吸引住了。比如，书中关于光波的干涉和衍射的讲解，没有上来就扔一堆复杂的公式，而是先从生活中常见的现象入手，像是肥皂泡为什么会呈现出彩虹一样的颜色，水面上油膜的斑斓色彩，这些都是光波干涉的直观体现。然后才逐步引导读者理解其中的原理，并且还能感受到这些原理是如何被应用到现代科技中的，比如超精密的测量、先进的光学仪器设计。更让我惊喜的是，书中还涉及了一些前沿的光电技术，比如光纤通信，它不仅解释了光信号如何传输信息，还生动地描绘了它如何改变了我们的网络世界，让我们能够瞬间连接世界的每一个角落。阅读过程中，我感觉自己仿佛置身于一个光学的奇妙世界，每翻一页都能发现新的惊喜，对这个曾经模糊的概念有了立体而深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到这本《光电信息技术基础》时，我并没有抱太高的期望，想着可能就是一本枯燥的教科书。但出乎意料的是，它竟然能把如此专业的光电信息技术讲得如此引人入胜。作者的写作功底非常扎实，他巧妙地将那些抽象的概念具象化，并且穿插了不少历史故事和技术发展脉络，让我在学习知识的同时，也对这个领域的发展有了更宏观的理解。比如，书中对激光技术的发展历程的介绍，从理论的提出到实验室的诞生，再到如今在医疗、工业、通信等领域的广泛应用，每一个阶段都充满了挑战与突破，读起来就像是在听一场关于科技创新的精彩讲座。另外，它对半导体光电器件的讲解也特别到位，从 PN 结的形成原理，到 LED 发光的机制，再到光电探测器的灵敏度，每一个部分都讲解得逻辑清晰，层次分明。更重要的是，书中并没有回避那些复杂的技术细节，但又用一种非常易于理解的方式呈现出来，让你不会因为技术难点而望而却步，反而会激起你进一步探索的兴趣。