光電信息技術(shù)與應(yīng)用

第1章光信息源及其特性、光輻射的度量

1.1光的特性

1.1.1光的波動(dòng)性

1.1.2光的粒子性

1.1.3平面光波的能量與能流密度矢量

1.1.4光的波粒二象性

1.2光輻射的度量

1.2.1光譜光視效率

1.2.2常用的光度量和輻射度量

1.3輻射傳播的基本定律

1.3.1照度的余弦定律和朗伯表面輻射強(qiáng)度的余弦定律

1.3.2亮度守恒定律

1.3.3照度的距離平方反比定律

1.4光信息源及其特性

1.4.1光源的基本特性參數(shù)

1.4.2熱輻射與黑體輻射定律

1.4.3自然輻射源太陽(yáng)、天空

1.4.4激光光源及其特點(diǎn)

1.4.5半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理及特性

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第2章光波在自由空間和波導(dǎo)中的傳播

2.1球面波和平面波的復(fù)振幅表示

2.1.1球面波的復(fù)振幅表示

2.1.2平面波的復(fù)振幅表示

2.2平面波的角譜及角譜的傳播

2.2.1平面波的空間頻率

2.2.2平面波的角譜及其物理解釋

2.2.3平面波角譜的傳播

2.2.4衍射孔徑對(duì)角譜的效應(yīng)

2.3用角譜理論推導(dǎo)光在自由空間的傳播

2.3.1標(biāo)量衍射的推導(dǎo)及直觀解釋

2.3.2菲涅耳衍射公式

2.3.3夫瑯禾費(fèi)衍射與傅里葉變換

2.4光波在光波導(dǎo)中的傳播

2.4.1基于幾何光學(xué)的光纖維導(dǎo)光原理

2.4.2基于光的波動(dòng)光學(xué)的波導(dǎo)導(dǎo)光理論

2.4.3光纖中的衰減

2.4.4單模光纖的橫模

2.4.5單模光纖的色散

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第3章光信息調(diào)制技術(shù)

3.1光調(diào)制的概念和基本原理

3.1.1光調(diào)制的概念及其分類(lèi)

3.1.2光信號(hào)的調(diào)制原理

3.1.3實(shí)現(xiàn)光調(diào)制的幾種效應(yīng)

3.2光信號(hào)的調(diào)制常用技術(shù)

3.2.1直接調(diào)制和間接調(diào)制

3.2.2光強(qiáng)度調(diào)制技術(shù)

3.2.3光相位調(diào)制技術(shù)

3.2.4頻率和波長(zhǎng)的調(diào)制技術(shù)

3.2.5光偏振調(diào)制

3.3空間光調(diào)制技術(shù)

3.3.1空間光調(diào)制器及其分類(lèi)

3.3.2液晶及其特性

3.3.3常見(jiàn)的空間光調(diào)制器

3.4基于光柵衍射的光的調(diào)制

3.4.1光柵的光通量調(diào)制

3.4.2光柵的頻率調(diào)制

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第4章光電信息轉(zhuǎn)換原理及器件

4.1光電信息轉(zhuǎn)換的物理基礎(chǔ)能帶理論

4.1.1能帶的形成

4.1.2能帶結(jié)構(gòu)

4.1.3本征半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體的能帶

4.2半導(dǎo)體中的載流子濃度

4.2.1能級(jí)密度

4.2.2費(fèi)米能級(jí)和電子占據(jù)率

4.2.3平衡載流子濃度

4.2.4本征半導(dǎo)體中的栽流子濃度

4.2.5摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度

4.2.6半導(dǎo)體中的非平衡載流子

4.3半導(dǎo)體光電效應(yīng)

4.3.1光電導(dǎo)效應(yīng)

4.3.2P－N結(jié)光生伏特效應(yīng)

4.3.3光電子發(fā)射效應(yīng)

4.4常用光電信息轉(zhuǎn)換器件

4.4.1光電信息轉(zhuǎn)換器件的主要參數(shù)

4.4.2光電發(fā)射器件

4.4.3光電導(dǎo)器件

4.4.4半導(dǎo)體結(jié)型器件

4.4.5電荷耦合器件

4.4.6CMOS圖像傳感器

4.4.7光電信息轉(zhuǎn)換器件的部分性能比較

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第5章光學(xué)成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

5.1二維線性時(shí)、空不變系統(tǒng)

5.1.1二維線性系統(tǒng)的定義

5.1.2脈沖響應(yīng)和疊加積分

5.2二維傅里葉變換

5.2.1二維傅里葉變換的定義及存在條件

5.2.2可分離變量函數(shù)的傅里葉變換

5.2.3具有圓對(duì)稱(chēng)函數(shù)的二維傅里葉變換傅里葉－貝塞爾變換

5.2.4二維傅里葉變換定理

5.2.5常用函數(shù)和二維傅里葉變換

5.3二維線性空不變系統(tǒng)：傳遞函數(shù)

5.4二維抽樣理論

5.4.1函數(shù)的抽樣

5.4.2從抽樣信號(hào)中恢復(fù)原函數(shù)

5.4.3空間一帶寬積

5.5透鏡的傅里葉變換

5.5.1透鏡的相位變換作用

5.5.2透鏡的傅里葉變換性質(zhì)

5.6光的時(shí)、空相干性理論

5.6.1互相干函數(shù)與復(fù)相干度，交叉譜密度函數(shù)

5.6.2光場(chǎng)自相干函數(shù)P(t)和復(fù)自相干度

5.6.3準(zhǔn)單色條件下光場(chǎng)的互強(qiáng)度J和復(fù)相干因子μ

5.6.4相干時(shí)間、相干長(zhǎng)度、相干面積

5.7成像系統(tǒng)的一般分析

5.7.1透鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF

5.7.2衍射受限成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)一用光瞳函數(shù)代替透鏡的孔徑函數(shù)

5.8衍射受限系統(tǒng)的相干傳遞函數(shù)(CTF)

5.8.1相干照明衍射受限系統(tǒng)的物像關(guān)系

5.8.2衍射受限系統(tǒng)相干傳遞函數(shù)

5.9衍射受限成像非相干系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

5.9.1非相干成像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)(OTF)

5.9.2光學(xué)傳遞函數(shù)(OTF)與相干傳遞函數(shù)CTF的關(guān)系

5.9.3衍射受限的成像系統(tǒng)OTF

5.10準(zhǔn)單色光照明下衍射受限光學(xué)系統(tǒng)的部分相干傳遞函數(shù)

5.10.1準(zhǔn)單色光的傳播和衍射

5.10.2薄透明物體對(duì)互強(qiáng)度的調(diào)制

5.10.3部分相干光的衍射

5.10.4范西特－策尼克定理

5.10.5部分相干場(chǎng)中透鏡的傅里葉變換性質(zhì)

5.10.6準(zhǔn)單色光照明的光學(xué)成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

5.11像差對(duì)傳遞函數(shù)的修正

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第6章光信息處理技術(shù)

6.1空間濾波

6.1.1阿貝成像理論

6.1.2阿貝－波特實(shí)驗(yàn)

6.1.3空間濾波系統(tǒng)

6.2相干光學(xué)信息處理

6.2.1相干光學(xué)濾波系統(tǒng)

6.2.2空間濾波的傅里葉分析

6.2.3空間光學(xué)濾波器的類(lèi)型

6.2.4光學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)償濾波器

6.2.5幾種相干處理技術(shù)

6.3非相干光學(xué)處理及其應(yīng)用

6.3.1相干與非相干光學(xué)處理主要差異

6.3.2圖像的相乘和積分

6.3.3非相干光學(xué)相關(guān)與卷積處理

6.3.4基于衍射的非相干光學(xué)處理

6.3.5基于非相干的多通道并行處理

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第7章光電信息的存儲(chǔ)與顯示

7.1光存儲(chǔ)技術(shù)

7.1.1光盤(pán)存儲(chǔ)

7.1.2光全息存儲(chǔ)

7.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)

7.2.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器特點(diǎn)

7.2.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)

7.2.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)和組成

7.2.4快閃存儲(chǔ)器

7.3顯示器的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及其性能比較

7.3.1顯示器的功能、性能、基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)

7.3.2顯示器件基本特性的比較

7.4典型顯示器的工作原理和基本技術(shù)

7.4.1液晶顯示器(LCD)

7.4.2單晶硅反射式液晶(LCOS)技術(shù)

7.4.3等離子體顯示器(PDP)

7.4.4有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)(OLED)

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第8章典型光電信息系統(tǒng)

8.1人眼屈光度光電測(cè)試系統(tǒng)

8.1.1屈光度光學(xué)測(cè)量原理

8.1.2眼底圖像信息的采集與處理

8.1.3眼底圖像信息的采集與處理結(jié)果

8.2高能X射線計(jì)算機(jī)層析光電成像系統(tǒng)

8.2.1X射線的計(jì)算層析(CT)原理

8.2.2高能X射線CT光電成像系統(tǒng)的構(gòu)成

8.2.3疵病檢測(cè)實(shí)例

8.3基于光柵衍射的窄脈沖激光光電告警系統(tǒng)

8.3.1激光光電告警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

8.3.2基于光柵衍射的窄脈沖激光波長(zhǎng)和方向探測(cè)原理

8.3.3干涉條紋的實(shí)時(shí)采集與處理

8.3.4樣機(jī)及其技術(shù)指標(biāo)

8.4彈丸飛行速度的光電測(cè)試技術(shù)

8.4.1光電測(cè)速靶的基本原理及組成

8.4.2光電靶的類(lèi)型

8.5基于黑體輻射的瞬態(tài)高溫測(cè)量及校準(zhǔn)技術(shù)

8.5.1藍(lán)寶石光纖瞬態(tài)表面高溫技術(shù)

8.5.2瞬態(tài)表面溫度動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)儀

8.6基于氣體特征光譜吸收的瓦斯?jié)舛裙怆姳O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

8.6.1瓦斯?jié)舛裙庾V檢測(cè)的基本原理

8.6.2差分吸收檢測(cè)系統(tǒng)

8.6.3波長(zhǎng)調(diào)制檢測(cè)系統(tǒng)

8.7光電混合實(shí)時(shí)指紋識(shí)別系統(tǒng)

8.7.1光學(xué)指紋獲取技術(shù)

8.7.2基于聯(lián)合變換相關(guān)(JTC)和液晶光閥的指紋實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

附錄A現(xiàn)代光電信息技術(shù)與應(yīng)用信息源

附錄B光電信息技術(shù)漢英名詞術(shù)語(yǔ)對(duì)照

附錄C縮略詞

本書(shū)以光電信息的產(chǎn)生、傳播、調(diào)制、控制、處理、存儲(chǔ)與顯示為主線，從光、電、信息和光電混合信息技術(shù)的角度，闡述光電信息技術(shù)所涉及的光的特性與度量、光的產(chǎn)生和傳播、光的調(diào)制與控制、光電探測(cè)、光學(xué)傳遞函數(shù)、光學(xué)信息處理系統(tǒng)的理論和方法、光電信息存儲(chǔ)、光電信息的轉(zhuǎn)換及顯示等內(nèi)容。最后介紹光電信息技術(shù)的典型應(yīng)用。本書(shū)內(nèi)容豐富，講解深入淺出，具有很強(qiáng)的可讀性和實(shí)用性。

本書(shū)以編者多年從事光電信息技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科、研究生的教學(xué)講義為基礎(chǔ)，結(jié)合編者在光電信息技術(shù)與系統(tǒng)的研究成果，參考近年來(lái)光電信息技術(shù)的最新進(jìn)展，基于光波載體，以光電信息的產(chǎn)生、傳播、調(diào)制、控制、處理、存儲(chǔ)與顯示為主線，從光、電、信息和光電混合信息技術(shù)的角度，闡述光電信息技術(shù)所涉及的光的特性與度量、光的產(chǎn)生和傳播、光的調(diào)制與控制、光電探測(cè)、光學(xué)傳遞函數(shù)、光學(xué)信息處理系統(tǒng)的理論和方法、光電信息存儲(chǔ)、光電信息的轉(zhuǎn)換及顯示等內(nèi)容。最后介紹光電信息技術(shù)的典型應(yīng)用。

本書(shū)力求為光電信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)本科、研究生和工程技術(shù)人員提供光電信息系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的基本理論、先進(jìn)技術(shù)和最新方法。