光電子學(xué)原理與技術(shù)

前言

　　光電子學(xué)是近代光學(xué)和電子學(xué)相互結(jié)合與滲透形成的一門新學(xué)科，它是電子學(xué)技術(shù)在光頻波段的延續(xù)和擴(kuò)展。光電子學(xué)研究的是光頻電磁場與物質(zhì)的相互作用規(guī)律。對光頻實現(xiàn)振蕩和放大，就形成了光的受激輻射——激光。1960年第一臺激光器的問世，標(biāo)志著人類進(jìn)入了現(xiàn)代光學(xué)時期，現(xiàn)在激光技術(shù)研究已成為光電子領(lǐng)域的一個重要組成部分?！　τ诶砉た齐娮宇惔髮W(xué)生來說，不僅要掌握電子學(xué)知識，還應(yīng)該掌握光頻波段電子學(xué)，即光電子學(xué)的知識。由于光電子技術(shù)具有頻譜寬、信息容量大、傳輸速度快和抗干擾能力強(qiáng)等特點，目前已應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，有些應(yīng)用是電子技術(shù)所不能替代的?！　”緯?1章。第1～5章，采用處理光和物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論與速率方程理論的方法，講述激光產(chǎn)生的基本原理、激光束的特征、典型激光器件以及為改善激光器的特性所采取的一些基本技術(shù)。這一部分內(nèi)容是本書最基本的內(nèi)容?！　〉?章介紹激光的半經(jīng)典理論和量子理論的基本內(nèi)容。處理光和物質(zhì)相互作用的理論還有半經(jīng)典理論和量子理論，這兩種理論是更高層次的理論，能夠更多和更完滿地解釋激光器中的現(xiàn)象，只是數(shù)學(xué)處理復(fù)雜一些?！　〉?章介紹若干典型的非線性光學(xué)效應(yīng)。普通光來自原子的自發(fā)輻射，是一種弱光，其光子簡并度（同一狀態(tài)中的平均光子數(shù)）遠(yuǎn)小于1，當(dāng)普通光與物質(zhì)相互作用時，我們只能觀察到線性光學(xué)效應(yīng)。激光束來自原子的受激輻射，是一種強(qiáng)光，其光子簡并度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，它所產(chǎn)生的單色光頻電磁場強(qiáng)可達(dá)到與原子內(nèi)部場強(qiáng)相等或更高的水平。這樣的強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用時，可觀察到一系列非線性光學(xué)效應(yīng)。非線性光學(xué)是講述非線性光學(xué)效應(yīng)的一門新興的學(xué)科分支。非線性光學(xué)效應(yīng)不僅提供了更多的科學(xué)信息，也提供了重要的實際應(yīng)用技術(shù)。

內(nèi)容概要

講述光的放大與振蕩的基本原理（即激光的基本原理）以及某些應(yīng)用技術(shù)。具體內(nèi)容為：光的放大與振蕩、光學(xué)諧振腔、典型激光器、激光的基本技術(shù)、激光的半經(jīng)典理論與量子理論、非線性光學(xué)效應(yīng)、光纖技術(shù)、光存儲技術(shù)、光電子技術(shù)的其他應(yīng)用以及光信號的探測等。    本書可作為高等理工科院校電子類專業(yè)“光電子學(xué)原理”或“激光原理”課程的教材，也可作為其他相關(guān)專業(yè)及科技人員的參考書。

書籍目錄

第1章 基礎(chǔ)知識　1.1 光的波粒二象性　1.2 光波的模式　1.3 原子能級與發(fā)光　　1.3.1 量子化的原子能級　　1.3.2 原子數(shù)目按能級的分布　1.4 原子的自發(fā)輻射、受激吸收與受激輻射　　1.4.1 原子的自發(fā)輻射　　1.4.2 原子的受激吸收　　1.4.3 原子的受激輻射　　1.4.4 A21、B21 和B12三系數(shù)的關(guān)系　1.5 光譜線的增寬　　1.5.1 原子躍遷譜線增寬的機(jī)理與線型　　1.5.2 譜線增寬的類型　習(xí)題與思考題第2章 光放大與振蕩——激光器原理　2.1 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)與光放大　2.2 光學(xué)諧振腔　2.3 激光器基本結(jié)構(gòu)與激光形成過程　　2.3.1 激光器的基本結(jié)構(gòu)　　2.3.2 激光的形成過程　　2.3.3 三能級系統(tǒng)與四能級系統(tǒng)　2.4 激光的特性　　2.4.1 定向性　　2.4.2 單色性　　2.4.3 亮度特性　　2.4.4 時間相干性　　2.4.5 空間相干性　　2.4.6 光子簡并度　2.5 激光器速率方程　　2.5.1 三能級系統(tǒng)的速率方程（單模）　　2.5.2 四能級系統(tǒng)的速率方程（單模）　2.6 介質(zhì)的增益系數(shù)　　2.6.1 小信號增益系數(shù)　　2.6.2 大信號增益系數(shù)　2.7 激光振蕩閾值條件　2.8 連續(xù)運轉(zhuǎn)激光器的輸出功率　　2.8.1 均勻增寬激光器的輸出功率　　2.8.2 非均勻增寬激光器的輸出功率　　2.8.3 蘭姆凹陷　2.9 脈沖激光器的輸出特性　　2.9.1 短脈沖激勵下的輸出能量　　2.9.2 長脈沖激勵下的輸出功率　2.10 自由振蕩激光器的模式　　2.10.1 均勻增寬激光器的模競爭和單模振蕩　　2.10.2 空間燒孔和多模振蕩　　2.10.3 非均勻增寬激光器的多模振蕩　2.11 激光器的頻率牽引　　2.11.1 色散　　2.11.2 頻率牽引　2.12 激光的線寬極限　習(xí)題與思考題第3章 光學(xué)諧振腔　3.1 光學(xué)諧振腔的構(gòu)成和分類　　3.1.1 開腔　　3.1.2 閉腔　　3.1.3 氣體波導(dǎo)腔　3.2 光學(xué)諧振腔的損耗　　3.2.1 損耗的類型　　3.2.2 損耗的描述　　3.2.3 損耗計算舉例　……第4章 典型激光器第5章 激光基本技術(shù)第6章 激光半經(jīng)典理論與量子理論第7章 非線性光學(xué)效應(yīng)第8章 光纖技術(shù)第9章 光存儲技術(shù)第10章 光電子技術(shù)的其他應(yīng)用第11章 光信號的探測附錄A 常用物理常量表附錄B 國際單位制詞頭習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　基礎(chǔ)知識　　本章主要介紹與學(xué)習(xí)本課程有關(guān)的一些基礎(chǔ)知識，如對光本質(zhì)的認(rèn)識、光波的模式、原子發(fā)光的概念和光譜線的寬度等。這些基礎(chǔ)知識對于理解本課程的內(nèi)容是必需的?！　?.1　光的波粒二象性　　人們每天都要接觸光，對光是非常熟悉的，但光究竟是什么？人類認(rèn)識它花費了漫長的時間，直到近代才有了比較清楚的認(rèn)識，當(dāng)然這種認(rèn)識還有待繼續(xù)深化?！　∵h(yuǎn)古時代，人類對于光的現(xiàn)象，就積累了很多知識。到17世紀(jì)，有關(guān)光的本性問題，形成了兩種不同的學(xué)說，這就是以牛頓（I.Newton）為代表的微粒說和以惠更斯（C.Huygens）為代表的波動說?！　∥⒘Ｕf認(rèn)為，光是由發(fā)光體發(fā)出的光粒子（微粒）流所組成的，最大的微粒在到達(dá)人眼時，引起紅光的感覺，而最小的微粒到達(dá)人眼時，引起紫光的感覺。微粒說能解釋光的直進(jìn)、反射和折射等現(xiàn)象。關(guān)于折射現(xiàn)象，實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光線從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)時，例如從空氣到水，光線是折向法線的。微粒說在解釋這一現(xiàn)象時，需要假設(shè)水中的光速大于空氣中的光速。　　波動說認(rèn)為，光是一種波動，是由機(jī)械振動的傳播而引起的一種波動?！　煞N學(xué)說都能解釋光的反射和折射現(xiàn)象，但波動說在解釋折射現(xiàn)象時，需要假設(shè)光在水中的速度比在空氣中的速度小。由于當(dāng)時不能從實驗上測定光速，所以分不出微粒說和波動說的優(yōu)劣。

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