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绪论 1

0.1　信息和光电技术 1

0.2　光电探测及其重要作用 2

0.3　光电技术的特点及其发展 5

参考文献 8

第一部分　理论基础 11

第1章　光辐射探测的理论基础 11

1.1 辐射度学与光度学的基础知识 11

1.1.1　光的基本概念 11

1.1.2　辐射度量 12

1.1.3　光度量 14

1.1.4　辐射度学和光度学中的两个基本定律 17

1.2　半导体的基础知识 18

1.2.1　能带理论 18

1.2.2　热平衡状态下的载流子 21

1.2.3　半导体对光的吸收 23

1.2.4　非平衡状态下的载流子 25

1.2.5　载流子的扩散与漂移 28

1.3　光电探测器概述 29

1.3.1　半导体的光电效应 29

1.3.2　光电探测器的噪声 37

1.3.3　光电探测器的特性参数 40

本章小结 45

习题与思考题 45

参考文献 46

第二部分　光辐射源和光电探测器第2章　常用光辐射源 51

2.1　黑体辐射 51

2.1.1 发射率和基尔霍夫定律 51

2.1.2　普朗克辐射公式 52

2.1.3　维恩位移定律 53

2.1.4　斯蒂芬-玻尔兹曼定律 53

2.2　光源的基本特性参数 54

2.3　热辐射光源 56

2.3.1 自然辐射源 56

2.3.2　黑体辐射器 58

2.3.3　白炽灯与卤钨灯 59

2.4　气体放电光源 60

2.4.1　汞灯 60

2.4.2　氙灯 61

2.4.3　原子光谱灯 62

2.4.4　氘灯 62

2.5　激光器 63

2.5.1　气体激光器 64

2.5.2　固体激光器 64

2.5.3　染料激光器 65

2.5.4　半导体激光器 65

2.6　发光二极管 67

本章小结 69

习题与思考题 70

参考文献 70

第3章　光电导探测器 72

3.1　光电导探测器材料结构原理 72

3.1.1　光电导探测器的材料及分类 72

3.1.2　光照下的光电导响应过程 74

3.1.3　光电导探测器的结构和原理 76

3.2　光电导探测器的主要特性参数 79

3.3　光电导探测器的偏置电路及应用 86

3.3.1　偏置电路的基本参数及直流输出信号 86

3.3.2　几种典型的偏置电路 87

3.3.3　光电导探测器应用举例 89

本章小结 90

习题与思考题 91

参考文献 93

第4章　光伏探测器 94

4.1　光伏探测器的工作原理及特性 94

4.2　常用光伏探测器 99

4.2.1　硅光电池 99

4.2.2　硅光电二极管 102

4.2.3　硅光电三极管 104

4.2.4 PIN光电二极管 107

4.2.5　雪崩光电二极管 107

4.2.6　紫外光电二极管 110

4.2.7　碲镉汞、碲锡铅红外光电二极管 110

4.3　光伏探测器组合器件 111

4.3.1　半导体色敏感器件 111

4.3.2　阵列式光电器件 114

4.3.3　象限式光电器件 114

4.3.4　光电位置探测器 115

4.3.5　光电耦合器 117

4.4　光伏探测器的偏置电路 117

4.4.1 自偏置电路 118

4.4.2　零伏偏置电路 119

4.4.3　反向偏置电路 121

本章小结 124

习题与思考题 125

参考文献 127

第5章　光电子发射探测器 128

5.1 光电阴极 128

5.2　光电管和光电倍增管的结构原理 132

5.2.1　光电管 132

5.2.2　光电倍增管 133

5.3　光电倍增管的主要特性参数 136

5.4　光电倍增管的工作电路及应用 143

5.4.1　高压供电电路 143

5.4.2　信号输出电路 147

5.4.3　光电倍增管应用举例 149

本章小结 152

习题与思考题 152

参考文献 153

第6章　热探测器 154

6.1　热探测器的基本原理及特性 154

6.1.1　热流方程及其解 154

6.1.2　热探测器的共性分析 156

6.2　热电偶和热电堆 158

6.2.1　热电偶的结构原理 159

6.2.2　热电偶的主要特性参数 161

6.2.3　热电堆 163

6.2.4　热电偶和热电堆的应用 164

6.3　测辐射热计 165

6.3.1　测辐射热计的结构原理 166

6.3.2　测辐射热计的主要特性参数 167

6.3.3　测辐射热计的应用 170

6.4　热释电探测器 170

6.4.1　热释电探测器的结构原理 171

6.4.2　热释电探测器的主要特性参数 175

6.4.3　快速热释电探测器 178

6.4.4　热释电探测器的应用 179

本章小结 179

习题与思考题 180

参考文献 182

第7章　光电成像器件 184

7.1 像管 184

7.1.1　像管的结构和工作原理 185

7.1.2　像管的主要特性参数 187

7.1.3　变像管 191

7.1.4　像增强器 193

7.1.5　像管的典型应用 196

7.2　电真空摄像管 198

7.2.1　电视制式 198

7.2.2　电真空摄像管的结构原理 202

7.3　固体摄像器件 203

7.3.1　电荷耦合器件 204

7.3.2 CMOS图像传感器 219

7.3.3　红外焦平面阵列器件 223

本章小结 227

习题与思考题 228

参考文献 228

第三部分　光电信号变换与处理第8章　光学信号的调制 233

8.1　光信号调制的概述 233

8.2　光信号调制的基本原理 234

8.2.1　连续波调制 234

8.2.2　脉冲调制 239

8.2.3　编码调制 239

8.3　光信号调制的基本方法 240

8.3.1　光信号强度的调制 240

8.3.2　光信号相位的调制 251

8.3.3　光信号频率的调制 253

8.3.4　光信号偏振的调制 257

8.4　调制信号的解调 259

8.4.1　直线律检波与调幅信号的解调 259

8.4.2　相敏检波与调相信号的解调 260

本章小结 262

习题与思考题 262

参考文献 264

第9章　直接探测和相干探测 265

9.1　直接探测 265

9.1.1　直接探测的基本原理 265

9.1.2　直接探测系统的视场和作用距离 268

9.1.3　直接探测的应用举例 272

9.2　相干探测 279

9.2.1　相干探测的基本原理 279

9.2.2　相干探测的条件 283

9.2.3　相干探测的应用举例 285

9.3　探测方法的改进 292

9.3.1　平衡探测 292

9.3.2　光前置放大探测 293

本章小结 294

习题与思考题 295

参考文献 297

第10章　光电检测电路与信号处理 299

10.1 光电检测电路的带宽和频率特性 299

10.1.1　光电检测电路的基本结构及技术要求 299

10.1.2　光电检测电路的带宽 300

10.1.3　光电检测电路的频率特性分析与设计 301

10.2　光电检测电路的低噪声设计 305

10.2.1　前置放大器的噪声 305

10.2.2　光电检测电路的噪声 308

10.2.3　光电检测电路的噪声估算 312

10.3　微弱光电信号的检测与处理 315

10.3.1　相关检测理论 316

10.3.2　锁定放大器 318

10.3.3　取样积分器 322

10.3.4　光子计数器 326

本章小结 331

习题与思考题 331

参考文献 333

第四部分　典型应用 337

第11章　典型光电系统的分析与设计 337

11.1　分布式光纤测温系统 337

11.1.1　拉曼分布式光纤测温系统的工作原理 337

11.1.2　实用的分布式光纤测温系统 340

11.2　光谱测量系统 342

11.2.1　基于PMT的光谱辐射仪 342

11.2.2　光学多通道分析仪 344

11.2.3　傅里叶变换（红外）光谱仪 345

11.3 CCD尺寸测量系统 349

11.3.1 CCD玻璃管测控仪的系统设计及工作原理 349

11.3.2 CCD玻璃管测控仪的参量确定 350

11.4　光电精确制导系统 355

11.4.1　红外点源寻的制导系统 355

11.4.2　激光制导系统 359

11.5　光测图像系统 362

11.5.1　模拟图像与数字图像 362

11.5.2　光测图像系统的组成 363

11.5.3　光测图像系统的关键技术 363

11.5.4　典型光测图像系统举例 368

习题与思考题 370

参考文献 370

附录　部分习题与思考题答案及提示 372