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第1章 光信息源及其特性、光辐射的度量1

1.1 光的特性1

1.1.1 光的波动性1

1.1.2 光的粒子性3

1.1.3 平面光波的能量与能流密度矢量3

1.1.4 光的波粒二象性4

1.2 光辐射的度量4

1.2.1 光谱光视效率4

1.2.2 常用的光度量和辐射度量5

1.3 辐射传播的基本定律6

1.3.1 照度的余弦定律和朗伯表面辐射强度的余弦定律7

1.3.2 亮度守恒定律8

1.3.3 照度的距离平方反比定律9

1.4 光信息源及其特性9

1.4.1 光源的基本特性参数10

1.4.2 热辐射与黑体辐射定律12

1.4.3 自然辐射源—太阳、天空1

1.4.4 激光光源及其特点16

1.4.5 半导体发光二极管工作原理及特性22

习题25

参考文献26

第2章 光波在自由空间和波导中的传播27

2.1 球面波和平面波的复振幅表示27

2.1.1 球面波的复振幅表示27

2.1.2 平面波的复振幅表示29

2.2 平面波的角谱及角谱的传播30

2.2.1 平面波的空间频率30

2.2.2 平面波的角谱及其物理解释31

2.2.3 平面波角谱的传播32

2.2.4 衍射孔径对角谱的效应34

2.3 用角谱理论推导光在自由空间的传播34

2.3.1 标量衍射的推导及直观解释34

2.3.2 菲涅耳衍射公式35

2.3.3 夫琅禾费衍射与傅里叶变换36

2.4 光波在光波导中的传播36

2.4.1 基于几何光学的光纤维导光原理36

2.4.2 基于光的波动光学的波导导光理论38

2.4.3 光纤中的衰减43

2.4.4 单模光纤的横模44

2.4.5 单模光纤的色散45

习题47

参考文献48

第3章 光信息调制技术49

3.1 光调制的概念和基本原理49

3.1.1 光调制的概念及其分类49

3.1.2 光信号的调制原理49

3.1.3 实现光调制的几种效应54

3.2 光信号的调制常用技术55

3.2.1 直接调制和间接调制55

3.2.2 光强度调制技术56

3.2.3 光相位调制技术58

3.2.4 频率和波长的调制技术60

3.2.5 光偏振调制61

3.3 空间光调制技术64

3.3.1 空间光调制器及其分类64

3.3.2 液晶及其特性66

3.3.3 常见的空间光调制器69

3.4 基于光栅衍射的光的调制70

3.4.1 光栅的光通量调制71

3.4.2 光栅的频率调制72

习题72

参考文献73

第4章 光电信息转换原理及器件74

4.1 光电信息转换的物理基础—能带理论74

4.1.1 能带的形成74

4.1.2 能带结构75

4.1.3 本征半导体、掺杂半导体的能带75

4.2 半导体中的载流子浓度76

4.2.1 能级密度77

4.2.2 费米能级和电子占据率77

4.2.3 平衡载流子浓度78

4.2.4 本征半导体中的载流子浓度79

4.2.5 掺杂半导体的载流子浓度79

4.2.6 半导体中的非平衡载流子80

4.3 半导体光电效应84

4.3.1 光电导效应84

4.3.2 P-N结光生伏特效应86

4.3.3 光电子发射效应89

4.4 常用光电信息转换器件90

4.4.1 光电信息转换器件的主要参数90

4.4.2 光电发射器件92

4.4.3 光电导器件94

4.4.4 半导体结型器件94

4.4.5 电荷耦合器件101

4.4.6 CMOS图像传感器104

4.4.7 光电信息转换器件的部分性能比较108

习题108

参考文献109

第5章 光学成像系统的传递函数110

5.1 二维线性时、空不变系统110

5.1.1 二维线性系统的定义110

5.1.2 脉冲响应和叠加积分111

5.2 二维傅里叶变换111

5.2.1 二维傅里叶变换的定义及存在条件112

5.2.2 可分离变量函数的傅里叶变换112

5.2.3 具有圆对称函数的二维傅里叶变换—傅里叶-贝塞尔变换112

5.2.4 二维傅里叶变换定理113

5.2.5 常用函数和二维傅里叶变换11

5.3 二维线性空不变系统：传递函数117

5.4 二维抽样理论118

5.4.1 函数的抽样118

5.4.2 从抽样信号中恢复原函数119

5.4.3 空间-带宽积121

5.5 透镜的傅里叶变换121

5.5.1 透镜的相位变换作用121

5.5.2 透镜的傅里叶变换性质122

5.6 光的时、空相干性理论126

5.6.1 互相干函数与复相干度，交叉谱密度函数126

5.6.2 光场自相干函数Γ（τ）和复自相干度128

5.6.3 准单色条件下光场的互强度J和复相干因子μ129

5.6.4 相干时间、相干长度、相干面积130

5.7 成像系统的一般分析131

5.7.1 透镜的点扩散函数PSF131

5.7.2 衍射受限成像系统的点扩散函数-用光瞳函数代替透镜的孔径函数134

5.8 衍射受限系统的相干传递函数（CTF）137

5.8.1 相干照明衍射受限系统的物像关系137

5.8.2 衍射受限系统相干传递函数137

5.9 衍射受限成像非相干系统的传递函数138

5.9.1 非相干成像系统的光学传递函数（OTF）138

5.9.2 光学传递函数（OTF）与相干传递函数CTF的关系141

5.9.3 衍射受限的成像系统OTF141

5.10 准单色光照明下衍射受限光学系统的部分相干传递函数143

5.10.1 准单色光的传播和衍射143

5.10.2 薄透明物体对互强度的调制144

5.10.3 部分相干光的衍射144

5.10.4 范西特-策尼克定理146

5.10.5 部分相干场中透镜的傅里叶变换性质149

5.10.6 准单色光照明的光学成像系统的传递函数150

5.11 像差对传递函数的修正152

习题153

参考文献157

第6章 光信息处理技术158

6.1 空间滤波158

6.1.1 阿贝成像理论158

6.1.2 阿贝-波特实验159

6.1.3 空间滤波系统160

6.2 相干光学信息处理162

6.2.1 相干光学滤波系统162

6.2.2 空间滤波的傅里叶分析163

6.2.3 空间光学滤波器的类型166

6.2.4 光学系统补偿滤波器168

6.2.5 几种相干处理技术169

6.3 非相干光学处理及其应用171

6.3.1 相干与非相干光学处理主要差异172

6.3.2 图像的相乘和积分174

6.3.3 非相干光学相关与卷积处理175

6.3.4 基于衍射的非相干光学处理177

6.3.5 基于非相干的多通道并行处理179

习题180

参考文献181

第7章 光电信息的存储与显示182

7.1 光存储技术182

7.1.1 光盘存储182

7.1.2 光全息存储189

7.2 半导体存储技术194

7.2.1 半导体存储器特点195

7.2.2 半导体存储器的分类195

7.2.3 半导体存储器的基本结构和组成197

7.2.4 快闪存储器199

7.3 显示器的结构、分类及其性能比较201

7.3.1 显示器的功能、性能、基本结构和分类201

7.3.2 显示器件基本特性的比较204

7.4 典型显示器的工作原理和基本技术205

7.4.1 液晶显示器（LCD）205

7.4.2 单晶硅反射式液晶（LCOS）技术211

7.4.3 等离子体显示器（PDP）213

7.4.4 有机发光显示技术（OLED）218

习题221

参考文献222

第8章 典型光电信息系统223

8.1 人眼屈光度光电测试系统223

8.1.1 屈光度光学测量原理223

8.1.2 眼底图像信息的采集与处理224

8.1.3 眼底图像信息的采集与处理结果225

8.2 高能X射线计算机层析光电成像系统225

8.2.1 X射线的计算层析（CT）原理225

8.2.2 高能X射线CT光电成像系统的构成227

8.2.3 疵病检测实例228

8.3 基于光栅衍射的窄脉冲激光光电告警系统229

8.3.1 激光光电告警系统的总体结构229

8.3.2 基于光栅衍射的窄脉冲激光波长和方向探测原理230

8.3.3 干涉条纹的实时采集与处理231

8.3.4 样机及其技术指标232

8.4 弹丸飞行速度的光电测试技术233

8.4.1 光电测速靶的基本原理及组成233

8.4.2 光电靶的类型234

8.5 基于黑体辐射的瞬态高温测量及校准技术235

8.5.1 蓝宝石光纤瞬态表面高温技术235

8.5.2 瞬态表面温度动态校准仪240

8.6 基于气体特征光谱吸收的瓦斯浓度光电监测系统243

8.6.1 瓦斯浓度光谱检测的基本原理243

8.6.2 差分吸收检测系统245

8.6.3 波长调制检测系统246

8.7 光电混合实时指纹识别系统248

8.7.1 光学指纹获取技术248

8.7.2 基于联合变换相关（JTC）和液晶光阀的指纹实时识别系统249

习题252

参考文献252

附录A 现代光电信息技术与应用信息源254

附录B 光电信息技术汉英名词术语对照257

附录C 缩略词265