光电子技术-绪论
光电子技术——精选推荐
光电⼦技术光电⼦技术题型:1，缩略词5分2，填空题5题共10分（基本概念、常识性）3，选择题10题共20分（综合性题⽬）4，简答题7题共35分（不要⼀句话解决）5，计算题+画框图（作图并说明原理）3题共30分考点：绪论1，光电探测器系统的组成：掌握主动探测系统以及被动探测系统的框图P2 举例-主动：光纤通信被动：红外夜视仪第⼀章光辐射源1.1辐射度学与光度学的基础知识1，光的能量公式P11（1-1）2，两套基本单位（辐射度量、光度量）辐射度量特点：与物理学中对电磁辐射量度的规定完全⼀致，适⽤于整个电磁波谱（当然也包括可见光）光度量特点：以⼈的视觉特性为基础⽽建⽴起来，只适⽤于可见光波段。
3，可见光范围：0.38~0.78um红外光范围：约从0.78um向长波⽅向延伸⾄1000um紫外光范围：约从0.38um向短波⽅向延伸到0.01um4，光度量和辐射度量之间的换算关系P15（1-13）坎[德拉]:发光强度的单位5，辐射度学和光度学中的两个基本定律①辐强度余弦定律②距离平⽅反⽐定律1.2半导体的基础知识1，吸收定律P22（1-29）2，本征吸收与⾮本征吸收的区别是什么？①杂质吸收光⼦的截⽌波长⼤于本征吸收的截⽌波长②本征吸收能同时产⽣电⼦-空⽳对；杂质吸收只能产⽣电⼦或空⽳。
1.3⿊体辐射1，什么是⿊体能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体叫绝对⿊体－－简称⿊体。
2，研究⿊体辐射的意义⿊体是各种辐射体和物质吸收（发射）特性的⽐较基准。
1，⿊体模拟器2，近似⿊体，如太阳、地球、海⽔······ 3，⽤⿊体某些特性表征光源和辐射体。
3，⿊体辐射中的定律普朗克辐射定律：⿊体光谱辐出度与波长和温度的关系---随着温度的升⾼：1，⿊体的总辐出度迅速增加2，峰值波长向短波⽅向移动维恩位移定律：⿊体辐出度峰值对应的波长与⿊体的绝对温度的乘积为⼀定值P31（1-58）斯蒂芬-玻⽿兹曼定律：⿊体的全光谱辐出度与其温度的4次⽅成正⽐P31（1-59）1.4典型光辐射源1，⾊温如果热辐射光源发光的颜⾊与⿊体在某⼀温度下辐射光的颜⾊相同，则⿊体的这⼀温度称为该辐射源的⾊温。
光电子技术基础作业一
光电子技术基础作业（第一次）第一章 光电子学绪论1、（朱京平p7－1）光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？第三章_激光原理与技术1、（朱京平p105－2）试简单说明以下光电子学术语的科学含义（1） 受激辐射。
（2） 谱线的多普勒加宽。
（3） 谱线的自然加宽。
（4） 光放大。
2、（朱京平p105－3）计算与推导（1）λ=0.5m μ时，什么温度下自发辐射率与受激辐射率相等？T=300K 时，什么波长下自发辐射率与受激辐射率相等？（2）He-Ne 激光器的反射镜间距为0.2m ，求最靠近632.8nm 跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。
如果增益曲线宽度为1.5⨯910Hz ，则最可能引起的纵模总数是多少？（3）红宝石激光器的工作物质300K 处有特性：N 2-N 1=5⨯107/cm 3，∆υ≈01()g υ=2⨯1011Hz ， s τ=3⨯10-3s, υ=4.326⨯1014Hz, n=1.78,求其在中心频率处的增益系数()G υ。
3、（朱京平p105－4）简述题：（3）试推导爱因斯坦关系式。
（5）以一个三能级原子系统为例，说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。
（6）分析四能级与三能级激光器相比所具有的有点。
（7）分析激光产生的条件。
（10）激光器按激光工作介质来划分可以分为几类？各举出一个典型激光器，并给出其典型波长、转换频率、典型有点。
（13）激光调Q 技术与锁模技术的脉宽分别在哪个量级？（14）常见的调Q 方法有哪几种？分别简述之。
（15）分别简述几种常见的激光锁模实现方法。
（16）激光选模技术分哪几大类？。
1绪论
量 大容 超
信息高速公路 光纤传输 相干光传输 量子光传输 光交换
新 功 能
多媒体 传真、电话、可视电话 广播、有线电势 光盘、CD 激光打印机
超高速
光传感 激光测量 电场、磁场测量 激光雷达 激光陀螺仪
SR应用测量 光谱测量 物理性质测量 表面、界面测量
性 干 相
度 亮 高
高能量密度 激光切割 激光核技术和电子技术相结合而形成的 一门新兴的技术。 在整个信息技术的发展史上，光电子技术 算是后起之秀。 光波段的电子技术 光波段的器件及应用设计： 电光器件、光电器件等，特殊检测方法
功能器件 激光、发光器件 光接收器件 太阳能电池 光开关 光调制器 液晶器件 集成光路 量子效应器件
1
2
3.光信息 光信息
以光辐射作为传输载体，随时间或空间 变化的信息。 光辐射本身的信息 与其他物质相互作用时的信息变化 特点： 信息量大 并行、多参量、高速 显示直观 传播介质？
光信息传播的载体
1.真空：无衰减，光发散问题 2.大气：吸收、散射 三个波长段——大气光学窗口 可见光及近红外 中波红外：3um—5um 长波红外：8um—14um 3.水：海洋 532nm 4.光纤：850nm 1310nm 1550nm
目的：
1.理解典型光电器件的原理，掌握其性能特 点及选用方法 2.掌握典型光电器件的应用电路设计方法 3.了解常用光电变换技巧，能设计简单光电 探测系统。
教材与参考书
教材：
叶嘉雄 常大定 陈汝钧 光电系统与信号处理 （华中科技大学） 科学出版社
主要参考书：
江月松 光电技术与实验 北京理工大学出版社 王庆有 图像传感器应用技术 电子工业出版社（天津大学） 孙培懋 光电技术 机械工业出版社（清华大学）
光电子技术复习提纲（含标准答案）要点
光电⼦技术复习提纲（含标准答案）要点第1章绪论1.半导体光电器件是利⽤什么效应制作的器件？答：利⽤半导体光电效应制成的器件。
2.半导体光电器件是哪两种粒⼦相互作⽤的器件？答：是⼀种利⽤光⼦与电⼦相互作⽤所具有的特性来实现某种功能的半导体器件。
3.半导体发光器件主要包括哪两种？答：（1）发光⼆极管；（2）半导体激光器。
4.光电器件主要有利⽤哪些效应制作的器件？答：光电器件主要有利⽤半导体光敏特性⼯作的光电导器件，利⽤半导体光伏打效应⼯作的光电池和半导体发光器件等。
5.什么是半导体发光器件？答：利⽤半导体PN结正向通过电时载流⼦注⼊复合发光的器件称为半导体发光器件。
6.光电探测器件是如何转换信号的器件？答：通过电⼦过程探测光信号的器件，即将射到它表⾯上的光信号转换为电信号。
7.光电检测器⼯作在反向偏置状态。
8.光电池是利⽤什么效应制作的？答：光伏打效应。
9. 光纤通信的两个重要窗⼝是哪些？答：1.55um和1.3um。
第2章1. 光信号的频率在哪个频段？需要⽤什么器件检测？答：光信号的频率在1014 Hz以上，常⽤的电⼦器件⽆法对这⼀频率段产⽣良好的响应，必须使⽤光电⼦器件。
2. 常⽤的光电检测器：PIN、APD3. 光电检测器的⼯作过程？答：光电检测器件的⼯作过程：（1）光吸收——（2）电⼦-空⽳对产⽣——（3）载流⼦扩散和漂移——（4）检测4. 光信号（光束）⼊射到半导体材料后，如何产⽣电⼦空⽳对？答：光信号（光束）⼊射到半导体材料后，⾸先发⽣的过程就是半导体材料对光⼦的吸收，吸收光⼦以后才能产⽣价带电⼦的跃迁，从⽽产⽣电⼦空⽳对。
5. 半导体材料中的吸收过程可以分为哪两⼤类？答：本征吸收和⾮本征吸收6. 本征吸收⼜包括哪些？答：（1）直接吸收；（2）间接吸收7. ⾮本征吸收包括哪些？答：（1）激⼦吸收；（2）带内吸收；（3）杂质吸收8．本征吸收的必要条件？9.直接吸收中参与的粒⼦是什么？遵守哪两种守恒？答：只有电⼦和光⼦的参与，没有第3种粒⼦的参与。
光电子技术复习要点
第一章 绪论1. 光电子技术（optoelectronic technology ）准确地应该称为信息光电子技术，是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。
2. 本课程主要讲了四大部分分别是：激光光源、光波的传输、光波的调制与控制、光波的探测。
第二章 激光原理与半导体光源1. 世界上第一台激光器是1960年梅曼制作的红宝石激光器。
2. 原子从高能级向低能级跃迁时，相当于光的发射过程；而从低能级向高能级跃迁时，相当于光的吸收过程；两个相反的过程都满足玻尔条件：n m n m E E h E E hνν-=-=或。
3. 处于热平衡状态的原子体系，设其热平衡绝对温度为T ，则原子体系的各能级上粒子数目的分布将服从波尔兹曼分布律：exp(/)n n N E kT ∝-，其中N n 为在能级E n 上的粒子数，k 为波尔兹曼常数， k=1.3807×10-23 J·K -1。
即，随着能级增高，能级上的粒子数N n 按指数规律减少。
4. 爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。
该文提出的受激光辐射理论是激光理论的核心基础。
在这篇论文中，爱因斯坦将光与物质的作用分为三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。
5. 在二能级系统中，粒子在高能级E 2 能级上停留的平均时间称为粒子在该能级上的平均寿命，简称寿命6. 下面三个图分别描述了二能级系统中光与物质的作用的三种过程：它们可以由下面三个方程描述：对于受激辐射过程（E2→E1 ）：21212()dN B u v N dt= 对于受激吸收过程（E1→E2）：12121()dN B u v N dt= 对于自发辐射过程（E2→E1 ）：21212dN A N dt = 其中u(v)为辐射场中单色辐射能量密度：()()30348(),exp 1h u v T c c hv kT πνγν==-7. 二能级系统中，当（N 2/N 1）＞1时，高能级E 2上的粒子数N 2大于低能级E 1上的粒子数N 1，出现所谓的“粒子数反转分布”情况，它是形成激光的必要条件之一。
光电子技术
光电子技术光电子技术是一门涵盖了光学和电子学的交叉学科，是现代科技中非常重要的一个领域。
光电子技术的发展，不仅在通信、计算机、医疗等行业中起到了关键作用，还在环境监测、安全检测、空间探测等领域有着广泛的应用。
本文将介绍光电子技术的相关知识和应用，并展望其未来发展的趋势。
光电子技术是将光学和电子学相结合的一门学科。
光学是研究光的性质和光的相互作用的学科，而电子学则是研究电子器件和电子电路的学科。
光电子技术的核心是光、电子和光电子器件的相互作用。
光电子器件是利用光、电子、半导体材料等的相互作用制作的器件，如光电二极管、光电三极管、光电开关等。
光电子技术在通信领域中发挥着重要作用。
光纤通信是一种基于光学信号传输的现代通信方式，其核心就是光电子技术。
光纤通信具有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等优点，已成为现代通信的主要手段。
光电子器件中的光电二极管可以将光信号转换为电信号，而光电开关则可以实现光信号的开关控制。
除了通信领域，光电子技术还在计算机领域中得到广泛应用。
光存储器是一种利用光来存储和读取信息的存储器。
与传统的电子存储器相比，光存储器具有高速读写、容量大、耐久性好等优点。
光电子技术还可以应用于光学传感器、显示器、光电显示器等领域，提高设备的性能和功能。
光电子技术在医疗行业中也扮演着重要的角色。
光纤内镜是一种利用光纤传输图像的内窥镜，可以实现非侵入式的检查和诊断。
利用光电子技术，可以将图像传输到显示器上供医生观察和分析，有助于提高医疗诊断的准确性。
光电子技术还可以应用于光疗、激光手术等医疗器械，为治疗提供更好的手段。
光电子技术还可以应用于环境监测和安全检测领域。
利用光电子技术可以制造出高精度的光谱仪，对空气、水质等进行检测分析。
光电子技术还可以应用于火灾报警系统、安全监控系统等领域，提高安全防护的能力。
未来，随着科技的不断发展，光电子技术将有更广阔的应用空间。
例如，光量子计算机可能成为取代传统计算机的新兴技术。
光电子技术简介
光电子技术简介光电子技术是一门研究光与电子相互作用的学科，它利用光的性质传输、控制和处理信息。
随着信息技术的不断发展，光电子技术在通信、显示、数据存储等领域得到了广泛的应用，并且逐渐成为了推动科技进步的重要支撑。
一、光电子技术的基本原理1. 光的本质光是电磁波的一种，具有波粒二象性。
光电子技术利用光的波动和粒子性质，通过光的电离、散射、吸收等过程与电子相互作用。
2. 光电效应光电效应是光与物质发生相互作用时，电子从物质表面或内部被激发并释放出来的现象。
这种现象是光电子技术的基础，也是实现光电子器件的核心原理。
3. 光电子器件光电子器件是指利用光的电离、散射、吸收等效应，将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号的器件。
常见的光电子器件包括光电二极管、光敏电阻、光电晶体管等。
二、光电子技术的应用领域1. 光通信光通信是利用光信号传输信息的通信方式。
相比传统的电信号传输方式，光通信具有传输速率高、带宽大、抗干扰性强等优势，被广泛应用于长距离传输和高速数据传输领域。
2. 光显示技术光显示技术主要包括液晶显示、有机发光二极管（OLED）显示等。
光显示技术通过控制光的强弱、颜色等来实现图像和文字的显示，广泛应用于电视、手机、平板电脑等消费电子产品中。
3. 光存储技术光存储技术利用光的非接触性、高密度存储等特点，实现数据的读写、存储和擦除。
光存储技术能够实现更大容量和更快速度的数据存储，被广泛应用于光盘、蓝光光碟等介质。
4. 光电子传感器光电子传感器利用光的散射、吸收等特性，将光信号转化为电信号，实现对环境的检测和测量。
常见的光电子传感器包括光电二极管、光电晶体管、光纤传感器等。
三、光电子技术发展趋势与挑战1. 高速与高频随着通信和数据传输需求的增加，光电子技术需要不断提高传输速率和工作频率，以满足高速、高频的需求。
2. 小型化与集成化光电子器件的小型化与集成化是发展的趋势。
研究人员正在努力将光电子器件集成在芯片上，实现更高的性能和更小的尺寸。
第一章绪论-光电子学ppt课件
光电子技术的特征：光源激光化、传输 波导化、手段电子化、电子学中的理论 模式和处理方法光学化。
光电子技术与微电子技术共同构成了信息技 术的两大重要支柱。
一.光电子学可发展历程
1883年，爱迪生在一次 改进电灯的实验中，将一 根金属线密封在发热灯丝 附近，通电后意外地发现， 电流居然穿过了灯丝与金 属线之间的空隙。 1884年，他取得了该发明 的专利权。这是人类第一 次控制了电子的运动，这 一现象的发现，为20世纪 蓬勃发展的电子学提供了 生长点。
电子开关的响应最短为10-7～10-9秒， 而光子开关的响应时间可以达到飞 秒数量级。光子属于玻色子，不带 电荷，不易发生相互作用，因而光 束可以交叉。光子过程一般也不受 电磁干扰。
光场之间的相互作用极弱，不会引 起传递过程中信号的相互干扰。这 些优点为光子学器件的三维互连、 神经网络等应用开拓了光明前景。
光调制器、光波导、光开关、 光放大器．以及光隔离器等各 种光学部件的发展。
在电子学技术中采用小尺寸的 光学零部件的组合。
光通信原理示意图
光技术的发展没能够 超过电子技术的发展
想得到更多的信息量、 更高的演算速度，用 现存电子技术是不可 能实现的。
光信号传输方式要比 用电布线好得多， 超并行计算机的配线 方式，
电子学已经出现不能适应新 的要求的征兆???
然而，历史却并没有简单地重演。
当电子通信容量达到最大限度而 不能继续扩大时，人们很自然地 把目光转向波长更短的光波。
光子学的信息荷载量要大得多，光的 焦点尺寸与波长成反比，光波波长比 无线电波、微波短得多，经二次谐波 产生倍频，激光可使光盘存贮信息量 大幅度增加。
发明了真空二级管整流器
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2011-5-5
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光电子技术的特征 光源激光化、 特征： ♣ 光电子技术的 特征 ： 光源激光化 、 传输波 导化、 手段电子化、 电子学中的理论模式和 导化 、 手段电子化 、 处理方法光学化。 处理方法光学化。 ♣光电子技术与微电子技术共同构成了信息技 术的两大重要支柱。 术的两大重要支柱。
2011-5-5
2011-5-5 6
美国商务部指出： 90年代 年代， 美国商务部指出： “90年代，全世界光子产业以比微电子产业高 得多的速度发展，谁在光子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的 得多的速度发展，谁在光子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的 21 尖端科技的较量中夺魁” 在德国， 尖端科技的较量中夺魁”。在德国，政府已确定光子学是本世纪初 “对保持德国在国际技术市场上的先进地位至关重要的关键技术之 在日本有评论认为“21世纪具有代表意义的主导业 世纪具有代表意义的主导业， 一” 。在日本有评论认为“21世纪具有代表意义的主导业，第一是 光子产业，第二是信息通信产业 光子产业，第二是信息通信产业……”。 。 我国政府十分重视光电子技术和产业的发展， 我国政府十分重视光电子技术和产业的发展，已将它列入国民经 济优先发展的领域，把光电子产业列为国家重点发展计划， 1986年 济优先发展的领域，把光电子产业列为国家重点发展计划，继1986年 计划” 3月王大珩等四位专家倡导的“863计划”之后，在此基础上开始了 月王大珩等四位专家倡导的“863计划 之后， “973计划”，这两个高科技计划的重点是光电子产业。受信息化、 973计划” 这两个高科技计划的重点是光电子产业。受信息化、 计划 重点是光电子产业 数字化、网络化浪潮的推动， 数字化、网络化浪潮的推动，中国的光电信息市场和产业也呈现出高 速增长态势，成为拉动整个国民经济增长的第一支柱行业。 速增长态势，成为拉动整个国民经济增长的第一支柱行业。1999年底 年底 全国范围内建成了“八横八纵”的光缆网．武汉、 全国范围内建成了“八横八纵”的光缆网．武汉、广东和长春等地提 出了建设中国光谷的规划。 出了建设中国光谷的规划。 2011-5-5
2011-5-5 2
课程评分方法
♣ 作业 20% + 期末考试 80%－缺席 = 总评 －
2011-5-5
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§0.1 光电子技术
光电子技术： 光电子技术：是电子技术与光子技术相结合而形成的一门 新兴的综合性的交叉学科， 新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相 互作用及其能量相互转换的相关技术。 互作用及其能量相互转换的相关技术。 ♣电子技术：包括真空电子技术、气体电子技术、固 电子技术：包括真空电子技术、气体电子技术、 体电子技术等， 体电子技术等，主要研究电子的特性与行为及其在 真空或物质中的运动与控制。 真空或物质中的运动与控制。 ♣光子技术:研究光子的特性与行为及其与物质的相互 光子技术 研究光子的特性与行为及其与物质的相互 作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。 作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。
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随着现代信息技术的发展，光子以其独特的优点，具有极快的 随着现代信息技术的发展，光子以其独特的优点，具有极快的 响应速度，极大的频宽，信息容量和极高的信息效率推动信息科学 响应速度，极大的频宽，信息容量和极高的信息效率推动信息科学 技术的发展，具有越来越大的竞争力， 技术的发展，具有越来越大的竞争力，光电信息产业在市场的份额 逐年增加。光子技术与微电子技术结合，相互交叉、相互渗透与补 逐年增加。光子技术与微电子技术结合，相互交叉、 充已经成为信息科学技术的主体之一， 充已经成为信息科学技术的主体之一，光子和微电子是现代信息产 业的基础和核心，光电信息产业已成为世界上发达国家的主导产业。 业的基础和核心，光电信息产业已成为世界上发达国家的主导产业。 美国政府已将光子学与光子技术列为国家发展的重点，认为该领域 美国政府已将光子学与光子技术列为国家发展的重点， “在国家安全与经济竞争方面有深远的意义和潜力”，并肯定“通 在国家安全与经济竞争方面有深远的意义和潜力” 并肯定“ 信和计算机研究与发展的未来世界属于光子学领域” 信和计算机研究与发展的未来世界属于光子学领域”，
2011-5-5 10
光源
传输
转运
探测
成像
显示
2011-5-5
11
7
§0.2 光电子技术的发展史
19世纪 年代到 世纪70年代到 年以前， 世纪 年代到1960年以前，光学与电子学仍是两门独立的学科。 年以前 光学与电子学仍是两门独立的学科。 1960年，美国梅曼成功研制第一台激光器－－红宝石激光器，引起连 －－红宝石激光器 年 美国梅曼成功研制第一台激光器－－红宝石激光器， 锁反应。 锁反应。 1961年，第一台激光测距机问世，随后各种激光武器相继研制成功。 年 第一台激光测距机问世，随后各种激光武器相继研制成功。 20世纪 年代，低损耗的光纤、半导体激光器的成熟、CCD问世， 世纪70年代 问世， 世纪 年代，低损耗的光纤、半导体激光器的成熟、 问世 导致光信息技术蓬勃发展。 导致光信息技术蓬勃发展。 20世纪 年代，对量子阱材料等其他材料的深入研究，导致一些新 世纪80年代 对量子阱材料等其他材料的深入研究， 世纪 年代， 的光电子器件的产生与应用。 的光电子器件的产生与应用。 20世纪 年代，光电子技术在通信领域和光存储方面取得了极大成 世纪90年代 世纪 年代， 功。 21世纪是信息化的世纪，信息与信息交换的爆炸性增长对信息的采 世纪是信息化的世纪， 世纪是信息化的世纪 传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。 集、传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。
光电子技术
Photoelectronic Technique
主讲: 主讲: 周自刚 西南科技大学理学院
2011-5-5 1
参考教材
安毓英等，光电子技术，电子工业出版（教材） １、安毓英等，光电子技术，电子工业出版（教材）光电子
技术大纲
黄德修，半导体光电子学， ２、黄德修，半导体光电子学，机械工业出版社 朱京平，光电子技术基础， ３、朱京平，光电子技术基础，科学出版社 周炳坤，激光原理， ４、周炳坤，激光原理，国防工业出版社 刘德明等，光纤技术及其应用， ５、刘德明等，光纤技术及其应用，电子科技大学出版社
2011-5-5 8
§0.3 光电子技术的应用
♠ 光纤通信 ♠ 在线检测 ♠ 激光加工 ♠ 光传感
♠ 光存储 ♠ 光计算 ♠ 危险环境测量 ♠ 激光医学 ♠ 军事应用 ♠ 遥感测量 ♠ 精密计量
2011-5-5
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§0.4 本课程的主要内容
重点掌握2、 、 节 光辐射与发光源 (重点掌握 、3、4节) 重点掌握 光辐射的传播 (重点掌握 重点掌握2、3、4节 光束的调制和扫描 (重点掌握2、3、4节) 重点掌握1、 、 、 、 、 节 光辐射的探测技术 (重点掌握 、2、4、6、7、8节) 重点掌握 (重点掌握 、2、3、5、6节) 重点掌握1、 、 、 、 节 光电成像系统 重点掌握 (重点掌握 、2、3、4节) 重点掌握1、 、 、 节 显示技术 重点掌握 光电子技术应用实例