现代光电子技术

第1章 从光量子到光电子 1 1.1 黑体辐射 普朗克光量子理论 1 1.2 光电效应 爱因斯坦光子假说 7 1.2.1 光电效应 8 1.2.2 光电效应方程 10 1.2.3 光的波粒二象性 10 1.2.4 光电效应的应用 11 1.3 康普顿效应 12 1.3.1 康普顿效应实验 12 1.3.2 光子理论解释 14 1.4 玻尔氢原子理论 15 1.4.1 氢原子光谱 16 1.4.2 氢原子结构半经典量子理论 17 1.4.3 氢原子结构半经典量子理论的评价 19 1.5 微观粒子的波粒二象性 不确定关系 19 1.5.1 微观粒子的波粒二象性 20 1.5.2 物质波的实验验证 20 1.5.3 不确定关系 23 1.6* 波函数 薛定谔方程 25 1.6.1 波函数的统计解释 25 1.6.2 薛定谔方程 26 1.6.3 求解定态薛定谔方程的一般步骤 27 1.6.4 薛定谔方程的应用 27 1.7* 电子自旋 四个量子数 34 1.7.1 电子自旋实验验证 34 1.7.2 四个量子数 35 1.8* 原子的电子壳层结构 36 1.8.1 泡利不相容原理 36 1.8.2 能量*小原理 36 1.9 计算机在从光量子到光电子中的应用 37 1.10 从光量子到光电子拓展性内容 38 1.10.1 一维简谐振子 38 1.10.2 氢原子 40 内容小结 43 习题 45 第2章 激光技术 48 2.1 激光原理 48 2.1.1 光传播的模式数目 48 2.1.2 光子的简并度 49 2.1.3 光子的简并度与单色亮度之间的关系 50 2.1.4 光的自发辐射 50 2.1.5 受激吸收 51 2.1.6 受激辐射 52 2.1.7 激光的产生 53 2.2 光学谐振腔 55 2.2.1 光学谐振腔的分类 55 2.2.2 光学谐振腔的作用 55 2.2.3 光学谐振腔的模式 56 2.3 激光选模 58 2.3.1 横模的选择 59 2.3.2 纵模的选择 59 2.4 稳频技术 62 2.4.1 腔长L的变化 63 2.4.2 折射率n的变化 64 2.4.3 稳频技术 65 2.5 激光锁模技术 67 2.5.1 锁模物理原理 67 2.5.2 激光锁模技术 69 2.5.3 【实验】声光调制锁模激光器实验 73 2.6 计算机在激光技术中的应用 75 2.7 激光技术拓展性内容 79 2.7.1 激光的艰难探索过程 79 2.7.2 红宝石激光器的问世 80 2.7.3 各种激光器的诞生 82 内容小结 91 习题 91 第3章 激光光纤通信 93 3.1 光波传输 93 3.1.1 光辐射的电磁理论 93 3.1.2 电磁场的波动方程 98 3.2 光纤通信 101 3.2.1 光纤损耗 104 3.2.2 光纤的色散 104 3.2.3 均匀纤芯光纤的波动方程 106 3.2.4 纤芯与包层中的电磁场 108 3.3 光子晶体光纤 110 3.3.1 PCF的分类 111 3.3.2 PCF的主要特征 112 3.3.3 分析计算PCF中光传输的理论基础 113 3.4 激光光纤通信 114 3.4.1 激光光纤通信系统的发展历程 115 3.4.2 激光光纤通信系统的应用 116 3.4.3 激光光纤通信系统展望 118 3.5 计算机在激光光纤通信中的应用 119 3.5.1 PCF建模设计、 分析与计算 119 3.5.2 双芯八边形结构PCF的色散补偿特性 124 3.5.3 【专利】超高负色散系数的PCF结构的设计 125 3.5.4 利用计算机设计光缆结构 129 3.6 激光光纤通信拓展性内容 131 3.6.1 单频光纤激光器 132 3.6.2 掺铒光纤放大器 136 3.6.3 光纤激光器发展现状 138 内容小结 140 习题 140 第4章 调制技术 142 4.1 电光效应 142 4.1.1 线性电光效应 142 4.1.2 KDP晶体 143 4.2 电光调制技术 145 4.2.1 KDP晶体的纵向电光调制 146 4.2.2 铌酸锂晶体的横向电光调制 148 4.2.3 改变直流偏压对输出特性的影响 150 4.2.4 二次电光效应 151 4.2.5 【实验】晶体的电光效应实验 152 4.3 磁光调制技术 154 4.3.1 磁光调制 154 4.3.2 【实验】晶体的法拉第效应实验 157 4.4 声光调制技术 159 4.4.1 声光衍射效应 160 4.4.2 拉曼奈斯声光效应 161 4.4.3 布拉格声光效应 163 4.4.4 驻波型声光器件衍射光强的调制度 164 4.4.5 声光器件 166 4.4.6 【实验】晶体的声光效应实验 168 4.5 计算机在调制技术中的应用 172 4.6 调制技术拓展性内容 173 4.6.1 发光 173 4.6.2 半导体发光的发展史 174 4.6.3 半导体LED发光 177 4.6.4 半导体激光二极管的种类 185 内容小结 187 习题 187 第5章 光电探测技术 190 5.1 光子吸收 190 5.2 光电探测器的分类 191 5.2.1 按内外光电效应分类 191 5.2.2 按光热效应分类 195 5.3 半导体光电探测器的性能评价 196 5.3.1 量子效率 196 5.3.2 响应度 197 5.3.3 暗电流 198 5.3.4 噪声和功率信噪比 199 5.3.5 照度特性 201 5.3.6 伏安特性 201 5.3.7 频率响应特性 202 5.3.8 温度稳定特性 203 5.4 光栅光谱仪的工作原理及应用 203 5.4.1 透射光栅 203 5.4.2 闪耀光栅 204 5.4.3 光谱仪 205 5.4.4 光波分复用器 206 5.4.5 波导光栅 207 5.4.6 光纤光栅 209 5.4.7 光栅分束器 209 5.5 MODIS传感器及其在海洋内波研究中的应用 210 5.5.1 MODIS遥感 211 5.5.2 海洋内波 213 5.6 光机电一体化 215 5.6.1 先进印刷装备3D打印机 216 5.6.2 亚龙YL235A型光机电一体化装置 217 5.6.3 激光制冷技术 218 5.7 【专利】 一种基于单幅白光干涉图样的等高线与三维形貌再现的方法 220 5.8 【实验】 用光电效应测定普朗克常量 223 5.9 计算机在光电探测技术中的应用 227 5.10 光电探测技术拓展性内容 228 5.10.1 阴极射线显像管显示技术的出现与发展 228 5.10.2 液晶显示技术 230 5.10.3 液晶显示屏的基本结构 231 5.10.4 薄膜场效应晶体管技术 233 5.10.5 有机发光二极管技术 234 5.10.6 增强现实技术与虚拟现实技术 236 内容小结 237 习题 237 第6章 光伏技术 239 6.1 太阳与太阳能 239 6.2 太阳电池 240 6.3 太阳电池组件 245 6.3.1 太阳电池组件工艺 245 6.3.2 晶体硅太阳电池组件的功率损失 248 6.3.3 BIPV组件 248 6.4 储能技术 249 6.5 智能电网与光伏发电并网技术 252 6.6 新颖太阳电池 254 6.7 计算机在光伏技术中的应用 256 6.8 光伏技术拓展性内容 259 6.8.1 【专利】一种在硅片上激光一次性二维阵列穿孔装置 259 6.8.2 【专利】一种海洋内波现场测量装置 262 内容小结 264 习题 264 第7章 激光应用技术 266 7.1 常用的激光器 266 7.2 激光的应用 269 7.2.1 激光测距 269 7.2.2 激光在纺织服装行业中的应用 272 7.2.3 激光在医疗中的应用 273 7.3 干涉型激光测试技术 273 7.3.1 激光外差干涉测试技术 273 7.3.2 激光斐索型干涉测试技术 276 7.3.3 激光散斑测试技术 278 7.3.4 激光全息测试技术 281 7.3.5 光子扫描隧道显微技术 288 7.4 衍射型激光测试技术 290 7.4.1 间隙测量技术 290 7.4.2 反射衍射测量技术 292 7.5 偏振型激光测试技术 294 7.6 【实验】利用等倾干涉测量HeNe激光器发光波长 295 7.7 计算机在激光应用技术中的应用 299 7.8 激光应用技术拓展性内容 301 7.8.1 激光加工 301 7.8.2 【专利】一种基于无人潜艇激光浅海测深装置 305 内容小结 307 习题 307 第8章 集成电路技术 311 8.1 集成电路产业及其发展历程 311 8.1.1 集成电路产业链 311 8.1.2 国内外微处理器的发展 313 8.1.3 集成电路技术 316 8.2 集成电路封装技术 320 8.2.1 封装技术现状及其发展趋势 320 8.2.2 集成电路的封装形式 321 8.2.3 集成电路的封装技术 324 8.3 集成电路测量检测技术 327 8.3.1 纳米尺度的测量 327 8.3.2 缺陷的检测 329 8.4 光刻技术 330 8.5 问题与思考 335 8.5.1 亟待解决的主要问题 335 8.5.2 下一步思考 336 8.6 计算机在集成电路技术中的应用 337 8.7 集成电路技术拓展性内容 339 8.7.1 第三代半导体材料GaN 339 8.7.2 【专利】一种基于激光制备沟槽MOSFET的方法与装置 345 内容小结 350 习题 351 附录 英文缩写词索引 352 人名索引 356 参考文献 360