具體描述
《光電信息技術與應用前沿》 圖書簡介 本書是一部深度聚焦於光電信息技術領域最新發展與前沿應用的綜閤性著作。全書係統梳理瞭光電子學、光學工程、微納光子學以及信息處理等多個交叉學科的理論基礎，並以前瞻性的視野，詳細闡述瞭近年來在光通信、光傳感、光計算以及新型顯示技術等方麵取得的突破性進展。本書旨在為相關領域的科研人員、高校師生以及工程技術人員提供一份全麵、深入且具有實踐指導意義的參考資料。 第一部分：光電信息技術基礎理論與新範式 本部分構建瞭理解現代光電係統的堅實理論框架。 第一章：波動光學與量子光學的交匯點 本章深入探討瞭經典電磁波理論在描述光與物質相互作用時的局限性，並著重介紹瞭量子光學的基本概念，如光子、光場量子化、相乾性與糾纏態。詳細分析瞭光與半導體材料能級結構之間的耦閤機製，包括光吸收、自發輻射與受激輻射過程的精細控製。特彆強調瞭介觀尺度下光子-電子相互作用的新物理現象，為理解高性能光電器件的工作原理奠定基礎。 第二章：微納結構光學設計與仿真 本章核心內容在於介紹如何利用先進的數值模擬方法（如有限差分時域法 FDTD、有限元法 FEM 等）對微米和納米尺度的光波導、光柵、超錶麵（Metasurface）進行精確設計與性能預測。詳細解析瞭光子晶體（Photonic Crystals）的帶隙理論及其在光限製與傳輸中的應用。討論瞭如何通過精確調控材料的摺射率分布和幾何形貌，實現對光傳播路徑、偏振態及光譜響應的靈活操控。 第三章：半導體光電器件物理 聚焦於構成現代光電器件的核心——半導體異質結與量子阱結構。本章詳細剖析瞭激光器（LD）、光電探測器（PD）和調製器的工作機製。對於激光器，深入分析瞭閾值電流密度、微分量子效率以及光束質量的限製因素。在探測器方麵，重點討論瞭雪崩光電二極管（APD）和光電導型探測器的噪聲特性與帶寬限製。此外，還引入瞭基於III-V族和新型二維材料（如石墨烯、過渡金屬硫化物）製備光電器件的最新進展。 第二部分：光電係統的前沿應用與集成 本部分將理論知識應用於具體的工程實踐，涵蓋瞭高速光通信、高精度傳感以及新型光電子集成技術。 第四章：高速光通信與光網絡 本章深入研究瞭下一代超高速、大容量光通信係統的關鍵技術。內容包括：相乾光通信係統中的偏振復用（PDM）和正交幅度調製（QAM）技術，以及前嚮糾錯（FEC）算法的最新發展。重點討論瞭光縴色散、非綫性效應的抑製策略，特彆是利用數字信號處理（DSP）技術實現高階調製格式的解調與補償。此外，還探討瞭空分復用（SDM）技術在提升信道容量方麵的潛力。 第五章：先進光傳感技術與應用 本章係統介紹瞭基於光乾涉、布裏淵散射、拉曼散射等原理構建的高靈敏度光傳感係統。詳細闡述瞭基於光縴布拉格光柵（FBG）的應力、溫度監測技術，以及利用SPR（錶麵等離子體共振）原理實現生物、化學物質的快速、無損檢測。特彆關注瞭分布式光縴傳感（DOS）技術在基礎設施健康監測、周界安防中的應用，包括分布式溫度、應變及振動傳感的信號處理流程與精度提升方法。 第六章：光電子集成與異構集成 本章探討瞭如何將光功能單元與電子控製單元集成於同一芯片平颱，以實現係統的小型化、低功耗和高可靠性。詳細介紹瞭矽光子學（Silicon Photonics）平颱，包括SOI（絕緣體上矽）波導的損耗特性、耦閤技術（如光柵耦閤器、端麵耦閤器）以及矽基調製器（如馬赫-曾德爾調製器）的驅動電路優化。同時，比較瞭光子集成電路（PIC）與III-V族半導體激光器之間的鍵閤集成技術（如III-V/Silicon異質集成），以解決矽基材料自身缺乏有效光源的問題。 第三部分：光電信息處理與新興領域 本部分展望瞭光電技術在人工智能、計算以及顯示領域的前沿突破。 第七章：光計算與神經形態光學 本章闡述瞭利用光波的並行處理能力實現超越傳統電子計算的潛力。詳細分析瞭基於光學綫性變換的信號處理方法，以及如何利用非綫性光學元件實現邏輯運算。重點介紹瞭基於模擬深度學習網絡的光學加速器設計，包括利用可重構的反射鏡陣列或液晶可調諧器件構建權重矩陣。對於神經形態計算，討論瞭如何模擬生物神經元的脈衝發放和突觸可塑性。 第八章：新型顯示與成像技術 本章聚焦於高分辨率、高對比度的新型光電顯示技術。詳細介紹瞭微顯示技術，如基於MEMS（微機電係統）的數字光處理（DLP）技術的工作原理，以及量子點（Quantum Dots）在提升顯示色域和能效方麵的作用。在成像方麵，深入探討瞭計算成像（Computational Imaging）的基本概念，包括單像素相機、計算全息成像以及利用壓縮感知理論優化低數據量成像係統的重建算法。 第九章：先進光電材料與器件 本章關注支撐光電技術未來發展的關鍵新材料。詳細分析瞭鈣鈦礦材料在光伏和光電探測器中的應用優勢與穩定性挑戰。探討瞭二維材料（如MoS2、WSe2）在超快光響應器件中的應用潛力。此外，還深入討論瞭新型非綫性晶體材料的製備及其在高次諧波産生、頻率轉換等非綫性光學過程中的應用前景。 全書結構嚴謹，理論闡述深入淺齣，結閤瞭大量的工程實例和最新的研究成果，是理解和掌握當代光電信息技術最新進展的權威參考書。
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