1.1 光辐射
　　1.1.1 电磁波谱
　　光的电磁理论认为，光波是一种电磁波. 由麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场E(或变化磁场H)，在邻近区域将产生变化磁场H(或变化电场E)，这种变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，如图1.1 所示，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波. 电磁波具有以下性质.
　　图1.1 电磁波传播
　　(1)电场E、磁场H和波的传播方向k两两相互垂直，并满足右手螺旋定则.
　　(2)沿给定方向传播的电磁波具有偏振.
　　(3)空间各点电场E、磁场H都做周期性变化，而且相位相同.
　　(4)空间各点上的电场E、磁场H在量值上满足关系式
　　(5)电磁波在介质中的传播速度为，在真空中的传播速度为.
　　从无线电波到光波，从X射线到γ射线，都属于电磁波的范畴. 按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1.2所示，光辐射仅占电磁波谱的一极小波段. 图中还给出了各种波长范围(波段).
　　图1.2电磁波谱
　　光具有电磁波的一切特性. 一般光波的形式有：平面波、球面波和柱面波. 平面波波动的复数表达式为
　　式中，E0和H0分别为光波的电场强度复振幅和磁场强度复振幅；k为光波的波矢量，其大小(也称为波数)为k=2πλ，方向为光波的传播方向.
　　其中，太赫兹是指频率在0.1～10THz(1THz= 1012Hz)范围的电磁波，波长范围为3μm～3mm. 从频率上看，太赫兹波在微波与红外线之间，其长波段与亚毫米波相重合，短波段与红外线相重合；从能量上看，太赫兹波在电子和光子之间.首先，太赫兹波可以透过可见光和红外线所无法穿透的物质或材料，如塑料、陶瓷、绝热泡沫等，所以利用不同的太赫兹成像方式可以与可见光和X射线等成像技术互补. 基于太赫兹的高透性和安全性，太赫兹波可透过包装材料进行安检成像. 另外，太赫兹成像的高分辨率、大景深、安全和无接触性等优点使其在材料研究、安检、医学成像和军事成像等领域具有广泛的应用前景. 以毒品检查为例，毒品在微观上通常是有机大分子，毒品的有机分子间存在的弱相互作用及大分子的骨架振动等导致不同毒品对应在太赫兹波段将出现不同的吸收谱，通过对吸收峰的识别可以判别未知样品是否是毒品以及是何种毒品，如表1.1 所示为9 种毒品样品的太赫兹吸收峰所在位置频率.
　　表1.1 毒品的太赫兹吸收峰频率
　　其次，太赫兹光谱中含有丰富的物理和化学信息，大多物质在太赫兹波段都有指纹谱，利用不同的太赫兹光谱技术可以研究物质在太赫兹波段的性质. 主要应用领域有基础科学研究、空间观测、质量检测、军事安全等. 例如，根据不同爆炸物的折射率、吸收系数等丰富的光谱和结构等信息，太赫兹技术也可以被用来探测和鉴别爆炸物. 表1.2 为不同种类炸药在0～2.5THz内的特征吸收峰频率.
　　表1.2 几种炸药特征吸收峰频率
　　最后，太赫兹波段成为无线通信发展的重要频段，是通信发展的必然趋势. 太赫兹通信是继微波和光通信之后的又一重要频段，被誉为新一代的无线革命. 理论上来讲，在通信领域里，频率越高，通信容量就越大. 太赫兹波的频率比目前使用的微波要高1～4 个数量级，它能提供10Gbit/s以上的无线传输速率，这是微波无法达到的速度.
　　【例1.1】
　　计算由E= (？2i+ 2 3 j)ei( 3x+ y+6×108 t) 表示的平面光波电矢量的振动方向、传播方向、相位速度、振幅、频率和波长.
　　解 振动方向： tan2 3 32θ = =？？，故沿j轴偏离？i轴30°方向；
　　传播方向：波矢xy3 xyk= k+ k= E+ E，故沿？y轴偏离？x轴30°方向；
　　相位速度：v
　　振幅：A= (？2)2 + (2 3)2 = 4(m)；
　　频率：f
　　波长：λ = 2π
　　1.1.2 光辐射基础
　　光辐射是以电磁波形式或粒子(光子)形式传播的能量，这种传播的能量可以被光学元件反射、吸收、透射、成像或色散. 光辐射的波长在10nm～1mm，或频率在3×1016～3×1011Hz范围内. 按辐射波长及人眼的生理视觉效应，光辐射可分为紫外辐射、可见光和红外辐射.通常在可见到紫外光波段波长用nm表示、在红外光波段波长用μm表示，波数的单位用cm？1表示.
　　紫外辐射波长范围在1～380nm，是人视觉不能感受到的电磁波.紫外辐射又细分为近紫外、远紫外和极远紫外. 由于极远紫外在空气中几乎被完全吸收，只能在真空中传播，所以又称为真空紫外辐射.
　　可见光波长范围在380～760nm，是人视觉能感受到“光亮”的电磁波. 在可见光范围内，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色.红外辐射波长范围在0.76～1000μm. 通常分为近红外、中红外和远红外.
　　1.1.3 热辐射的基本定律
　　任何0K以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射. 热辐射具有连续的辐射谱，波长自远红外区到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要取决于物体的温度. 本节介绍热辐射的一些基本定律.
　　1. 单色吸收比和单色反射比
　　描述物体辐射规律的物理量是辐射出射度和单色辐射出射度，它们之间的关系为
　　任何物体向周围发射电磁波的同时，也吸收周围物体发射的辐射能. 当辐射从外界入射到不透明的物体表面上时，一部分能量被吸收，另一部分能量从表面反射(如果物体是透明的，则还有一部分能量透射).

目录
第1章光辐射与激光器h1
1.1光辐射1
1.1.1电磁波谱1
1.1.2光辐射基础4
1.1.3热辐射的基本定律4
1.2辐射度量与光度量6
1.2.1辐射度量7
1.2.2光度量9
1.2.3光度量和辐射度量的关系12
1.3激光基本原理12
1.3.1光子的基本性质12
1.3.2激光产生的物理基础14
1.4典型激光器及其特性18
1.4.1激光器的类别18
1.4.2典型激光器20
1.4.3激光特性25
光电科学家26
工程与技术案例27
练习题29
第2章光的传播32
2.1光在大气中的传播32
2.1.1大气传输32
2.1.2湍流效应35
2.2光在电光晶体中的传播37
2.2.1电光效应37
2.2.2相位延迟40
2.3光在声光晶体中的传播45
2.3.1声光效应45
2.3.2声光衍射46
2.4光在磁光介质中的传播49
2.4.1磁光效应49
2.4.2磁光偏振50
2.5光在光纤中的传播52
2.5.1弱导条件52
2.5.2阶跃型光纤中光的传播53
2.5.3梯度型光纤中子午光线的传播55
2.5.4光束在光纤波导中的衰减和色散特性56
2.6光在非线性介质中的传播58
2.6.1介质的非线性电极化58
2.6.2光学变频效应59
2.6.3强光引起介质折射率变化62
光电科学家63
工程与技术案例64
练习题66
第3章光的调制69
3.1调制原理69
3.1.1幅度调制70
3.1.2角度调制70
3.1.3光强调制72
3.1.4脉冲调制72
3.1.5数字调制73
3.2电光调制74
3.2.1强度调制74
3.2.2相位调制78
3.3声光调制79
3.3.1工作原理79
3.3.2调制参量80
3.3.3声光匹配82
3.4磁光调制83
3.4.1工作原理83
3.4.2光强调制83
3.5内调制84
3.5.1LD调制原理84
3.5.2LED调制特性85
3.5.3模/数调制85
3.6激光偏转器86
3.6.1激光偏转技术86
3.6.2电光偏转器87
3.6.3声光偏转器90
3.6.4电光数字式偏转器93
3.6.5光偏转技术特点及应用94
光电科学家96
工程与技术案例97
练习题98
第4章光的探测100
4.1物理效应100
4.1.1外光电效应101
4.1.2内光电效应102
4.1.3光热效应103
4.1.4光电转换定律105
4.2技术参数105
4.2.1灵敏度106
4.2.2量子效率107
4.2.3通量阈108
4.2.4噪声等效功率109
4.2.5归一化探测度109
4.3光敏电阻110
4.3.1工作原理111
4.3.2技术特性111
4.4光电池116
4.4.1工作原理116
4.4.2技术特性116
4.4.3太阳能电池119
4.4.4石墨烯太阳能电池123
4.5光电二极管125
4.5.1硅光电二极管125
4.5.2PIN硅光电二极管129
4.5.3雪崩光电二极管131
4.6光电三极管133
4.6.1光照特性133
4.6.2光谱特性134
4.6.3伏安特性134
光电科学家135
工程与技术案例136
练习题139
第5章光电成像142
5.1工作原理142
5.1.1CCD的结构与原理142
5.1.2CMOS的结构与原理154
5.1.3IRFPA的结构与原理156
5.2光电成像原理159
5.2.1基本结构159
5.2.2技术参数160
5.3红外成像技术161
5.3.1性能参数162
5.3.2空间分辨率162
5.3.3温度分辨率165
5.4夜视技术166
5.4.1微光像增强器的工作原理与性能参数166
5.4.2摄像CCD器件的工作原理171
光电科学家172
工程与技术案例173
练习题177
第6章显示技术及器件179
6.1阴极射线管179
6.1.1黑白显像管179
6.1.2彩色显像管181
6.2液晶显示185
6.2.1液晶及其光电特性185
6.2.2扭*向列型液晶显示188
6.2.3液晶显示器的技术参数190
6.3等离子体显示191
6.3.1发光原理192
6.3.2单色等离子体显示技术192
6.3.3彩色显示技术194
6.4有机发光二极管194
6.4.1结构及发光原理195
6.4.2制造原理197
6.4.3制备工艺198
6.4.4OLED与LED\LCD206
6.5激光显示207
光电科学家209
工程与技术案例210
练习题212
自我检测题及答案各章练习题参考答案215
参考文献223
附录224
附录1辐射度量与光度量的对应关系224
附录2晶体结构点群224
附录3张量225
附录4贝塞尔函数表229
光电子技术及器件专业术语231