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第1章 光电检测应用中的基础知识 1

1.1 辐射度学和光度学基本概念 1

1.1.1 辐射度学基本物理量 1

1.1.2 光度学基本物理量 3

1.1.3 光度学基本定律 5

1.2 半导体基础知识 8

1.2.1 固体的能带结构 8

1.2.2 热平衡下的载流子浓度 11

1.2.3 半导体中的非平衡载流子 13

1.2.4 载流子的扩散与漂移 15

1.3 基本定律 16

1.3.1 黑体辐射定律 16

1.3.2 光电效应 18

1.4 光电探测器的噪声和特性参数 23

1.4.1 光电探测器中的噪声 23

1.4.2 噪声的等效处理 27

1.4.3 光电探测器的特性参数 28

1.4.4 光电探测器的合理选择 31

练习题 31

第2章 光电检测中的常用光源 33

2.1 光源的特性参数 33

2.1.1 辐射效率和发光效率 33

2.1.2 光谱功率分布 34

2.1.3 空间光强分布 35

2.1.4 光源的颜色 35

2.1.5 光源的色温 36

2.2 热辐射源 36

2.2.1 太阳 36

2.2.2 黑体模拟器 37

2.2.3 白炽灯 38

2.3 气体放电光源 39

2.3.1 脉冲灯 39

2.3.2 原子光谱灯 41

2.3.3 汞灯 41

2.4 固体发光光源 42

2.4.1 场致发光光源 42

2.4.2 其他平板显示器件 44

2.4.3 结型发光光源——发光二极管和激光二极管 47

2.5 激光器 51

2.5.1 激光原理 51

2.5.2 激光器的结构和工作过程 54

2.5.3 激光器的类型 55

2.5.4 激光的特性 58

练习题 59

第3章 结型光电器件 60

3.1 结型光电器件工作原理 60

3.1.1 热平衡状态下的PN结 60

3.1.2 光照下的PN结 61

3.2 硅光电池 63

3.2.1 硅光电池的基本结构和工作原理 63

3.2.2 硅光电池的特性参数 64

3.3 硅光电二极管和硅光电三极管 67

3.3.1 硅光电二极管 67

3.3.2 硅光电三极管 68

3.3.3 硅光电三极管与硅光电二极管特性比较 69

3.4 结型光电器件的放大电路 72

3.4.1 结型光电器件与放大三极管的连接 72

3.4.2 光电二极管与集成运算放大器的连接 72

3.5 特殊结型光电二极管 74

3.5.1 象限探测器 74

3.5.2 PIN型光电二极管 74

3.5.3 雪崩光电二极管 80

3.5.4 紫外光电二极管 81

3.5.5 半导体色敏器件 82

3.6 结型光电器件的应用实例——光电耦合器件 84

3.6.1 光电耦合器件的分类、结构和用途 84

3.6.2 光电耦合器件的基本电路 86

练习题 87

第4章 光电导器件 89

4.1 光敏电阻的工作原理 89

4.1.1 光敏电阻的结构和分类 89

4.1.2 光敏电阻的工作原理 90

4.2 光敏电阻的主要特性参数 91

4.2.1 光电导灵敏度 92

4.2.2 光电导增益 92

4.2.3 量子效率 93

4.2.4 光谱响应率与光谱响应曲线 93

4.2.5 响应时间和频率特性 95

4.2.6 光电特性和γ值 97

4.2.7 前历效应 97

4.2.8 温度特性 98

4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声 99

4.3.1 偏置电路 99

4.3.2 噪声等效电路 102

4.4 光敏电阻的特点和应用 103

4.4.1 光敏电阻的特点 103

4.4.2 光敏电阻使用时的注意事项 103

4.4.3 常见光敏电阻 104

4.4.4 光敏电阻的应用 105

练习题 105

第5章 真空光电器件 107

5.1 光电阴极 107

5.1.1 光电阴极的主要参数 107

5.1.2 光电阴极的分类 108

5.1.3 常用光电阴极材料 109

5.2 光电管与光电倍增管 111

5.2.1 光电管 111

5.2.2 光电倍增管 112

5.3 光电倍增管的主要特性参数 116

5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路 121

5.4.1 高压电源 121

5.4.2 高压分压电路 122

5.4.3 分压电流与输出线性的关系 123

5.4.4 信号输出方式 125

5.5 微通道板光电倍增管 126

5.6 光电倍增管的应用 129

5.6.1 光谱测量 130

5.6.2 极微弱光信号的探测——光子计数 130

5.6.3 射线的探测 131

练习题 132

第6章 真空成像器件 133

6.1 像管 133

6.1.1 像管结构和工作原理 134

6.1.2 像管的特性参量 136

6.2 常见像管 137

6.2.1 常见变像管 137

6.2.2 常见像增强器 138

6.2.3 特殊变像管 141

6.3 摄像管 143

6.3.1 摄像管的作用及分类 143

6.3.2 摄像管的结构和工作原理 144

6.4 光导靶和存储靶 145

6.4.1 视像管靶 145

6.4.2 光电发射型摄像管靶——存储靶 148

6.5 摄像管的特性参数 149

6.5.1 摄像管的特性参数 149

6.5.2 不同视像管的特性参数比较 152

6.6 摄像管的发展方向 153

练习题 153

第7章 固体成像器件 154

7.1 电荷耦合器件 154

7.1.1 电荷耦合器件的结构 154

7.1.2 电荷耦合原理与电极结构 155

7.1.3 电荷耦合器件的组成及其工作原理 156

7.1.4 电荷转移沟道类型 159

7.2 电荷耦合器件的分类 160

7.2.1 线阵CCD 160

7.2.2 面阵CCD 161

7.3 CCD摄像机分类 163

7.3.1 可见光CCD 163

7.3.2 IRCCD 165

7.3.3 X射线CCD 165

7.3.4 紫外光CCD 166

7.4 CCD的性能参数 166

7.4.1 电荷转移效率和转移损失率 166

7.4.2 光谱响应率和干涉效应 167

7.4.3 分辨率和调制传递函数 167

7.4.4 动态范围 168

7.4.5 暗电流和噪声 168

7.5 自扫描光电二极管阵列 169

7.5.1 光电二极管阵列的结构形式和工作原理 169

7.5.2 SSPD线阵 171

7.5.3 SSPD面阵 172

7.5.4 SSPD的主要特性参数 173

7.5.5 SSPID器件的信号读出及放大电路 175

7.6 CMOS图像传感器 176

7.7 CMOS与CCD图像传感器比较 180

7.8 固体摄像器件的发展现状和应用 181

7.8.1 CCD摄像器件的发展现状和应用 181

7.8.2 CMOS摄像器件的发展现状和应用 184

练习题 184

第8章 红外辐射与红外探测器 185

8.1 红外辐射的基本知识 185

8.1.1 红外辐射 185

8.1.2 红外辐射源 186

8.2 红外探测器 187

8.2.1 热探测器 187

8.2.2 光子探测器 190

8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项 191

8.3.1 红外探测器的性能参数 191

8.3.2 红外探测器使用中应注意的问题 192

8.4 红外测温 193

8.4.1 红外测温原理 193

8.4.2 红外测温的特点 193

8.4.3 热辐射传感器 193

8.5 红外成像 196

8.5.1 红外成像器件 196

8.5.2 红外热像仪 197

8.5.3 红外分析仪 199

8.6 红外无损检测 200

8.6.1 焊接缺陷的无损检测 200

8.6.2 铸件内部缺陷探测 201

8.6.3 疲劳裂纹探测 201

8.7 红外探测技术在军事上的应用 202

8.7.1 红外侦察 202

8.7.2 红外雷达 202

练习题 203

第9章 光导纤维与光纤传感器 204

9.1 光导纤维基础知识 204

9.1.1 光纤的结构 204

9.1.2 光纤的种类 204

9.1.3 光纤的传输模式 205

9.1.4 光纤的传光原理 205

9.1.5 光纤的传输特性 207

9.1.6 光纤的耦合 209

9.2 光导纤维的应用 210

9.2.1 光纤在直接导光方面的应用 210

9.2.2 光纤面板 212

9.3 光纤传感器的分类及构成 215

9.3.1 光纤传感器的分类 215

9.3.2 光纤传感器的基本构成 216

9.3.3 光纤传感器的优点 217

9.4 功能型光纤传感器 217

9.4.1 相位调制型光纤传感器 217

9.4.2 光强调制型光纤传感器 219

9.4.3 偏振态调制型光纤电流传感器 220

9.5 非功能型光纤传感器 221

9.5.1 传输光强调制型光纤传感器 221

9.5.2 反射光强调制型光纤传感器 223

9.5.3 频率调制型光纤传感器 223

9.5.4 光纤液体折射率传感器 225

练习题 227

第10章 光外差检测技术 229

10.1 光外差检测原理 229

10.2 光外差检测调相信号的解调方法 232

10.2.1 用频谱分析仪测量微振动位移的幅值 232

10.2.2 锁相环解调方法 233

10.3 光外差检测特性 237

10.3.1 光外差检测可获得全部信息 237

10.3.2 光外差检测具有高的转换增益 238

10.3.3 良好的滤波性能 238

10.3.4 信噪比的损失较小 239

10.3.5 最小可检测功率 240

10.4 光外差检测系统对光电转换器性能的要求 241

10.5 光外差检测的空间匹配条件及频率条件 241

10.5.1 光外差检测的空间匹配条件 242

10.5.2 光外差检测的频率条件 245

10.6 共线光外差干涉系统的相位调制 245

10.6.1 索列尔-巴比涅相位补偿器 246

10.6.2 共线光外差干涉系统 246

10.6.3 相位调制原理 247

10.6.4 实验过程与结果 248

练习题 249

第11章 光电探测器实验 251

实验1 光电探测器光谱响应度的测量 251

实验2 光电探测器响应时间的测试 254

实验3 光电探测器探测度的测量 257

实验4 光敏电阻特性测量实验 260

实验5 光敏二极管特性测试 263

实验6 光敏三极管特性测试 265

实验7 光电位置传感器（PSD）实验 267

实验8 光电位置传感器（PSD）光电特性实验 270

实验9 线阵CCD原理及驱动实验 271

实验10 线阵CCD基本特性的测量实验 274

实验11 利用线阵CCD进行物体角度的测量 276

实验12 光纤位移测试传感器实验 279

附录A 实验1装置中器件说明 281

附录B CS-1022型示波器测量上升响应时间的方法介绍 283

附录C 彩色线阵CCD图像传感器TCD 2252D简介 284

部分习题参考答案 287

参考文献 288