光子学在生态环境中的应用

本书的主要内容是介绍光子生态学，是一门全新的交叉学科。内容涉及地球科学、环境科学和光学等多个领域。通过光子学和光学方法获取、处理和监测大气、水文、土壤、生物等生态信息指标。主要内容包括光电探测技术在大气生态环境原位监测中的应用，基于大气光辐射理论的能见度仪测量原理、结构及发展趋势，应用于生态信息监测的光探测芯片与器件，表面等离子共振技术在生物传感中的应用，光纤传感技术在生态环境监测中的应用，注入锁频激光技术的基本理论及典型应用，钙钛矿材料及其在太阳能电池中的应用，非高斯关联部分相干光束在大气光通信中的应用，CMOS集成实现光子在生态系统中的使用，基于不同波导及波导阵列中的光子传输特性，差分吸收测量大气中主要温室气体的原理、结构及典型应用等。

目录
前言
章 光电探测技术在大气生态环境原位监测中的应用 1
1.1 大气颗粒物污染物激光在线探测技术 1
1.2 大气有害气体光谱在线监测技术 4
1.2.1 吸收光谱技术物质检测理论基础 4
1.2.2 差分吸收光谱技术 6
1.2.3 可调谐二极管激光吸收光谱技术 7
1.2.4 吸收光谱技术大气污染监测应用 8
1.3 基于激光技术的大气碳循环中碳同位素的在线监测 10
参考文献 12
第2章 能见度仪的测量原理、结构及发展趋势 15
2.1 大气对光辐射的吸收与散射 15
2.2 能见度仪测量原理 17
2.2.1 透射式能见度仪工作原理 17
2.2.2 前向散射式能见度仪工作原理 17
2.2.3 后射式能见度仪工作原理 18
2.3 能见度测量中的光学矫正 19
2.3.1 发射器的发散角矫正 20
2.3.2 接收端视场矫正 22
2.4 能见度测量原理的扩展应用 25
2.5 能见度仪发展趋势 27
参考文献 28
第3章 应用于生态信息监测的光探测芯片与器件 30
3.1 光探测器的基本原理 30
3.2 典型半导体光探测器 33
3.3 可集成的光波导探测器 37
3.4 光电倍增管 38
3.4.1 基本结构 39
3.4.2 光电倍增管的应用 41
3.4.3 国内外研究现状 43
参考文献 44
第4章 分子生态学表面等离子激元共振技术 46
4.1 绪论 46
4.2 表面等离子体激元基本知识 46
4.2.1 金属德鲁德(Drude)模型 46
4.2.2 表面等离子体的色散关系 47
4.2.3 表面等离子波的激发方式 50
4.3 表面等离子体生物传感器的应用 52
4.3.1 生物传感器性能评价指标 53
4.3.2 棱镜耦合型生物传感器 54
4.3.3 光栅耦合型生物传感器 56
4.3.4 波导耦合型生物传感器 58
4.4 总结与展望 59
参考文献 59
第5章 光纤传感技术在生态中的应用 61
5.1 分布式光纤传感技术 61
5.1.1 基于布里渊散射的分布式传感监测技术 63
5.1.2 基于瑞利散射的分布式传感监测技术 65
5.1.3 基于拉曼散射的分布式传感监测技术 67
5.2 基于光纤布拉格光栅传感技术 68
5.3 基于微纳光纤的传感技术 71
5.3.1 微纳光纤 71
5.3.2 基于微纳光纤的海水盐度传感 72
参考文献 78
第6章 注入锁频技术在大气风场监测及温室气体检测中的应用 81
6.1 注入锁频基本理论 81
6.1.1 注入锁频原理 81
6.1.2 注入锁频的注入功率 82
6.1.3 种子注入的模式匹配 83
6.2 注入锁频激光器结构组成 86
6.2.1 单频种子激光器 86
6.2.2 脉冲运转从激光器 87
6.2.3 注入耦合系统 89
6.3 注入锁频激光器在大气风场监测中的应用 90
6.4 注入锁频激光器在大气温室气体检测中的应用 92
参考文献 93
第7章 非高斯关联部分相干光束在大气光通信中的应用 96
7.1 部分相干理论 96
7.1.1 互相干函数 97
7.1.2 交叉谱密度 98
7.1.3 部分相干偏振统一理论 99
7.2 非高斯关联部分相干光束模型 100
7.2.1 非均匀厄米高斯相干光束模型 100
7.2.2 拉盖尔高斯谢尔模阵列光束模型 103
7.3 多sinc谢尔模光束在大气湍流中的传输特性 106
7.4 本章小结 110
参考文献 111
第8章 用于光学生物传感及探测器的导模共振分析 113
8.1 亚波长光栅 113
8.2 导模共振效应 114
8.3 导模共振条件 117
8.4 共振结构的波导分析 119
8.5 共振波的相位分析 123
8.6 一种双面亚波长光栅折射率传感器 124
8.7 本章小结 134
参考文献 134
第9章 差分吸收激光雷达技术在大气温室气体检测中的应用 136
9.1 差分吸收激光雷达基本原理 136
9.2 主要温室气体成分及特性 141
9.2.1 大气中主要温室气体及其影响 141
9.2.2 温室气体特征数据库和成分识别 144
9.3 典型温室气体差分吸收激光雷达功能结构 148
参考文献 151
后记 154