Основи на оптоелектрониката - част 1

В учебника са разгледани теоретичните основи на различните научни и технически направления в съвременната оптоелектроника. Подбрани са най-съществените елементи на тези основи, които са необходими за навлизане в съответния инженерен професионализъм и за достигане до оптимизирани решения при разработването на конкретни оптоелектронни устройства и системи. Именно това е определило стремежа към единен методичен подход и търсенето (в някои раздели) на разумни компромиси между нагледността на физичните разсъждения и строгостта на математичните описания. По такъв начин са осигурени простота и физична прозрачност на изложението. Учебникът се отпечатва в две части.

Част първа е посветена на най-общия теоретичен фундамент на оптоелектрониката, а част втора - на използването на този фундамент за анализ на типови структурни блокове и канали в оптоелектронните системи.

Учебникът е предназначен за студентите от Техническия университет - София, и за неговия филиал в гр. Пловдив, както и за студентите, които се обучават по оптоелектроника или по сродни с нея специалности в други ВУЗ на страната.

Растящата роля на оптоелектрониката в материалната и духовната култура на съвремието дава основание да се очаква, че към учебника ще проявят интерес и вече дипломирани специалисти, които разширяват своята квалификация в направленията на оптоелектрониката, както и аспиранти, чиито десертационни теми са пряко или косвено свързани с тези направления.

Важно! Изданието е на много години и наличните бройки не са в перфектния вид, в който обичайно са книгите, които предлагаме.

Основано през 1958 г., издателство “Техника” публикува книги, справочници, речници, учебници и учебни пособия във всички области на научно-техническото знание. Авторите и рецензентите на издателството са сред най-авторитетните в професионалните среди преподаватели и специалисти. От дълги години сътрудничи успешно с някои от най-големите и популярни издателства за научна и техническа литература в света, като Prentice-Hall, McGraw-Hill, Butterworth-Heinemann, Franzis’, Sybex. В резултат на това сътрудничество на българския книжен пазар са се появили десетки техни заглавия, преведени от висококвалифицирани професионалисти.
Екип от опитни издателски работници – редактори, коректори, технически специалисти – се грижи за качеството на изданията, което прави книгите на издателството търсени и предпочитани от специалисти, студенти, ученици.

Техника ООД
София, 1517
р-н Подуяне, ул. Витиня 2Ж, ет. 5
sales@technica.pub

Използувани означения
Въведение

• Обща характеристика на оптоелектрониката
• Основни видове оптоелектронни системи. Основни функционални предназначения на оптоелектронните системи
• Обобщена схема на оптоелектронните системи

Фундаментални теоретични проблеми

• Вълново-корпускулярно двуединство в теорията на светлината
• Вълнова оптика и квантова оптика

Основи на вълновата теория на светлината (теоретични основи на вълновата оптика)

• Вектори на електромагнитното поле. Микроскопичен характер на вълновата теория
• Фундаментални уравнения на оптичното поле (уравнения на Максуел)
• Следствия на максуеловите уравнения
• Зависимости между векторите на полето и макроскопичните свойства на средата (допълнителни и уравнения на полето)
• Физичен смисъл на максуеловите уравнения
• Гранични условия за решенията на максуеловите уравнения
• Уравнения на Максуел за линейни, непроводящи, изотронни и еднородни среди. Вълново уравнение. Свободна и направляема оптична вълна. Решение за вълновото уравнение за
• плоска вълна
• Напречна ориентация на полето на свободната оптична вълна. Мощност на оптичната вълна, вектор на Пойнтинг. Закон за съхранение на енергията на оптичната вълна
• Монохроматична плоска вълна. Вълнов вектор и вълнов фронт
• Поляризация на оптичната вълна. Параметри на Стокс
• Решение на вълновото уравнение за сферична вълна
• Параксиална плоска вълна и параксиално приближение при сферичната вълна
• Формализъм на комплексните функции. Осредняване на енергийните характеристики на хармоничното оптично поле във времето
• Геометрична (лъчева) оптика
• Стохастична природа на оптичното лъчение и на взаимодействието му с веществото. Апарат за аналитично описание
• Кохерентност на оптичното лъчение

Някои съществени квантови теоретични проблеми на онтоелектрониката

• Топлинно излъчване на светлината
• Енергиен баланс на равновесното оптично лъчение
• Класически теоретичен анализ на обемно-спектралната плътност на оптичната енергия. Същност и обективност на ултравиолетовата катастрофа
• Квантова хипотеза на Планк за дискретната структура на оптичната енергия. Аналитично описание
• Усилване на светлината в активни среди и генерация на лазерно лъчение
• Атомите и молекулите на веществото като квантови системи. Енергийни нива. Равновесно състояние
• Абсорбционни преходи. Спонтанни излъчвателни и безизлъчвателни преходи. Бозонен характер на фотоните
• Стимулирани излъчвателни преходи
• Възможност за усилване на светлината във веществена среда. Инверсна населеност на нивата
• Възбуждане на средата. Схеми за усилване и генерация на светлина с три и с четири нива
• Статистика на фотоелектронната регистрация
• Фотоелектронна регистрация в режим на "броене" на едноелектронните импулси. Квантово-физичен и полукласически подход към анализа. Два случая при полукласическия анализ
• Случай А - детерминирано падащо оптично лъчение с постоянна класическа интензивност. Поасонова статистика на фотоелектронната регистрация
• Случай Б - частично-стохастично падащо оптично лъчение. Манделова статистика на фотоелектронната регистрация
• Асимптотики на манделовата статистика
• Реална (инерционна) подсистема за броене на ЕЕИ. Разделително и възстановително време. Инерционност от 1 и II род - отклонения на манделовата статистика

Теоретични основи на оптичната радиометрия

• Общи сведения за оптичната радиометрия. Област на физична правомерност на енергийните ѝ концепции
• Радиометрични характеристики на оптичното лъчение - определения и аналитични зависимости
• Основни физични закони, използувани от оптичната радиометрия
• Излъчване от абсолютно черно тяло и от реални тела. Яркостна и радиационна температура
• Разсейване и поглъщане на оптичното лъчение в реални среди - характеризиращи величини и функции
• Диференциално и пълно сечение на разсейване. Индикатриса на разсейване
• Функция на разпределение на аерозолните частици по размери. Колективни ефекти при разсейването
• Обемен коефициент и ансамблова индикатриса на аерозолното разсейване
• Сечения и обемни коефициенти на поглъщане и екстинкция
• Уравнение на преноса на лъчистата енергия в разсейваща, поглъщаща и излъчваща среда

Аналитични описания на едномерни сигнали, на изображения, на случайни процеси и полета

• Сигнали в онтоелектрониката. Аналитични описания на сигналите в областта на времепространствените координати
• Аналитични описания на сигналите в областта на времепространствените честоти. Спектрален анализ и връзка между описанията в координатната и честотната област
• Спектрален анализ на периодични сигнали
• Спектрален анализ на непериодични сигнали
• Основни теореми за спектралните плътности на сигналите
• Спектри на някои прости и често срещани в теоретичната оптоелектроника едномерни и двумерни сигнали
• Спектри на средните мощности на случайни процеси и полета
• Дискретно представяне на непрекъснатите сигнали. Теорема за извадките

Аналитично описание на преобразуванията на детерминирани сигнали в линейните подсистеми на ОЕС. Координатно-инвариантии линейни оптични подсистеми

• Линейни оптични подсистеми. Импулсна реакция - общ вид. Интеграл на суперпозицията - общ вид
• Координатно-инвариантни линейни оптични подсистеми. Конволюция на входния сигнал и импулсната реакция, интерпретация на конволюцията. Предавателна функция. Връзка
• между изходния и входния сигнал. Пространствено-честотна филтрация
• Плоско-паралелният пространствен слой като координатно-инвариантна линейна оптична подсистема. Фуриерово решение на вълновото уравнение за произволен входен сигнал.
• Предавателна функция
• Импулсна реакция на плоско-паралелния пространствен слой поле на двумерен точков източник. Изходен сигнал в приближението на излъченото поле
• Характеристики на плоско-паралелния пространствен слой във френелово и фраунхоферово приближение. Връзка между фраунхоферовия изходен сигнал и входния спектър
• Изходен сигнал на плоско-паралелния пространствен слой в приближението на сянката

Честотно-инвариантни линейни оптични подсистеми. Спрегнати и свързани линейни оптични подсистеми

• Функция на пропускане, честотна характеристика и импулсна реакция на честотно-инвариантната линейна оптична подсистема. Пространствено-координатна модулация
• Съпоставяне на честотно-инвариантната и координатно-инвариантната линейна оптична подсистема. Спрегнати линейни оптични подсистеми
• Оптичният транспарант като честотно-инвариантна линейна подсистема. Диафрагмата като транспарант
• Оптичната леща като транспарант. Лещата и плоско-паралелният пространствен слой като спрегнати линейни оптични подсистеми
• Дифракционната решетка като транспарант
• Последователно (каскадно) свързани линейни оптични подсистеми