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绪论 1

第一章 光探测器的物理基础 4

1.1 光电效应和光热效应 4

1.1.1 光电效应 4

1.1.2 光热效应 11

1.2 光—电转换的基本规律 14

1.2.1 光—电转换过程的简单描述 14

1.2.2 光—电转换过程的半经典理论 15

1.2.3 探测方式 19

1.3 光探测器的特性参数 19

2.1.1 光电子计数统计特性 27

2.1 光电子计数统计 27

第二章 光电子计数统计与光探测器噪声 27

2.1.2 光电子计数变量K的数字特征 29

2.1.3 量子效率η 30

2.1.4 单色点探测 30

2.2. 光电变换过程的统计分析 31

2.2.1 光探测器输出过程——散粒噪声过程 31

2.2.2 理想光探测器的输出光电流及噪声 34

2.3 光电探测器的噪声及其谱密度 35

2.3.1 噪声的统计特性 36

2.3.2 噪声功率谱密度 36

2.4.1 散粒噪声 39

2.4 光探测器的噪声 39

2.3.3 噪声相关性 39

2.4.2 热噪声 40

2.4.3 产生-复合噪声 42

2.4.4 温度噪声 43

2.4.5 电流噪声(I/f噪声) 44

第三章 光电子发射探测器 46

3.1 光电子发射 46

3.1.1 金属的光电子发射 46

3.1.2 半导体的光电子发射 47

3.1.3 实用光电阴极 49

3.1.4 负电子亲和势(NEA)光电阴极 50

3.2.1 真空光电二极管 51

3.2 光电二极管 51

3.2.2 充气光电二极管 52

3.3 光电倍增管 53

3.3.1 光电倍增管的工作原理 53

3.3.2 倍增极 56

3.3.3 光电倍增管的基本特性 58

3.3.4 光电倍增管的供电电路 61

3.4 微通道板 63

3.4.1 微通道板的结构及工作原理 64

3.4.2 微通道板的增益与自饱和 65

3.4.3 微通道板的噪声 67

3.4.4 微通道板的应用 67

3.5.1 闪烁计数器电路 68

3.5 应用举例 68

3.5.2 薄膜测量电路 69

3.5.3 光电显微镜变换电路 70

第四章 光电导探测器 72

4.1 光电导探测器的工作原理 72

4.1.1 光电导探测器的光电流 72

4.1.2 光电导探测器的工作模式及等效电路 74

4.2 光电导探测器的噪声 75

4.3 光电导探测器的性能参数 76

4.3.1 响应率 76

4.3.3 比探测率 77

4.3.2 光谱特性 77

4.3.4 温度特性 78

4.3.5 频率响应及响应时间 78

4.4 实用光电导探测器 80

4.4.1 本征型光电导探测器 80

4.4.2 杂质型光电导探测器 89

第五章 光伏探测器 92

5.1 光伏探测器的工作原理 92

5.1.1 光照下理想P-n结方程及特性曲线 92

5.1.2 光伏探测器的等效电路 93

5.2 光伏探测器的噪声 94

5.3.1 响应率 95

5.3.2 比探测率 95

5.3 光伏探测器的性能参数 95

5.3.3 光谱特性 96

5.3.4 频率响应及响应时间 97

5.3.5 温度特性 98

5.4 常用光伏探测器 98

5.4.1 p-n结光电二极管 99

5.4.2 PIN光电二极管 101

5.4.3 雪崩光电二极管(APD) 103

5.4.4 光电三极管 106

5.4.5 碲镉汞(HgCdTe)、碲锡铅(PbSnTe)红外光伏探测器 112

5.4.6 锑化铟(InSb)红外光伏探测器 113

5.4.7 其它光伏探测器 113

5.4.8 固体成像器件 120

第六章 热探测器 130

6.1 热探测器的一般原理 130

6.1.1 热探测器的热回路 130

6.1.2 热探测器的最小可探测功率 131

6.2 热释电探测器 132

6.2.1 热释电探测器的工作原理 132

6.2.2 热释电探测器的特性 134

6.2.3 热释电材料 139

6.2.4 几种常用的热释电探测器 140

6.2.5 热释电探测器的应用 142

6.3 测辐射热电偶和热电堆 143

6.3.1 测辐射热电偶的工作原理 143

6.3.2 测辐射热电偶的特性 144

6.3.3 测辐射热电堆 145

6.4.1 热敏电阻测辐射热计的工作原理 146

6.4 测辐射热计 146

6.4.2 热敏电阻测辐射热计的特性 148

6.5 其它类型的热探测器 151

第七章 光探测器的偏置与放大 153

7.1 放大器噪声 153

7.1.1 放大器E？—I?噪声模型 153

7.1.2 放大器噪声系数 154

7.1.3 最佳源电阻R? 156

7.1.4 电阻温度与噪声 156

7.1.5 晶体管的噪声特性 157

7.2.1 光探测器常用偏置电路 160

7.2 光探测器的偏置 160

7.2.2 光伏探测器常用偏置电路 161

7.2.3 光电导探测器常用偏置电路 162

7.2.4 其它光探测器的偏置电路 163

7.3 光探测器的前置放大器 164

7.3.1 光探测器前置放大器的特点 164

7.3.2 光探测低噪声放大技术 165

7.4 常用光探测器的偏置与前置放大举例 169

7.4.1 光电导探测器的偏置与前置放大器举例 169

7.4.2 光伏探测器的偏置与前置放大器举例 170

7.4.3 热释电探测器的阻抗变换与前置放大 174

8.1.1 直接探测的基本物理过程 177

8.1 直接探测的基本工作原理 177

第八章 直接探测方法 177

8.1.2 直接探测系统的信噪比 178

8.1.3 直接探测系统的噪声等效功率(NEP) 179

8.2 接收光学系统及背景辐射 180

8.2.1 接收光学系统 180

8.2.2 光探测器对应的视场及背景辐射 182

8.2.3 光探测器与光纤耦合 184

8.3 光探测器的内增益对直接探测系统性能的影响 184

8.4 信号处理方法对直接探测系统性能的影响 186

8.4.1 电子系统的带宽 187

8.4.2 强度调制的副载波直接探测系统 188

8.5.1 光功率测量 190

8.5 直接探测方法应用举例 190

8.5.2 条形码阅读器 192

8.5.3 激光数码唱机 193

8.6 直接探测系统灵敏度的计算 196

8.6.1 模拟信号直接探测系统 196

8.6.2 数字信号直接探测系统 199

第九章 光外差探测方法 205

9.1 光外差探测的基本原理 205

9.1.1 基本原理 205

9.1.2 光外差探测的信噪比和噪声等效功率 208

9.2 光外差探测的空间条件和频率条件 216

9.2.1 光外差探测的空间条件 216

9.2.2 用聚焦透镜降低空间准直要求 218

9.2.3 光外差探测的频率条件 219

9.3 光零差探测 220

9.3.1 光零差探测的基本原理 220

9.3.2 光零差探测的信噪比和噪声等效功率 220

9.4 三频光外差探测 221

9.4.1 三频光外差探测的基本原理 221

9.4.2 三频光外差探测的信噪比和最小可探测功率 223

9.5 光通道对光外差探测的影响 224

9.5.1 大气湍流对光外差探测的影响 224

9.5.2 信号光偏振态起伏对光外差探测的影响 226

9.6.1 CO2激光外差通信系统 227

9.6 光外差探测技术的应用 227

9.6.2 激光雷达 230

9.6.3 相干光纤通信系统 232

9.6.4 相位型光纤传感器 234

第十章 微弱信号检测技术 237

10.1 探测系统的实际灵敏度及等效噪声带宽 237

10.2 相关检测原理 239

10.2.1 相关函数 239

10.2.2 相关检测 241

10.3 锁定放大器 244

10.3.1 锁定放大器的工作原理 244

10.3.2 锁定放大器的主要参数 246

10.4 取样积分器 247

10.4.1 取样积分器的工作原理 248

10.4.2 取样积分器的主要参数 252

10.4.3 多通道取样平均 254

10.5 光子计数器 255

10.5.1 光子计数方法 255

10.5.2 光子计数器的工作原理 257

10.6 光学多道分析仪 258

10.6.1 并行检测器 258

10.6.2 光多道分析仪(OMA) 261

10.6.3 光多道分析仪的应用 261

11.1 基本探测电路 264

11.1.1 光电开关电路 264

第十一章 应用 264

11.1.2 恒定光探测电路 265

11.1.3 调制光探测电路 266

11.1.4 光电三极管的逻辑电路 267

11.1.5 光电二极管比较电路 267

11.2 应用举例 268

11.2.1 高速光纤通信系统 268

11.2.2 光电测距仪 270

11.2.3 表面光洁度的相关检测 271

11.2.4 二维温度分布的测定 273

11.2.5 红外成像雷达 274

11.2.6 光电开关 275

11.2.7 入侵报警器 277