光电子技术基础与技能（第2版）.pdf

职业院校理论实践一体化系列教材 全国中等职业教育教材审定委员会审定 中等职业学校教学用书 光电子技术基础与技能（第 2 版）陈振源 总主编 陈克香 主 编 陈 忠 主 审 内 容 简 介 本书分 6 章，主要包括光电基础知识，激光技术、红外技术、光电转换现象和图像显示器件、光纤通信技术等实用技术的基础知识及其在各方面的应用，以及光电技术的新发展等内容。本书旨在为光电技术专业其他课程提供基础知识，为学习本专业奠定必要的基础。本书是理论和实践相结合的一体化教材，设计了 9 个技能实训项目。由于光电子技术的内容广泛，因此本书设计了知识拓展以使内容更加丰富。同时本书注重应用，介绍了大量的应用实例。本书既可作为职业院校光电和电子专业的教材，也可作为相关技术人员的参考用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 光电子技术基础与技能/陈克香主编.2 版.-北京：电子工业出版社，2017.11 ISBN 978-7-121-32545-8 I光 II陈 III光电子技术职业教育教材 IVTN2 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2017）第 203893 号 策划编辑：张 凌 责任编辑：张 凌 印 刷：北京天竺颖华印刷厂 装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：11 字数：281.6 千字 版 次：2011 年 4 月第 1 版 2017 年 11 月第 2 版 印 次：2017 年 11 月第 1 次印刷 定 价：29.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：（010）88254583，。光电技术专业的教材多数是面向大学本科读者的，运用于大专的较少，而适用于中职学生的几乎没有，这些教材理论性很强，难度较大。随着光电技术的发展，光电技术的应用越来越广泛。光电技术的应用逐渐深入生活、工业、农业、军事、医疗等各个方面，企业越来越需要中等职业学校的毕业生到光电产品生产部门从事操作和技术工作，很多电子专业和光电专业需要开设光电子技术基础这门课，需要有适合中职学生的教材。为了满足这一要求，我们编写了这本适用于中职学生的光电子技术基础与技能教材，编写时，在内容的安排和深度的把握上，坚持传授必备的理论知识，力求结合实际，讲解各领域的应用实例。本书既适合中职学生使用，又可作为从事光电技术的专业人员提供参考。本教材内容充实，从光电基础知识到光纤通信技术，涉及面十分广泛，为学生后续专业课程的学习奠定了必要的基础。本书的编写有以下几个特点。1在内容选取上，以知识够用为原则，坚持与生产实际紧密结合；以能力为本位，注重新知识、新技术、新工艺的讲解。2在教材体系设计上，坚持知识和技能的科学性，追求教学内容的合理性、实用性和适用性；理论知识的学习和技能相互融合，设计了 9 个技能训练项目及知识拓展、应用提示等，教师和学生可以双向互动，符合中职学生的认知规律。3在教材形式上，根据中职学生认知特点和教材内容的特点，采用图文并茂的方式，将烦琐的知识用图表形式呈现出来。4为方便教学，教材还配备了电子教案、PPT 课件和习题解答。完成本教材的学习需要 64 学时，其各章节的学时安排如下表所示。教学章节 建议学时 合计学时 第 1 章 光电基础知识 12 第 2 章 激光技术 12 第 3 章 红外技术 10 第 4 章 光电转换现象和图像显示器件 14 第 5 章 光纤通信技术 12 第 6 章 光电技术的新发展 4 64 光电子技术基础与技能（第 2 版）IV 本系列教材由陈振源担任总主编，并负责整体规划和教材样例的设计。陈克香担任本教材主编并承担第 1、2 章和第 4 章 4.1、4.4、4.5 节的编写，第 3、6 章和第 4 章的 4.3 节由李传由编写，第 5 章和第 4 章的 4.2 节由叶绿编写。全书由陈忠主审。由于作者能力有限，错误和不足之处在所难免，诚望广大读者提出宝贵意见，以便进一步修改完善。编 者 第 1 章 光电基础知识1 1.1 光电子技术概述1 技能训练 1 光电实训设备及场所参观认识 2 1.2 光学基础知识5 1.2.1 反射、全反射、折射5 1.2.2 光的偏振8 1.2.3 光的干涉11 1.2.4 光的衍射 14 1.2.5 光谱学基础知识 15 1.2.6 光电参数 18 技能训练 2 光的双缝干涉 22 技能训练 3 观察光的偏振现象 22 1.3 半导体基础知识 23 1.3.1 半导体的主要特性 23 1.3.2 P 型半导体和 N 型半导体 24 1.3.3 PN 结 24 1.4 光电倍增管（PMT）25 1.4.1 光电倍增管的分类 26 1.4.2 光电倍增管的结构 26 1.4.3 光电倍增管的工作原理 27 1.4.4 光电倍增管的特性 27 技能训练 4 光电倍增管暗电流的测试 28 项目小结 31 第 2 章 激光技术 33 2.1 概述 33 2.1.1 激光器的产生 33 2.1.2 激光器的分类 33 2.2 激光的产生和特性 34 2.2.1 激光的产生 34 光电子技术基础与技能（第 2 版）VI 2.2.2 激光器的结构 36 2.2.3 激光器的工作原理 38 2.2.4 激光的特性 38 技能训练 5 激光二极管（LD）伏安特性的测量 41 技能训练 6 激光二极管电光转换特性（P-I）44 2.3 各种物质类型的激光器 45 2.3.1 固体激光器 45 2.3.2 气体激光器 46 2.3.3 液体激光器 47 2.3.4 半导体激光器（GaAlAs、InGaAs 等）47 2.4 激光调制 48 2.4.1 激光调制的种类 49 2.4.2 激光调制的方式 50 2.4.3 激光的调制的应用实例激光打印机 51 2.5 激光调 Q 技术 53 2.5.1 激光调 Q 技术的定义 54 2.5.2 激光调 Q 技术的应用实例转镜调 Q 技术 54 2.6 激光的应用 55 2.6.1 激光在加工业上的应用 55 2.6.2 激光全息技术 57 2.6.3 激光在军事上的应用 59 2.6.4 激光医学 61 项目小结 62 第 3 章 红外技术 63 3.1 红外线的发现 63 3.2 红外线的产生、传播和接收 65 3.2.1 红外线的产生 65 3.2.2 红外线的传播 71 3.2.3 红外线的接收 72 3.3 红外成像原理 78 3.3.1 红外成像简史 78 3.3.2 主动式红外成像 78 3.3.3 被动式红外成像 81 3.4 红外技术应用 84 3.4.1 红外技术在温度检测上的应用 84 3.4.2 红外技术在家用电器上的应用 86 目录 VII 3.4.3 红外技术在军事上的应用 87 3.4.4 红外无线鼠标 89 技能训练 7 红外感应报警器套件制作 90 项目小结 93 第 4 章 光电转换现象和图像显示器件 95 4.1 光电转换现象 95 4.1.1 光电效应 95 4.1.2 电光效应 97 4.2 液晶显示器（LCD）98 4.2.1 液晶 99 4.2.2 液晶显示器100 4.2.3 液晶电视的优点和缺点105 4.2.4 液晶显示器的应用和发展趋势106 技能训练 8 制作小点阵液晶显示器件显示时间（年月日时分秒）108 4.3 等离子体显示板（PDP）109 4.3.1 等离子体显示板的发展和结构109 4.3.2 等离子体显示板的工作原理112 4.3.3 等离子体显示板的特性113 4.3.4 等离子体显示板的应用115 4.4 电子书阅读器117 4.4.1 电子书的发展和前景117 4.4.2 电子书的终端阅读器产品118 4.4.3 电子书的功能特点118 4.5 其他光电转换器件介绍119 4.5.1 CCD/CMOS 图像传感器 119 4.5.2 触摸屏124 项目小结127 第 5 章 光纤通信技术129 5.1 概述129 5.2 光纤和光缆134 5.2.1 光纤的结构和分类134 5.2.2 光纤的特性136 5.2.3 光纤的连接138 5.2.4 光缆的结构、型号及规格143 5.3 光纤通信系统149 光电子技术基础与技能（第 2 版）VIII 5.3.1 光纤通信系统的组成149 5.3.2 光纤通信系统的应用156 技能训练 9 光纤熔接实验 158 项目小结160 第 6 章 光电技术的新发展161 6.1 光电技术的发展现状161 6.2 光电技术的发展趋势166 项目小结167 参考文献168 第 1 章 光电基础知识 001第 1 章 光电基础知识 1.1 光电子技术概述 光电子技术是一门综合性技术，它集光学、机械与电子于一身。光电子技术涉及光电效应和电光效应。光能转换成电能即光电效应，电能转换成光能即电光效应。光电子技术与其他学科互相融合渗透，用途广泛。如信息光电子技术是一个很重要的发展方向，还有在通信、国防、工业、医疗、生物、生活等各个方面都广泛应用了光电子技术，如激光加工、医疗激光手术、激光照相、激光印刷、激光通信等，光纤通信、各类图像显示器、LED 照明、红外线应用等都是光电子技术的应用实例。光电材料位于光电产业链的最上游，是发展光电产业的先导和基础，其内涵十分丰富，几乎涵盖电子信息材料所有领域。未来，随着光电子技术在高科技领域应用的拓展，光电新材料的需求将持续增长。不断研制出新的光电器件，如发光（电变光）和受光（光变电）器件及其组件（如光电接口器）是现代一切电子产品不可缺少的部件。发光器件：LED（发光二极管）指示灯、LED 显示器、激光 LED、红外 LED；受光器件：光电（光敏）二极管、光电（光敏）晶体管、光电（光敏）集成电路；组合器件：外光路光电耦合器（光电断续检测器）、内光路光电耦合器、IrDA（红外连接技术）收发信组件、光电 MOS 开关、光电固态继电器（SSR）等。新型光电材料芳基硼烷 德国某大学的科学家开发了一种具有良好电子、化学和光学特性的新材料。这种新型的蓝色荧光色剂是 OLED 的一个核心部件，特别适合用于有机发光二极管（简称 OLED）。这种新开发的化合物材料主要为具有蓝色荧光性的芳基硼烷（波长约为 450nm）。这种化合物在溶液和固体中都能产出较多的发光量子，其中发光效率在溶液中达到 90%，在固体中约为 50%。这种化合物在环境影响（如氧气、湿度及电气化学的减少）下十分稳定。另外，这种化合物可溶于有机溶剂并升华。运用一些成本低廉的化学物质，经过 68 个步骤即可合成这一化合物。借助化学反应剂可以改变化合物的结构并优化其性质。光电子技术基础与技能（第 2 版）002 技能训练 1 光电实训设备及场所参观认识 1技能训练目的 熟悉实验场所、实验室的设备和仪器、器件等，对光电实验室有一个比较全面的了解。2技能训练器材 光电实验室最基本的设备和器件如表 1-1 所示。表 1-1 光电实验室最基本的设备和器件 序 号 器 材 名 称 器 材 图 片 1 半导体发光器件 2 发光二极管（LED）的驱动电源 3 激光二极管（LD）Felles1 064nm 及驱动电源 LT-LD 4 光电探测器及驱动电源 5 光电三极管 6 光敏电阻 7 硅光电池 8 雪崩管（APD）第 1 章 光电基础知识 003续表 序 号 器 材 名 称 器 材 图 片 9 光电倍增管（PMT）10 光栅单色仪一套 11 透镜 12 卤钨灯及其电源一套 13 计算机实验软件 14 实验组合光学系统及平台 3技能训练内容（1）熟悉光电实验室设备的名称和外形。（2）安装和熟悉计算机实验软件。4实验步骤（1）光电特性综合实验系统 CSY 配套软件的使用。软件的安装。根据