光电子器件及其应用

目 录
前言
第1 章 光电子器件基础 1
1.1 光的主要信息特征 1
1.1.1 单频光的主要信息特征 2
1.1.2 复合光的信息特征及其表示 4
1.2 光在介质中的传输特性 6
1.2.1 光的材料色散 6
1.2.2 光的增益与衰减 7
1.2.3 某些旋光材料的旋光性 10
1.3 光在介质表面的反射与折射 13
1.3.1 菲涅耳公式 13
1.3.2 全反射 17
1.3.3 双折射 20
习题1 25
第2 章 光传输器件 28
2.1 光隔离器 光环形器 28
2.1.1 光隔离器 28
2.1.2 光环形器 34
2.2 光波导器件 39
2.2.1 平面光波导 39
2.2.2 条形光波导 42
2.2.3 光波导的应用 48
2.3 定向耦合器 49
2.3.1 耦合模理论 49
2.3.2 定向耦合器的基本结构与工作原理 50
2.3.3 定向耦合器的应用 53
2.4 光纤光栅器件 54
2.4.1 布拉格光纤光栅 54
2.4.2 长周期光纤光栅 59
2.4.3 啁啾光纤光栅 61
2.4.4 光纤光栅的主要应用 61
2.5 光开关 光滤波器 62
2.5.1 光开关 62
2.5.2 光滤波器 66
2.6 光子晶体器件 70
2.6.1 电子晶体 70
2.6.2 光子晶体 72
2.6.3 光子晶体光纤 73
习题2 76
第3 章 光接收器件 82
3.1 光接收器件核心要素 82
3.1.1 半导体的光吸收过程 82
3.1.2 直接带隙与间接带隙半导体的吸收边 84
3.1.3 禁带宽度受温度与电场强度的影响 87
3.2 光电子探测器概述 88
3.2.1 光电子探测器的定义与分类 88
3.2.2 光电子探测器的性能参数 90
3.2.3 光电子探测器的光学变换系统 93
3.3 光热探测器 95
3.3.1 热敏电阻 97
3.3.2 热释电探测器 100
3.4 外光电效应探测器 104
3.4.1 真空光电管与充气光电管 104
3.4.2 光电阴极 105
3.4.3 光电倍增管 108
3.4.4 光电倍增管的应用 112
3.5 光电导探测器 113
3.5.1 光敏电阻的主要特性参数 113
3.5.2 光敏电阻的结构 115
3.5.3 光敏电阻的应用基础 116
3.5.4 光敏电阻的应用 119
3.6 光伏探测器 120
3.6.1 光电池 121
3.6.2 光电二极管 124
3.7 电荷耦合器件 131
3.7.1 MOS 单元的电荷存储能力 131
3.7.2 电荷转移 132
3.7.3 电荷检测 134
3.7.4 信号电荷的注入 134
3.7.5 线阵CCD 134
3.7.6 用线阵CCD 测量不透明线材直径 135
3.8 其他光电子探测器 136
3.8.1 光敏三极管 136
3.8.2 四象限探测器 138
3.8.3 位置敏感元件 140
习题3 144
第4 章 光发射器件 149
4.1 光发射材料 149
4.1.1 光发射与光吸收之间的关系 149
4.1.2 半导体发射光谱的特点 150
4.1.3 非辐射复合 153
4.2 半导体发光二极管 155
4.2.1 发光二极管的芯片结构 155
4.2.2 发光二极管的主要输出特性 160
4.2.3 发光二极管的应用 161
4.3 半导体激光器 163
4.3.1 半导体激光器受激放大条件 163
4.3.2 F-P LD 的波导结构 164
4.3.3 F-P LD 的输出特性 166
4.3.4 F-P LD 的激光输出模式 168
4.3.5 F-P LD 的应用 172
4.4 动态单模半导体激光器 174
4.4.1 分布反馈半导体激光器 175
4.4.2 分布布拉格反射型激光器 179
4.4.3 光栅外腔单模激光器 179
4.5 量子阱激光器 181
4.5.1 超晶格与量子阱 181
4.5.2 量子阱激光器的特征 181
4.5.3 量子线与量子点激光器 189
4.6 光纤激光器 190
4.6.1 稀土掺杂光纤激光器的工作物质 190
4.6.2 光纤激光器的泵浦方式 192
4.6.3 光纤激光器的选模技术 194
4.7 光放大器 198
4.7.1 半导体光放大器 198
4.7.2 掺铒光纤放大器 201
4.7.3 拉曼光纤放大器 204
4.7.4 光放大器的应用 205
习题4 206
第5 章 光显示器件 211
5.1 阴极射线管 211
5.1.1 单色阴极射线管 211
5.1.2 彩色阴极射线管 214
5.2 液晶显示器 216
5.2.1 液晶基础知识 216
5.2.2 扭曲向列型液晶显示器 218
5.2.3 超扭曲向列型液晶显示器 220
5.2.4 薄膜晶体管液晶显示器 221
5.3 等离子体显示器 223
5.3.1 气体放电基本知识 223
5.3.2 单色等离子体显示器 224
5.3.3 彩色等离子体显示器 226
习题5 229
参考文献 231
附录1 耦合模方程的推导 232
附录2 光电子探测器的噪声 234
附录3 有关思考、探究的参考答案 237
附录4 课时安排建议 242