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目录1

第一章 热辐射1

1.1 黑体辐射的基本定律1

1.1.1 普朗克定律1

1.1.2 斯忒藩-玻耳兹曼定律1

1.1.3 维恩位移定律2

1.1.4 用每秒光子数表示的光谱辐亮度2

1.1.5 黑体辐射函数2

1.1.6 辐射对比度3

1.2 黑体辐射曲线5

1.3 黑体辐射数据表6

1.4 辐射源的发射率11

1.4.1 发射率11

1.4.2 几种常见材料的发射率12

1.5 辐射源21

1.5.1 目标21

1.5.2 其他红外辐射源23

1.5.3 黑体26

1.5.4 太阳27

1.5.5 月亮28

1.5.6 恒星和行星29

1.5.7 地球31

1.5.8 人体和地面车辆32

1.6 背景辐射32

1.6.1 天空32

1.6.2 自然光照度等级汇总及其时间变异35

1.6.3 海洋背景36

第二章 大气传输38

2.1 大气结构及物理性质38

2.1.1 标准大气模式38

2.1.2 气溶胶模式42

2.1.3 大气成分44

2.2 大气透射率44

2.2.1 大气透射率的理论基础45

2.2.2 透射率的估算47

2.3.1 大气折射率结构常数64

2.3 湍流效应64

2.3.2 闪烁67

2.3.3 光束漂移与像点抖动71

2.3.4 有限光束扩展75

2.3.5 外差效率76

2.4 折射效应77

2.4.1 折射率77

2.4.2 角度修正78

2.4.3 地平俯角与地平视程79

2.4.4 距离修正80

第三章 光学薄膜84

3.1 引言84

3.2 光学薄膜的分类84

3.3 光学薄膜的计算84

3.3.1 矢量作图法84

3.3.2 导纳矩阵法88

计算机程序（BCY语言）89

3.3.3 计算膜系反射率R的电子89

3.4 常用光学材料及其特性91

3.5 增透膜105

3.5.1 单层增透膜105

3.5.2 双层增透膜107

3.5.3 三层增透膜109

3.5.4 四层增透膜111

3.6.1 金属反光膜112

3.6 反光膜112

3.6.2 多层介质反光膜113

3.7 分光膜121

3.7.1 强度分光膜121

3.7.2 偏振分光膜124

3.8 滤光膜126

3.8.1 带通滤光片126

3.8.2 截止滤光片132

3.8.3 常用14种激光多层介质膜的特性145

4.2 激光与红外光学系统的基本149

4.1.2 符号规则149

特点和主要选用原则149

4 2.1 基本特点149

号规则149

4.1 符号、名称、单位以及符149

第四章 光学系统149

4.1.1 符号、名称和单位149

4.2.2 选用原则150

4.3 望远系统150

4.3.1 望远系统的基本参数151

4.3.2 望远系统在激光与红外技术中的应用151

4.4 望远物镜153

4.4.1 折射式物镜153

4.4.2 反射式物镜156

4.4.3 双反射镜物镜（系统）158

4.4.4 折反射物镜159

4.4.5 某些光学系统象差弥散圆的快速计算法162

4.5 显微镜系统及其显微物镜165

4.6.1 激光应用的光学玻璃167

4.6.2 红外应用的光学材料167

4.6 光学材料167

4.7 计算实例171

4.7.1 激光应用的光学系统实例171

4.7.2 红外应用的光学系统实例177

第五章 光学元件193

5.1 引言193

5.2 探测器光学元件193

5.2.1 场镜193

5.2.2 光锥194

5.2.3 浸没透镜195

5.3 扫描器196

5.3.1 扫描器的种类及其性能比较196

5.3.2 物方扫描和象方扫描202

5.3.3 限制扫描效率的因素203

5.4 偏振器204

5.4.1 偏振器的几个基本关系204

5.4.2 棱镜偏振器205

5.4.3 二向色性和衍射型偏振器215

5.4.4 斜入射的反射和透射偏振器217

5.4.5 延迟板（波片）223

5.5 角反射器226

5.5.1 角反射器的反射特性226

5.5.2 影响角反射器定向反射能力的因素227

5.5.3 角反射器的回波强度229

5.5.4 角反射器的有效孔径和有效反射面积230

5.5.5 角反射器的有效反射率230

5.6.1 透镜的傅里叶变换特性231

5.6 傅里叶变换透镜231

5.6.2 傅里叶变换透镜的基本参数232

5.6.3 傅里叶变换透镜的消象差要求232

5.6.4 傅里叶变换透镜的基本类型233

5.7 光学纤维235

5.7.1 光学纤维的结构形式235

5.7.2 光学纤维的基本特性和参数235

5.7.3 制备光学纤维的材料242

6.1.1 一般概念与射线矩阵246

6.1 近轴光线246

第六章 光束、模式和光学谐振腔246

6.1.2 几种基本光学系统的射线247

矩阵247

6.1.3 射线矩阵应用举例249

6.2 高斯光束250

6.2.1 高斯光束的一般理论250

6.2.2 高斯光束变换252

6.2.4 高斯光束模式254

传播254

6.2.3 高斯光束在特殊介质中的254

6.2.5 高斯光束的模式匹配255

6.3 传播圆的图解法及圆图257

6.3.1 传播圆的图解法257

6.3.2 圆图259

6.4 稳定光学谐振腔260

6.4.1 谐振腔的稳定性260

6.4.2 谐振腔类型261

6.4.4 激光谐振腔的积分方程262

6.4.3 谐振腔模式的一般概念262

6.4.5 激光束尺寸和谐振条件264

6.4.6 衍射损耗和相移267

6.4.7 等效谐振腔系统268

6.5 非稳定光学谐振腔270

（非稳腔）270

6.5.1 非稳腔的一般介绍270

6.5.2 各种非稳腔结构和主要270

参数270

6.5.3 两种应用较多的非稳腔271

6.6 模式花样与模式偏振274

6.6.1 稳定腔的近似模式花样274

6.6.2 N＝1的精确模式花样276

6.6.3 模式偏振276

6.7 各种非稳腔的模式花样277

6.7.1 非稳腔的模式损耗277

6.7.3 非稳腔的基模近场和远场分布279

6.7.2 非稳腔的模式强度和相位分布279

6.8 模式选择技术282

6.8.1 横模选择技术282

6.8.2 纵模选择技术286

第七章 固体激光器291

7.1 激光振荡器291

7.1.1 玻耳兹曼统计分布291

7.1.2 单色辐射与理想的二能级原子系统的相互作用291

7.1.3 原子跃迁线型和线宽292

7.1.4 受激吸收截面和受激发射截面293

7.1.5 激光速率方程294

7.1.6 激光器的振荡阈值条件296

7.1.7 增益系数和增益饱和297

7.1.8 稳态输出功率与最佳输出297

耦合度297

7.2 激光放大器300

7.2.1 脉冲放大器301

7.3 固体激光工作物质305

7.3.1 激活离子305

7.2.2 稳态放大305

7.3.2 常用激光晶体306

7.3.3 正分高浓度激光晶体306

7.3.4 太阳能泵浦激光工作物质307

7.3.5 可调谐固体激光工作物质307

7.3.6 激光玻璃307

7.4 聚光器308

7.4.1 聚光器的类型308

7.4.2 聚光器的能量传输效率310

7.4.3 聚光器的反射表面311

7.5 泵浦光源312

7.5.1 惰性气体放电灯312

7.5.2 钨丝灯320

7.5.3 金属蒸气放电灯320

7.5.4 二极管泵浦321

7.5.5 太阳能泵浦322

7.6 固体激光器电路322

7.6.1 脉冲固体激光器电源323

7.6.2 连续固体激光器电源333

7.7.1 热效应336

7.7 热效应及其冷却措施336

7.7.2 冷却措施340

7.8 典型固体激光器的性能342

7.8.1 微型钕激光器342

7.8.2 小型单脉冲激光器343

7.8.3 中小功率电光Q开关重复频率激光器344

7.8.5 内腔锁模倍频Nd:YAG激345

光器345

7.8.4 声光调Q高重复频率激光器345

7.8.6 高峰值功率亚纳秒倍频激346

光器346

7.8.7 SHIVA激光装置-20路激光347

系统347

7.8.8 325D振荡／放大器型TEM00模激光器349

7.8.9 可调谐固体激光器349

附表及附图353

8.2.1 放电激励417

8.2 气体激光器的激励方式417

8.1 引言417

第八章 气体激光器417

8.2.2 气动热激励422

8.2.3 化学激励422

8.2.4 光激励424

8.2.5 核能激励424

8.3 原子气体激光器425

8.3.1 原子气体激光器的激励类型425

8.3.2 原子气体激光器的激励机理426

8.3.3 惰性气体原子激光器-He-Ne激光器427

8.3.4 铜及其他金属原子蒸气激光器439

8.4 离子气体激光器440

8.4.1 惰性气体离子激光器440

8.4.2 金属蒸气离子激光器449

8.5 分子气体激光器451

8.5.1 双原子分子气体激光器451

8.5.2 三原子和多原子分子气体激光器454

8.6 准分子激光器472

8.6.1 准分子系统的特征473

8.6.2 激励方法和结构474

8.6.3 准分子激光器分类475

8.7 气体激光器的选模技术480

8.7.1 “粗略的”选频方法480

8.7.2 横模选择481

8.7.3 纵模选择482

第九章 半导体激光器487

9.1 引言487

9.2.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物及其固溶体488

9.2 激光二极管的材料488

9.2.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物及其固溶体491

9.3 激光二极管的结构491

9.3.1 按垂直于结方向的结构分类491

9.3.2 按平行于结方向的结构分类493

9.4 主要理论结果496

9.4.1 单异质结构宽面激光二极管496

9.4.2 双异质结构条形激光二极管501

9.5.1 GaAs-A10.3Ga0.7As单异质结构宽面激光二极管505

激光二极管505

9.5 GaAs-Al0.3Ga0.7As异质结构505

9.5.2 GaA s-A10.3Ga0.7As双异质结构条形激光二极管506

9.5.3 GaAs-A10.3Ga0.7As异质结构激光二极管的退化和寿命508

9.6 其他材料和结构的半导体激510

光器510

9.6.1 InGaPAs-InP双异质结构条形激光二极管510

9.6.2 PbSnTe-PbTe双异质结构条形激光二极管512

9.6.4 PNPN负阻激光器513

9.6.3 分布反馈激光器513

9.7 光纤通信用的激光二极管514

第十章 染料激光器516

10.1 引言516

10.2 激光泵浦的脉冲染料激517

光器517

10.2.1 结构及工作原理517

10.2.2 调谐方法519

10.2.3 脉冲染料激光放大器526

激光器532

10.3 闪光灯泵浦的染料激光器532

10.3.1 直管闪光灯泵浦的染料532

10.3.2 同轴式闪光灯泵浦的染533

料激光器533

10.3.3 闪光灯泵浦的染料激光534

器性能534

10.4 连续波染料激光器538

10.4.1 直腔连续波染料激光器的谐振腔结构及性能539

10.4.2 环形腔连续波染料激光器的结构及性能543

10.4.3 连续波染料激光器的频率稳定技术549

10.4.4 连续波染料激光器的喷551

流技术551

10.5 超短脉冲染料激光器554

10.5.1 锁模染料激光器554

10.5.2 同步泵浦锁模染料激光器554

10.6 染料激光器的应用555

10.6.1 激光光谱学555

10.6.3 其他556

10.6.2 激光分离同位素556

第十一章 激光倍频与参量振荡558

11.1 光学非线性相互作用558

11.1.1 介质的非线性极化558

11.1.2 非线性光学系数559

11.1.3 非线性耦合波方程563

11.2 二次谐波产生564

11.2.1 二次谐波的输出功率565

11.2.2 相位匹配566

11.2.3 有效非线性光学系数571

11.2.4 聚焦束倍频572

11.2.5 腔内倍频574

11.2.6 基波光束质量的影响577

11.2.7 高功率倍频过程中热量的产生及克服措施579

11.3 光学参量振荡583

11.3.1 光学参量振荡器概述583

11.3.2 参量互作用的增益584

功率586

11.3.3 参量振荡器的泵浦阈值586

11.3.4 参量振荡器的功率转换587

效率587

11.3.5 参量振荡器的调谐和输590

出特性590

11.4 常用非线性晶体简介594

11.4.1 非线性晶体的基本要求594

11.4.2 常用非线性晶体595

附表596

第十二章 电光、声光器件和材料633

12.1 引言633

12.2 电光、声光器件的理论633

基础633

12.2.1 一些物理效应在电光、声光器件中的应用634

12.2.2 折射率椭球及其应用635

12.3 电光调制器和偏转器642

12.3.1 电光调制器的分类643

12.3.2 电光调制器的主要参数645

12.3.3 电光调制器设计中的一些主要问题647

12.3.4 横向LiTaO3强度调制器656

12.3.5 电光Q开关656

12.3.6 电光腔倒空659

12.3.7 电光偏转器660

12.4 声光器件662

12.4.1 声光相互作用的分类及声光器件的组成662

12.4.2 声光器件的主要参数664

12.4.3 声光器件的设计考虑665

12.4.4 声光器件在连续泵浦脉冲激光器中的应用675

12.4.5 声光偏转器677

12.5 锁模678

12.5.1 锁模激光器的输出特性679

12.5.2 振幅调制锁模680

12.5.3 相位调制锁模681

12.5.4 声光锁模调制器682

12.5.5 电光锁模相位调制器683

12.5.8 锁模激光器684

12.5.7 锁模瞬态解684

12.5.6 电光锁模振幅调制器684

第十三章 激光参数测量688

13.1 脉冲能量和连续功率的688

测量688

13.1.1 直接量热法688

13.1.2 热电法689

13.1.3 光电法689

13.1.4 光化学法690

13.1.5 光压法691

13.1.6 光学衰减器692

13.2 脉冲宽度的测量694

13.3 光束发散角的测量695

13.4 波长和谱线宽度的测量697

13.5 偏振的测量698

13.6 模式的测量698

量方法699

13.8.2 激光晶体性能参数和测699

13.8.1 影响激光晶体性能的因素699

13.8 激光晶体性能参数和测量699

定度和工作寿命的测量699

13.7 激光器输出功率（能量）稳699

第十四章 激光危害与防护705

14.1 引言705

14.2 激光辐射的危害705

14.3 电气危害706

14.4 激光危险分级707

14.5 激光安全防护措施711

14.6 激光器使用环境与安全712

防护712

14.7 选用激光防护镜的注意712

事项712

14.8 激光器制造厂的责任715

14.9 激光的医学监护715

附表715

15.2 探测器的基本特性717

15.1 引言717

第十五章 激光探测器717

15.3 光电管和光电倍增管718

15.3.1 光电倍增管的特性719

15.3.2 光电倍增管的工作电路723

15.3.3 光电倍增管使用注意事项724

15.4 光电二极管725

15.4.1 光电二极管的工作原理725

15.4.2 光电二极管的基本特性726

15.5 雪崩光电二极管731

15.6 激光探测器件的选择732

15.6.1 1.06μm固体脉冲激光测距732

15.6.2 0.6943μm与0.5320μm波长的人造卫星激光测距733

15.6.3 激光通信733

15.6.4 激光自动跟踪和制导743

第十六章 红外探测器及其材料的参744

数定义和测量744

16.1 红外探测器的参数定义744

16.2.1 探测率D＊的测量753

16.2 红外探测器的参数测量753

16.2.2 光谱响应的测量755

16.2.3 响应时间的测量757

16.2.4 伏安特性的测量759

16.2.5 其他760

16.3 红外探测器的稳定性761

16.4 红外探测材料的参数定义762

16.5 红外探测材料的参数测量763

16.5.1 电学参数的测量767

16.5.2 热电参数的测量772

16.5.3 其他775

第十七章 红外光子探测器和材料777

17.1 红外光子探测器的分类777

和特点777

17.2 红外光子探测器的基本778

原理778

17.2.1 光电导探测器778

17.2.2 光生伏特探测器780

17.2.3 光磁电（PEM）探测器783

17.3 常用探测器性能783

17.3.1 硫化铅（PbS）探测器783

17.3.2 硒化铅（PbSe）探测器787

17.3.3 砷化铟（InAs）探测器789

17.3.4 锑化铟（InSb）探测器791

17.3.5 碲镉汞（Hg1-xCdxTe）探测器795

17.3.6 碲锡铅（PbSnTe）探测器801

17.3.7 锗掺杂（Ge:X）探测器803

17.3.8 硅掺杂（Si:X）探测器804

17.4 其他探测器809

17.4.1 光子牵引探测器809

17.4.2 约瑟夫逊结探测器809

17.4.3 肖脱基势垒探测器810

17.4.4 异质结红外探测器811

17.4.5 MOM结构探测器812

17.4.9 多色探测器813

17.4.8 砷化镓非本征光电导探813

测器813

17.4.7 窄带可调谐锑化铟探测器813

17.4.6 宽带锑化铟探测器813

17.4.10 扫积探测器814

17.5 红外探测器的封装结构815

17.6 红外探测器的选择、使用和821

失效原因821

17.7 红外敏感半导体材料825

17.7.1 锗、硅和锗-硅合金826

17.7.2 铅盐类半导体材料831

17.7.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体837

材料837

17.7.4 三元系红外敏感材料843

第十八章 红外电荷转移器件873

18.1 引言873

18.2 硅电荷耦合器件873

（SiCCD）873

18.2.1 器件物理873

18.2.2 器件结构878

18.2.3 器件特性880

18.3 红外电荷转移器件884

（IR CTD）884

18.3.1 基本类型884

18.3.2 混合式红外电荷耦合器884

件（IR CCD）884

18.3.3 单片式红外CTD器件893

18.3.4 IR CTD的基本成象方式899

19.1 引言904

第十九章 热探测器和热电材料904

19.2 辐射温差电偶和辐射温差905

电堆905

19.3 辐射热计907

19.4 高莱探测器910

19.5 热电材料及其主要参数911

19.5.1 热电效应911

19.5.2 热电材料及其主要参数912

19.6.1 热电探测器的原理920

19.6 热电探测器920

19 6.2 热电探测器的性能922

19.6.3 热电探测器的结构927

19.6.4 热电探测器的选用931

第二十章 红外摄象管935

20.1 引言935

20.2 摄象管的结构和工作原理935

20.3.1 氧化铅硫化铅复合靶摄937

象管937

20.3 光导型近红外摄象管937

20.3.2 硅靶摄象管938

20.3.3 衡量光导摄象管性能的几个参数940

20.4 热电摄象管940

20.4.1 热电摄象管的结构940

20 4.2 热电摄象管的靶面材料940

20.4 3 关于热电摄象管的一些941

问题941

20.4.4 热电摄象管的参数943

21.1.1 放大？噪声性能的描述949

21.1 低噪声放大技术949

第二十一章 红外探测器的偏置与低949

噪声前置放大器949

21.1.2 晶体管的噪声性能950

21.1.3 低噪声放大技术952

21.2 光伏型探测器的特点及工作955

方式955

21.2.1 光伏型探测器的小信号955

参数955

方式956

21.2.2 光伏型红外探测器的工作956

21.2.3 前置放大器线路举例957

21.3 光电导探测器的偏置和前置959

放大器959

21.3.1 光电导探测器的光电特性959

21.3.2 光电导探测器的典型偏960

置电路960

21.3.3 光电导探测器的偏置和放大器举例961

21.4.1 热电探测器的等效电路962

21.4 热电探测器的前置放大器962

21.4.2 热电探测器的噪声963

21.4.3 热电探测器的工作方式964

21.4.4 热电探测器的前置放大965

器举例965

第二十二章 红外探测器的制冷969

技术969

22.1 制冷原理969

22.1.1 相变制冷969

22.1.2 焦耳-汤姆逊效应969

22.1.3 气体等熵膨胀制冷969

22.1.4 绝热放气制冷969

22.1.5 涡流制冷970

22.1.6 辐射制冷971

22.1.7 珀尔帖冷效应971

22.2 用相变制冷的制冷器971

22.2.1 杜瓦瓶971

22.2.2 液氮双相传输制冷器972

22.2.3 固体制冷器975

22.3 焦耳-汤姆逊制冷器978

22.4 用气体等熵膨胀的制冷器981

22.4.1 斯特林气体制冷器981

22.4.2 VM循环制冷器985

22.5 绝热放气制冷器986

22.5.1 S循环制冷器986

22.5.2 G-M循环制冷器988

22.6 涡流制冷器989

22.7 辐射制冷器991

22.8 半导体制冷器994

22.9 制冷器的选择996

第二十三章 调制盘998

23.1 典型调制盘图案的结构参数998

及有关频率计算公式998

23.1.1 偏轴旋转辐条式调制盘998

23.1.2 圆锥扫描式调制盘999

23.1.4 同心旋转式调制盘1000

23.1.3 直线扫描式调制盘1000

23.1.5 双色调制盘1001

23.1.6 调制盘图案举例1001

23.2 调制盘的空间滤波1003

第二十四章 红外系统1012

24.1 引言1012

24.2 红外辐射检测原理1012

24.2.1 统计学概念及信号的检测1013

24.2.2 终端系统及其特性1016

24.2.3 识别概论1023

24.3 红外系统的性能分析1027

24.3.1 红外系统的频谱分析方法1028

24.3.2 红外系统性能的综合分析方法1032

24.3.3 红外系统性能的计算机1069

分析方法1069

24.4 系统设计举例1069

24.4.1 总体考虑1070

24.4.2 可见与红外多光谱扫描仪1070

24.4.3 CCD推帚式扫描仪1078

24.4.4 热成象系统1081

24.4.5 热电摄象管成象装置1085

24.4.6 跟踪装置的检测系统1088

24.4.7 辐射测温仪1090

第二十五章 辐射度学、光度学及其它基本单位和物理常数1096

25.1 引言1096

25.2 国际单位制中用数量级表示1096

的十进位倍数词头1096

25.3 辐射度量和光度量单位1097

25.4 辐射度量和光度量的单位换1100

算表1100

25.5 温度、声学、热学、电学、磁学计量单位1102

25.6 长度、质量、角度、面积、体1104

积、时间、力、功、能的一些1104

单位1104

25.7 理化常数及能量转换因子1113

25.8 太阳、月球、地球的一1115

些数据1115