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上篇2

第1章光控器件的基础2

1.1 电光控器件的物理基础2

1.1.1 光在晶体中传播的规律——自然双折射2

1.1.2功能性晶体的电学性能3

1.1.3 晶体的电光效应6

1.1.4普克尔效应（Pockels）7

1.1.5电光相位延时与外加电压8

1.1.6横向电光效应9

1.1.7克尔（Ker）效应10

1.1.8光的偏振态11

1.2声光、磁光控制器件的物理基础13

1.2.1声光效应13

1.2.2磁光（Faraday）效应15

1.3光折变（Photorefractive）效应17

1.4激光信号调制的基本理论17

1.4.1相干信号的调制17

1.4.2调制种类18

1.5波导器件的理论基础23

1.5.1概述23

1.5.2半导体“能带工程”24

1.5.3半导体材料的超晶格化、控制与应用25

1.5.4量子阱、量子线和量子点原理27

1.5.5量子约束斯塔克效应29

1.5.6光波导器件的速度与吞吐量30

1.6波导器件传光的基本理论31

1.6.1平板光波导传光原理31

1.6.2平板波导中的场分布的分析38

1.6.3光波导的耦合分析39

1.6.4三维波导传输模式分析43

思考题与习题49

第2章电、磁光控器件51

2.1空间光调制器51

2.1.1 空间光调制器的类型51

2.1.2 空间光调制器寻址原理52

2.2电光调制器55

2.2.1 电光体相位调制器55

2.2.2电光体强度调制器56

2.2.3电光体行波调制器57

2.2.4电光波导调制器59

2.2.5对电光体调制器的要求及其参数的选择64

2.2.6微通道板空间光调制器66

2.3 电光体数字式偏转器68

2.3.1一级一维电光体数字式偏转器68

2.3.2三级电光体数字式偏转器69

2.4磁光调制器70

2.4.1磁光体调制器70

2.4.2磁光波导调制器71

2.5半导体激光器（LD）直接（内）调制器72

2.5.1半导体激光器（LD）直接调制器的原理72

2.5.2半导体发光二极管（LED）的调制特性73

2.5.3半导体光源的模拟调制74

2.5.4半导体光源的PCM数字调制器74

2.6 电、磁光空间光调制器75

2.6.1泡克耳斯电光空间调制器76

2.6.2液晶空间光调制器（SLM）78

2.6.3磁光空间光调制器86

2.7电、磁光Q开关88

2.8调制器件的典型应用89

2.8.1溶液自动检测89

2.8.2电力自动检测90

思考题与习题91

第3章典型的声光控制器件92

3.1 声光器件的控制作用92

3.1.1 声光器件对光的调制过程92

3.1.2声光移频器的移频作用92

3.1.3声光可调谐滤光器的滤光原理92

3.1.4声光偏转器的偏转作用93

3.2声光控制器件的类型94

3.2.1 用来调制光束强度的声光器件94

3.2.2用来改变光束方向的声光器件94

3.2.3 选择光束波长的声光器件95

3.2.4引起光束频移的声光器件95

3.3声光器件的材料和结构95

3.3.1声光器件的晶体材料95

3.3.2 电换能器97

3.3.3声光的相互作用介质98

3.4声光器件的用途及特性参数98

3.4.1声光器件的用途98

3.4.2声光器件的特性参数99

3.5表面波声光器件103

3.5.1表面波声光器件原理103

3.5.2表面波声光器件及其应用104

3.6声光体调制器106

3.6.1声光体调制器的构成106

3.6.2声光调制器的工作原理107

3.6.3声光波导调制器108

3.7声光多量子阱空间光调制器109

3.7.1声波诱导的斯塔克效应及其调制器的基本结构109

3.7.2量子受限斯塔克效应增强的布喇格调制器110

3.8声光器件的应用111

3.8.1 声光调Q111

3.8.2用声光器件锁模113

3.8.3声光频谱分析113

3.8.4声光器件在军事装备中的典型应用116

思考题与习题121

第4章无源光波导控制器件123

4.1波导开关器件123

4.1.1定向耦合光开关123

4.1.2无源波导开关125

4.2几何光学波导器件131

4.2.1 二维几何光学概念131

4.2.2光波导透镜132

4.2.3波导反射镜和棱镜133

4.3无源光波导调制器134

4.3.1 电光波导调制器134

4.3.2声光波导调制器136

4.4波导光栅器件137

4.4.1 波导光栅类型137

4.4.2波导光栅耦合器137

4.4.3波导光栅偏转器138

4.4.4 非线性波导光栅器139

4.5波导光逻辑器件139

4.5.1光逻辑器件的组成及其类型139

4.5.2波导电光逻辑器件的结构及类型141

4.5.3光学双稳态器件的原理142

4.6光波导偏振器146

4.7波导光学器件的应用147

4.7.1在光纤通信中应用147

4.7.2在传感器中应用147

4.7.3在信号处理中应用148

4.7.4在电子对抗中的应用149

思考题与习题150

中篇152

第5章半导体激光器件152

5.1概述152

5.1.1半导体激光器的分类152

5.1.2半导体激光器的工作原理153

5.2半导体激光器的特性156

5.2.1伏安特性156

5.2.2阈值电流156

5.2.3方向性157

5.2.4光谱特性157

5.2.5转换效率158

5.3典型的半导体激光器159

5.3.1半导体结型二极管注入式激光器159

5.3.2垂直腔表面发射半导体激光器160

5.3.3同质结半导体激光器160

5.3.4异质结半导体激光器161

5.3.5可见光半导体激光器162

5.3.6分布反馈式半导体激光器（DFB）166

5.3.7量子阱半导体激光器167

5.4用于雷达中的高性能半导体激光器169

5.4.1 高速半导体激光器169

5.4.2高速F-P激光器和DFB激光器170

5.4.3 高速量子阱半导体激光器171

5.4.4高速量子点半导体激光器173

5.5用于光纤通信中的波导半导体激光器174

5.5.1光纤通信中常用的光波导激光器174

5.5.2光纤通信中常用的半导体孤子激光器175

5.6光泵用大功率半导体激光器阵列176

5.6.1 阵列器件的输出特性176

5.6.2远场特性177

5.6.3温度特性177

5.6.4阵列器件寿命178

5.7半导体激光器目前发展方向和途径178

5.7.1向短波长方向发展178

5.7.2实现短波长光盘的相干光源的途径178

5.7.3 高性能量子阱半导体激光器的发展178

思考题与习题179

第6章固体激光器180

6.1概述180

6.1.1 固体激光器的基本结构180

6.1.2固体激光器的灯光泵浦系统184

6.2处在发展中的DPSSL189

6.2.1 DPSSL的特点190

6.2.2 DPSSL的一般结构191

6.2.3典型的高功率DPSSL191

6.3高功率DPSSL的关键技术196

6.3.1对三管阵列对称分布的DPSSL的分析196

6.3.2对紧包腔侧面泵浦的DPSSL的分析[20]198

6.4新型的DPSSL激光器及其应用200

6.4.1 大功率LD泵浦的Yb：YAG激光器200

6.4.2高功率板条DPSSL在惯性约束聚变中的应用202

6.5其它类固体激光器204

6.5.1 可调谐固体激光器及其应用204

6.5.2掺钛蓝宝石激光器及其锁模206

6.6新颖的高功率光纤激光器208

6.6.1高功率光纤激光器的发展208

6.6.2双包层光纤激光器的传光原理210

6.6.3全加固侧面并行泵浦光纤激光器210

6.6.4多耦合输出的光纤激光器211

6.7高功率固体激光器的改进与发展212

6.7.1 高功率固体激光器的改进212

6.7.2 国内外高功率DPSSL的发展213

思考题与习题214

第7章高能激光器215

7.1高能激光器的概述215

7.1.1能级与跃迁215

7.1.2激励、自发辐射、受激辐射216

7.1.3 高能激光光源的特性217

7.2高能化学激光器219

7.2.1化学激光器220

7.2.2氟化氢（HF）、氟化氘（DF）化学激光器221

7.2.3氧碘化学激光器223

7.2.4 氟化氘和氧碘化学激光器的军事应用224

7.2.5化学激光器的应用条件和关键技术参数224

7.3 CO2气体激光器225

7.3.1 CO2气体激光器工作原理225

7.3.2 CO激光器和CO2激光器的放电过程226

7.3.3 CO和CO2激光器的特点226

7.3.4 CO2激光器自身的特点226

7.4 自由电子激光器227

7.4.1 自由电子激光器概述227

7.4.2 自由电子激光的自发辐射、受激辐射过程231

7.4.3我国北京自由电子激光装置（BFEL）234

7.4.4 自由电子激光的主要应用领域237

7.4.5 自由电子激光器的关键技术与发展趋势237

思考题与习题241

下篇245

第8章高速光电探测器件245

8.1光电二极管245

8.1.1硅（Si）光电二极管246

8.1.2 PIN硅光电二极管248

8.1.3高速波导半导体探测器249

8.1.4雪崩光电二极管（APD）251

8.2分立探测器的应用256

8.2.1用于直接探测系统中的分立探测器256

8.2.2超快光电系统中APD的导通方式259

8.3多元（多色）探测器[24]262

8.3.1 多元（多色）探测器的特殊用途262

8.3.2多元探测器及其通用组件263

8.4多元探测器的应用和发展265

8.4.1用双元探测器测速265

8.4.2多元探测器的一般应用266

8.4.3多元探测器的军事应用268

8.4.4多元光电探测器用于制导系统的发展方向274

思考题与习题275

第9章 电荷耦合固体成像器件276

9.1概述276

9.1.1获取图像过程276

9.1.2 CCD成像器件的发展276

9.1.3 固体成像器件的分类277

9.2 CCD电荷耦合器件的基本原理279

9.2.1电荷存储（输入）279

9.2.2电荷耦合器件的结构279

9.2.3信号电荷的转移280

9.2.4信号电荷的注入和检出282

9.2.5线阵CCD器件284

9.2.6面阵CCD器件285

9.2.7 CMOS成像器件286

9.2.8电荷注入成像器件（CID）288

9.3各类CCD器件的比较290

9.3.1 SSPD结构的主要缺点291

9.3.2 CCD主要优缺点292

9.3.3表面沟道和体内沟道的转移结构和性能的比较292

9.3.4 CMOS器件的优点293

9.3.5 CMOS与CCD器件的比较293

9.3.6 CID图像传感器的优缺点293

9.4 CCD耦合器件主要特性参数及测试294

9.5 CCD成像器件主要应用298

9.5.1 电荷耦合器件主要应用领域298

9.5.2 CCD在摄像机上的应用298

9.5.3典型的CCD彩色数码照相机300

9.5.4线阵CCD用于实时动态测量302

9.5.5 高精度CCD图像和数据的判读和处理303

9.5.6在全空无源探测预警系统中的应用304

9.5.7拼接CCD用于高帧频摄像测量系统306

9.5.8 CCD的其它应用307

9.5.9 CMOS成像传感器的最新应用309

9.5.10在星、船跟踪器上的应用311

9.6展望312

9.6.1 CCD高帧频摄像技术的国内外发展情况312

9.6.2 CCD应用中存在的主要问题和解决方法313

思考题与习题317

第1 0章特种成像探测器件318

10.1概述318

10.1.1从红外变像管到像增强器318

10.1.2从普通的CCD到带有像增强的微光CCD319

10.1.3微光CCD成像器件特点320

10.1.4微光CCD成像器件类型320

10.2 电子轰击电荷耦合成像器件（EB-CCD）321

10.2.1 电子轰击电荷耦合器件的构成321

10.2.2 EBCCD结构类型322

10.2.3各代像增强器的结构及技术特点323

10.2.4微光摄像器件选用原则327

10.2.5微光像增强器的工作原理328

10.2.6多帧积累型微光CCD摄像器332

10.3 X射线像增强器333

10.3.1 X光像增强器结构333

10.3.2 医用X光电视系统335

10.3.3工业用X光光电检测系统336

10.3.4 30cm大屏幕分辨力X光电视应用系统337

10.4紫外光和红外光探测器338

10.4.1紫外光探测器338

10.4.2红外CCD成像器件339

10.5微光成像器件的主要性能指标339

10.6微光CCD成像器件的主要技术342

10.6.1微光CCD成像器件集光概率342

10.6.2微光CCD成像器件的激发方式343

10.6.3 EBCCD的信号传输方式347

10.6.4耦合增益与耦合损耗348

10.7EBCCD专用CCD组件351

10.7.1 EBCCD组件351

10.7.2 EBCCD器件的应用领域352

思考题与习题354

第11章红外焦平面探测器件355

11.1 红外焦平面阵列（IRFPA）成像器件概述355

11.1.1 IRFPA含义及发展355

11.1.2 IRFPA特点356

11.1.3 IRFPA的分类及约束条件357

11.1.4红外焦平面阵列器件构成原理357

11.2红外探测器及其材料362

11.2.1红外探测器的几个重要参数362

11.2.2内光电效应的光子探测器362

11.2.3热探测器372

11.2.4量子阱探测器（QWIP）及IRFPA373

11.2.5红外探测器材料378

11.3 红外焦平面读出电路382

11.3.1 CCD在红外焦平面中的应用382

11.3.2 电荷耦合器件在焦平面中的主要噪声383

11.4几种典型的焦平面器件385

11.4.1 MOSFET开关阵列器件385

11.4.2戽链BBD阵列器件386

11.4.3 电荷注入阵列器件（CID）387

11.4.4 电荷成像矩阵（CIM）器件388

11.4.5红外焦平面器件的输入电路389

11.5红外焦平面的特性参数及其测试评价391

11.5.1光电响应特性392

11.5.2噪声与极限特性394

11.5.3红外焦平面成像特性395

11.5.4其它395

11.5.5特性参数的测试396

11.6红外焦平面技术应用及发展前景397

11.6.1 热成像技术的应用[6,29,34,35]397

11.6.2发展和前景399

思考题与习题402

参考文献404