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安毓英，刘继芳，李庆辉 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121054877

商品编码：29708476330

包装：平装

出版时间：2007-12-01

基本信息

书名:光电子技术(第二版)

：27.50元

售价：18.7元,便宜8.8元,折扣68

作者:安毓英,刘继芳,李庆辉

出版社：电子工业出版社

出版日期：2007-12-01

ISBN：9787121054877

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.422kg

编辑推荐

本书比较全面、系统地反映了光电子技术的理论和应用基础。主要内容分两大部分：一部分主要阐述光辐射特别是激光产生的机制、相干光辐射的调制原理、相干光辐射在各种介质中的传播理论以及光辐射探测机理；另一部分主要讲述光电成像原理、红外成像原理、光电显示原理以及各种成像器件和显示器件。
本书还比较系统地介绍了光电子技术在国民经济、国防等方面的应用，如光纤通信、激光雷达、激光制导、红外跟踪、红外遥感等，并力图反映其中的新进展。

内容提要

本书为普通高等教育“十一五”*规划教材，本书共7章，系统地介绍了光电子技术的基本原理与应用基础，章、第2章介绍了辐射的基本定律和光电子技术中常用的光源，讨论了光辐射传播理论及在不同介质中的传播特性，第3章介绍了光束的调制方法、扫描原理和几种典型的光调制器。第4章讨论光辐射探测原理及光辐射探测器的性能。第5章、第6章介绍了光电成像原理及器件、显示技术及相关器件。第7章介绍了光电子技术在国民经济、国防等方面的应用。
本书可作为电子科学与技术、光信息科学与技术专业本科限定选修课教材，也可供高校相关专业师生和有关科技人员参考。

目录

章 光辐射、发光源与光传播基本定律
1.1 电磁波谱与光辐射
1.1.1 电磁波的性质与电磁波谱
1.1.2 光辐射
1.2 辐射度学与光度学基本知识
1.2.1 辐射量
1.2.2 光度量
1.3 热辐射基本定律
1.3.1 单色吸收比和单色反射比
1.3.2 基尔霍夫辐射定律
1.3.3 普朗克公式
1.3.4 瑞利-琼斯公式
1.3.5 维恩公式
1.3.6 维恩位移定律
1.3.7 斯忒藩-玻耳兹曼定律
1.3.8 色温
1.4 激光原理
1.4.1 激光产生的物理基础
1.4.2 激光（强相干光）产生的基本原理和方法
1.4.3 开放式光学谐振腔和高斯光束
1.5 典型激光器
1.5.1 固体激光器
1.5.2 气体激光器
1.5.3 半导体二极管激光器
1.5.4 光纤激光器
1.6 光频电磁波的基本理论和定律
1.6.1 光波的电磁场理论
1.6.2 光波场的时域频率特性
1.6.3 相速度和群速度
1.6.4 光波的横波性质和偏振态
1.6.5 光波在各向同性介质界面上的反射和折射
1.6.6 几何光学基本定律
练习及思考题1
第2章 光辐射的传播
2.1 光波在大气中的传播
2.1.1 大气衰减
2.1.2 大气湍流效应
2.2 光波在电光晶体中的传播
2.2.1 电致折射率变化
2.2.2 电光相位延迟
2.3 光波在声光晶体中的传播
2.3.1 拉曼一纳斯衍射
2.3.2 布喇格（Bragg）衍射
2.4 光波在磁光介质中的传播
2.4.1 法拉第旋转效应
2.4.2 磁光相互作用的耦合波分析
2.5 光波在光纤波导中的传播
2.5.1 光纤波导的结构及弱导性
2.5.2 光束在光纤波导中的传播特性
2.5.3 光束在光纤波导中的衰减和色散特性
2.6 光波在非线性介质中的传播
2.6.1 非线性电极化率
2.6.2 光波在非线性介质中的传播
2.6.3 光混频及光倍频技术
2.7 光波在水中的传播
2.7.1 传播光束的衰减特性
2.7.2 前向散射
2.7.3 后向散射
练习及思考题2
第3章 光束的调制和扫描
3.1 光束调制原理
3.1.1 振幅调制
3.1.2 频率调制和相位调制
3.1.3 强度调制
3.1.4 脉冲调制
3.1.5 脉冲编码调制
3.2 电光调制
3.2.1 电光强度涮制
3.2.2 电光相位调制
3.2.3 电光调制器的电学性能
3.2.4 电光波导调制器
3.3 声光调制
3.3.1 声光调制器的工作原理
3.3.2 调制带宽
3.3.3 声光调制器的衍射效率
3.3.4 声柬和光束的匹配
3.3.5 声光波导调制器
3.4 磁光调制
3.4.1 磁光体调制器
3.4.2 磁光波导调制器
3.5 直接调制
3.6 光束扫描技术
3.6.1 机械扫描
3.6.2 电光扫描
3.6.3 声光扫描
3.7 空间光调制器
3.7.1 泡克耳读出光调制器
3.7.2 液晶空间光调制器
3.7.3 其他类型的空间光调制器
练习及思考题3
第4章 光辐射的探测技术
4.1 光电探测器的物理效应
4.1.1 光子效应和光热效应
4.1.2 光电发射效应
4.1.3 光电导效应
4.1.4 光伏效应
4.1.5 温差电效应
4.1.6 热释电效应
4.1.7 光电转换定律
4.2 光电探测器的性能参数
4.2.1 积分灵敏度R
4.2.2 光谱灵敏度Rλ
4.2.3 频率灵敏度Rf
4.2.4 量子效率η
4.2.5 通量阈Pth和噪声等效功率NEP
4.2.6 归一化探测度D
4.2.7 其他参数
4.3 光电探测器的噪声
4.3.1 噪声概念
4.3.2 噪声描述
4.3.3 光电探测器的噪声
4.4 光电导探测器——光敏电阻
4.4.1 光电转换原理
4.4.2 工作特性
4.4.3 几种典型的光敏电阻
4.4.4 使用注意事项
4.5 pn结光伏探测器的工作模式
4.5.1 光电转换原理
4.5.2 光伏探测器的工作模式
4.6 硅光电池——太阳电池
4.6.1 短路电流和开路电压
4.6.2 输出功率和佳负载电阻
4.6.3 光谱、频率响应及温度特性
4.6.4 缓变化光电信号探测
4.7 光热探测器
4.7.1 Si光电二极管
4.7.2 PIN硅光电二极管
4.7.3 雪崩光电二极管（APD）
4.7.4 光电三极管
4.8 光热探测器
4.8.1 热探测器的一般概念
4.8.2 热敏电阻
4.8.3 热释电探测器
4.9 直接探测系统的性能分析
4.9.1 光电探测器的平方律特性
4.9.2 信噪比性能分析
4.9.3 直接探测系统的NEP分析
4.10 光频外差探测的基本原理
4.10.1 光频外差探测的实验装置
4.10.2 光外差原理
4.10.3 基本特性
4.10.4 光频外差探测的空间相位条件
练习及思考题4
第5章 光电成像系统
5.1 固体摄像器件
5.1.1 电荷耦合摄像器件
5.1.2 电荷耦合摄像器件的特性参数
5.1.3 CMOS摄像器件
5.1.4 电荷注入器件（CID）
5.1.5红外焦平面器件
5.2 光电成像原理
5.2.1 光电成像系统的基本结构
5.2.2 光电成像系统的基本技术参数
5.3 红外成像光学系统
5.3.1 理想光学系统模型
5.3.2 光学系统中的光阑
5.3.3 红外成像光学系统的主要参数
5.3.4 光学系统的像差
5.3.5 红外光学系统的特点
5.3.6 典型的红外光学系统
5.4 红外成像中的信号处理
5.4.1 前置放大器
5.4.2 直流恢复
5.4.3 多路转换技术
5.4.4 通频带选择
5.4.5 温度信号的线性化
5.4.6 中心温度与温度范围的选择
5.4.7 提高图像质量的计算机处理方法
5.5 红外成像系统的综合特性
5.5.1 调制传递函数（MTF）
5.5.2 噪声等效温差（NETD）
5.5.3 小可分辨温差（MRTD）
5.5.4 小可探测温差（MDTD）
5.6 微光像增强器件
5.6.1 微光像增强器
5.6.2 微光摄像CCD器件
5.7 纤维光学成像器件
练习及思考题5
第6章 显示技术
6.1 阴极射线管
6.1.1 黑白显像管
6.1.2 彩色显像管
6.2 液晶显示
6.2.1 液晶的基本知识
6.2.2 扭曲向列型液晶显示（TN-LCD）
6.2.3 超扭曲向列型液晶显示（STN-LCD）
6.2.4 有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD）
6.3 等离子体显示
6.3.1 气体放电基本知识
6.3.2 单色等离子体显示
6.3.3 彩色等离子体显示
6.4 电致发光显示
6.4.1 注入电致发光显示
6.4.2 高场电致发光显示
6.5 其他显示技术
6.5.1 投影显示
6.5.2 真空荧光显示
6.5.3 电致变色显示
6.5.4 电泳显示
练习及思考题6
第7章 光电子技术应用实例
7.1 光纤通信
7.1.1 光纤通信的发展历史
7.1.2 光纤通信的优点
7.1.3 光纤通信系统的基本组成
7.1.4 光纤通信新技术
7.1.5 光纤通信局域网
7.1.6 综合业务数字网
7.2 激光雷达
7.2.1 激光雷达的优点
7.2.2 激光雷达原理
7.2.3 激光雷达的应用
7.3 激光制导
7.3.1 激光目标指示器
7.3.2 激光寻的器
7.4 红外遥感
7.4.1 红外遥感技术的发展及特点
7.4.2 红外遥感仪
7.5 红外跟踪制导
7.5.1 红外点源制导系统
7.5.2 红外成像制导系统
7.6 光纤传感
7.6.1 光纤温度传感器
7.6.2 光纤位移传感器
7.6.3 光纤陀螺
7.6.4 光纤传感器阵列
7.6.5 分布式光纤传感器
练习及思考题7
参考文献

作者介绍

文摘

序言

光学探秘：光与物质的奇妙互动 本书旨在带领读者深入探索光与物质之间那些令人着迷的相互作用，以及由此衍生的精密科学——光电子技术。我们将从光的基本性质出发，揭开光波、光子以及它们如何与各种材料发生反应的奥秘，为理解更复杂的光电子器件奠定坚实的基础。 一、 光的本质与传播 首先，我们将深入剖析光的本质。光，究竟是粒子还是波？我们将详细介绍光的波动理论，包括其频率、波长、相位等关键概念，以及光的衍射、干涉、偏振等现象，这些都是光波动性的有力证明。同时，我们也会探讨光的粒子性，引入光子的概念，以及光电效应等现象，展示光子如何携带能量，并与电子发生能量交换。这些基础知识的理解，对于掌握光与物质的相互作用至关重要。 接着，我们将研究光在不同介质中的传播规律。光在真空中的传播速度是最快的，而当光进入其他介质时，其速度会发生改变，这种现象即为折射。我们将详细讲解折射定律，并介绍折射率这一关键参数，它决定了光在不同介质中的传播速度。此外，我们还会探讨光的反射，包括全反射现象，这在光纤通信等领域有着广泛的应用。对光的传播特性的深刻理解，是设计和分析光电子器件的前提。 二、 光与物质的相互作用 光与物质的相互作用是光电子技术的核心。我们将系统地分析各种主要的相互作用方式： 吸收 (Absorption): 当光照射到物质上时，物质会吸收部分光能，将能量传递给物质中的电子。我们将探讨不同物质对光的吸收特性，例如，某些材料在特定波长的光下呈现透明，而在其他波长下则是不透明的。我们将详细介绍吸收的微观机制，以及吸收光谱如何反映物质的能级结构。例如，半导体材料的吸收特性与它们的光电转换效率直接相关，我们将深入解析这个过程。 发射 (Emission): 物质在吸收能量后，其内部的电子可能会跃迁到更高的能级，当这些电子回到较低能级时，会以光子的形式释放能量，这就是光的发射。我们将区分不同类型的发射，包括： 自发辐射 (Spontaneous Emission): 电子在跃迁到低能级时随机发出的光，这是普通光源（如灯泡）的发光原理。 受激辐射 (Stimulated Emission): 在外来光子的激发下，高能级电子跃迁到低能级并发出与激发光完全相同（频率、相位、方向）的光子。这是激光器工作的核心原理，我们将详细阐述这一过程的物理机制。 荧光 (Fluorescence) 与磷光 (Phosphorescence): 这两种现象都是物质吸收光能后，经过内部能量转化再发射光的过程，我们将区分它们的时间尺度差异和物理过程。 散射 (Scattering): 光在传播过程中遇到介质中的粒子时，会改变传播方向，这种现象称为散射。我们将介绍不同类型的散射： 瑞利散射 (Rayleigh Scattering): 当散射粒子远小于光的波长时发生的散射，例如天空呈现蓝色的原因。 米氏散射 (Mie Scattering): 当散射粒子与光的波长相当或更大时发生的散射。 拉曼散射 (Raman Scattering): 光与分子发生非弹性碰撞，导致光子的能量发生改变，从而获得有关物质分子振动的信息。我们将介绍拉曼散射在材料分析中的重要应用。 折射与反射 (Refraction and Reflection): 如前所述，光在界面发生折射和反射是其传播的基本现象。我们将深入研究不同材料界面上的折射和反射定律，以及如何利用这些现象来设计光学元件，如透镜、反射镜和棱镜。 非线性光学效应 (Nonlinear Optical Effects): 当光强达到一定程度时，物质的光学性质会随着光强的变化而改变，从而产生一系列非线性光学效应。我们将介绍如二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）、克尔效应（Kerr effect）和泡克尔斯效应（Pockels effect）等，以及它们在光学信号处理、倍频技术等领域的应用。 三、 光电子器件的基本原理与应用 基于上述光与物质相互作用的原理，我们得以构建出种类繁多的光电子器件。我们将逐一剖析这些器件的核心工作机制： 光探测器 (Photodetectors): 将光信号转换为电信号的器件。我们将介绍不同类型的光探测器，包括： 光电导探测器 (Photoconductive Detectors): 利用材料光照下电导率增加的原理。 光电二极管 (Photodiodes): 利用PN结在光照下产生光电流的原理，包括PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD），后者具有内部增益。 光电倍增管 (Photomultiplier Tubes - PMTs): 利用光电效应和电子倍增原理，实现极高的灵敏度。 CMOS/CCD图像传感器: 集成大量的光敏像素，用于图像采集。 我们将详细分析它们的结构、工作原理、响应时间、灵敏度、量子效率等关键性能指标，以及在通信、测量、成像等领域的广泛应用。 光源 (Light Sources): 产生光信号的器件。我们将重点介绍： 发光二极管 (Light Emitting Diodes - LEDs): 基于半导体PN结的电致发光原理，色彩丰富，寿命长。我们将解析其发光机制、不同类型的LED（如超高亮度LED、白光LED）及其在照明、显示等领域的应用。 激光器 (Lasers): 基于受激辐射原理，产生高强度、单色性好、方向性强的相干光。我们将深入探讨不同类型的激光器，如半导体激光器、气体激光器、光纤激光器等，以及它们在通信、工业加工、医疗、科学研究等领域的革命性应用。 其他光源: 简要介绍如LED阵列、卤素灯等。 调制器 (Modulators): 用于改变光信号的参数（如强度、相位、偏振）以携带信息。我们将探讨： 电光调制器 (Electro-optic Modulators): 利用电场改变某些晶体材料的折射率，从而调制光的原理。 声光调制器 (Acousto-optic Modulators): 利用声波在介质中产生的密度变化，导致折射率变化，从而调制光。 磁光调制器 (Magneto-optic Modulators): 利用磁场改变材料的光学性质。 我们将分析不同调制器的调制速度、调制深度、损耗等性能，以及它们在光通信、光计算中的作用。 光放大器 (Optical Amplifiers): 增强光信号的强度，而无需将其转换为电信号再放大。我们将重点介绍： 掺铒光纤放大器 (Erbium-Doped Fiber Amplifiers - EDFAs): 在光纤通信中广泛应用，能够对特定波长的光信号进行直接放大。我们将解析其工作原理和在长距离光通信系统中的关键作用。 半导体光放大器 (Semiconductor Optical Amplifiers - SOAs): 类似半导体激光器，但工作在放大区，用于信号的放大。 其他关键光电子器件: 光隔离器 (Optical Isolators): 允许光沿一个方向传播，阻止反向传播的光，保护激光器。 光开关 (Optical Switches): 用于在光网络中切换光信号的路径。 光电传感器 (Photoelectric Sensors): 利用光电效应进行非接触式检测的传感器。 四、 光电子技术的应用领域 光电子技术已经渗透到我们生活的方方面面，并在许多前沿领域扮演着核心角色。我们将列举并详细阐述其主要应用领域： 光通信 (Optical Communication): 这是光电子技术最重要和最成熟的应用领域。我们将介绍光纤通信系统的工作原理，包括光信号的产生、传输（通过光纤）、接收和放大，以及其在互联网、电信网络中的关键作用。我们将探讨波分复用（WDM）等技术如何极大提高通信容量。 信息显示 (Information Displays): 从电视、电脑显示器到智能手机屏幕，各种显示技术都离不开光电子器件。我们将介绍LED显示屏、OLED显示屏、液晶显示（LCD）背光源等，以及它们的工作原理和发展趋势。 成像与传感 (Imaging and Sensing): 光电子技术在高质量成像和高精度传感方面发挥着不可替代的作用。我们将探讨数码相机、医学成像设备（如CT、MRI的图像采集部分）、工业检测、环境监测等领域中使用的各种光电传感器和成像技术。 工业应用 (Industrial Applications): 激光加工（切割、焊接、打标）、光测量（测距、定位）、机器视觉等都广泛利用了光电子技术。我们将介绍这些应用如何提高生产效率和产品质量。 科学研究 (Scientific Research): 激光光谱学、高能物理实验、天文观测、精密测量等基础科学研究都严重依赖于先进的光电子器件。 医疗健康 (Healthcare): 激光手术、光动力疗法、眼科诊断、生物芯片等医疗应用，展示了光电子技术在改善人类健康方面的巨大潜力。 军事与国防 (Military and Defense): 激光制导武器、夜视设备、光电对抗系统等，光电子技术在国防安全领域也发挥着重要作用。 五、 光电子技术的发展趋势 最后，我们将展望光电子技术的未来发展方向，包括： 微纳光电子学 (Micro- and Nano-photonics): 将光电子器件向更小的尺寸集成，提高器件性能和功能。 集成光电子学 (Photonic Integrated Circuits - PICs): 将多个光电子器件集成到同一芯片上，实现更小型化、低功耗、高效率的光信号处理。 人工智能与光电子的结合: 利用AI优化光电子器件的设计和控制，以及利用光电子硬件加速AI的计算。 量子光电子学 (Quantum Photonics): 探索和利用量子力学原理实现新的光电子功能，如量子计算、量子通信。 新型光电子材料与器件: 不断探索具有优异光学和电学性能的新材料，以及设计创新的光电子器件结构。 通过对这些内容的系统学习，读者将能够对光电子技术有一个全面、深入的理解，并能够欣赏这项技术在现代社会中的重要性和其广阔的发展前景。

评分☆☆☆☆☆

在习题和案例分析方面，我必须给予高度评价。一本好的教材，其价值往往体现在其配套的练习体系上。这本教材的习题设计，绝非那种简单的套公式、代数值的机械训练。它们更像是微型的“研究课题”。比如，有一组关于光纤色散补偿的题目，它没有直接给出计算公式，而是要求读者结合不同工作波长下的材料色散和结构色散的特性曲线，去推导出最优的包层结构参数范围。这种开放式的、需要综合运用多个章节知识点的题目，极大地锻炼了我的问题解决能力。此外，书中穿插的“工程实例解析”也极为精彩，它们往往选取一个实际的工程挑战——比如如何设计一个低串扰的光开关阵列——然后从理论基础出发，逐步分析实现该功能所需克服的物理限制，并给出可行的设计思路。这种将纯粹的物理原理“实战化”的处理方式，让我深刻体会到理论是如何指导工程实践的，极大地激发了我将书本知识付诸应用的渴望。

评分☆☆☆☆☆

本书的叙述风格，如果用一个词来形容，那就是“逻辑的艺术”。作者似乎非常擅长将复杂的物理过程，拆解成一系列可以被大脑轻松消化的逻辑步骤。它不像有些参考书那样，一上来就抛出大量的微分方程和复杂的边界条件，让人望而却步。相反，它采用了一种“引导式”的教学方法，首先建立一个简化的物理模型，然后逐步引入非理想因素，就像剥洋葱一样，每剥开一层，你对整个系统的认识就加深一分。这种层层递进的结构，尤其体现在对波导理论的阐述上，从麦克斯韦方程组出发，到模式耦合，再到光纤损耗的归因分析，每一步都有清晰的因果链条。阅读过程中，我几乎不需要频繁地跳到附录去查找背景知识，因为作者在论证过程中已经预埋好了必要的铺垫。这种精心设计的阅读路径，极大地降低了自学过程中因概念断裂而产生的挫败感，使得深度学习变成了一种享受而非煎熬。它成功地在严谨的学术性和易读的科普性之间找到了一个近乎完美的平衡点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧设计，说实话，初拿到手里的时候我就被吸引住了。那种纸张的质感，带着点微哑的光泽，拿在手里沉甸甸的，一看就是下了功夫的。内页的字体清晰度极高，即使是面对那些密密麻麻的公式和复杂的示意图，眼睛也不会感到过分疲劳。装帧的胶水味儿散得很快，这点我很赞赏，有些教材开本不佳，气味久久不散，影响阅读心情。更值得一提的是，它在章节之间的过渡处理得非常流畅，没有那种生硬的割裂感，仿佛每一页都是精心编排过的一篇乐章，只是这个乐章的主题是光与电的交织。书中的插图部分，色彩的运用更是恰到好处，那些晶体管、激光器、光纤的剖面图，用色既专业又直观，一下子就把原本抽象的物理概念具象化了。特别是某些关键器件的工作原理图，设计师似乎在“留白”上也花了不少心思，让复杂的结构一目了然，这对于我们这些需要快速掌握核心概念的学习者来说，简直是福音。我甚至会花时间去感受一下书脊在不同角度下光线的反射效果，那种低调而又内敛的专业感，在众多教材中是相当出挑的。总而言之，从一个纯粹的“阅读体验”角度来看，这本教材的硬件条件，绝对是教科书级别的典范。

评分☆☆☆☆☆

我对教材的实用性和前沿性一直抱有极高的期待，而这本著作在这方面展现出了令人惊喜的深度和广度。它并没有停留在对基础原理的机械重复上，而是将理论与当前产业界最热门的应用场景紧密结合起来。例如，在探讨半导体激光器时，它不仅仅详细解析了腔体结构和增益机制，还加入了对VCSEL（垂直腔面发射激光器）在3D传感和数据中心光互联中的最新进展的探讨，这对于我们这些希望跟上技术迭代速度的工程师来说，至关重要。再比如，关于光电探测器的部分，作者没有局限于传统的PIN光电二极管，而是花了相当篇幅去介绍雪崩光电二极管（APD）的噪声模型优化，以及新型量子点探测器的性能瓶颈和突破口。这种对“当下”和“未来”的关注，使得书中的内容极具生命力，而不是那种一旦出版就可能滞后的陈旧知识库。我发现，许多最新的行业研讨会上提到的技术难点，都能在这本书的某个章节找到扎实的理论支撑，这极大地增强了我的学习信心，感觉自己掌握的不是过时的知识，而是处于技术浪潮之巅的底层逻辑。

评分☆☆☆☆☆

从宏观的知识体系构建来看，这本书的覆盖面和深度都展现出一种大家风范。它构建了一个非常扎实且具有前瞻性的知识框架，使得读者在学习完后，能够清晰地勾勒出整个光电子领域的技术谱系。作者在处理不同子领域（如光源、调制器、探测器、传输介质）之间的联系时，非常注重它们的系统集成性。例如，在讲解高速光通信系统时，它并没有孤立地描述调制器和光纤的特性，而是深入分析了调制器产生的非线性效应如何与光纤中的非线性效应相互耦合，共同决定了系统的信噪比（SNR）上限。这种系统级思维的培养，是很多专注于单一器件的教材所欠缺的。它教会我的不仅仅是“如何计算某个器件的效率”，更是“在整个系统中，这个器件应该如何与上下游协同工作才能达到最佳性能”。这种对全局视野的强调，使得这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一份构建未来光电子系统的战略蓝图。