光电探测与信号处理PDF电子书下载

第1章　光电探测基础 1

1.1　光电系统描述 1

1.1.1　光电系统的基本模型 2

1.1.2　光源发射增益 3

1.1.3　接收光功率 6

1.2　光接收机视场 7

1.2.1　透镜变换 7

1.2.2　探测功率和视场 11

1.3　光电探测器的物理效应 13

1.3.1　光子效应和光热效应 14

1.3.2　光电发射效应 15

1.3.3　光电导效应 16

1.3.4　光伏效应 18

1.3.5　温差电效应 20

1.3.6　热释电效应 20

1.4　光电转换定律和光电子计数统计 21

1.4.1　光电转换定律 21

1.4.2　光电子计数统计 22

1.5　光电探测器性能参数 28

1.6　光电探测器的噪声 33

1.6.1　噪声的概念 33

1.6.2　噪声的描述 34

1.6.3　光电探测器的噪声源 36

1.7　辐度学与光度学 41

1.7.1　辐射量 42

1.7.2　光度量 44

1.8　背景辐射 46

1.9　探测器主要性能参数测试 50

1.9.1　探测器光谱响应率函数的测试方法 50

1.9.2　光谱响应率函数的测试 53

习题与思考题1 55

第2章　点探测器 57

2.1　光电管 57

2.1.1　光阴极材料及其光谱响应 57

2.1.2　光电特性和伏安特性 64

2.1.3　频率特性及其他特性 70

2.1.4　强流管 71

2.2　光电倍增管 72

2.2.1　倍增极的特性 73

2.2.2　工作电压 74

2.2.3　光电特性和伏安特性 77

2.2.4　噪声特性 79

2.2.5　微通道板光电倍增管 81

2.3　光电导探测器 82

2.3.1　光电转换原理 82

2.3.2　工作特性 84

2.3.3　几种典型的光敏电阻及派生器件 89

2.3.4　使用注意事项 92

2.3.5　光电导探测器的偏置方式 92

2.4　PN结光伏探测器的工作模式 95

2.4.1　光电转换原理 95

2.4.2　光伏探测器的工作模式 97

2.5　光电池 98

2.5.1　短路电流和开路电压 99

2.5.2　输出功率和最佳负载电阻 100

2.5.3　光谱、频率响应及温度特性 102

2.5.4　慢变化光信号探测 103

2.5.5　脉动光信号探测 106

2.6　光电二极管 108

2.6.1　Si光电二极管 108

2.6.2　PIN硅光电二极管 115

2.6.3　雪崩光电二极管 116

2.6.4　紫外光电二极管 119

2.6.5　半导体色敏器件 121

2.6.6　光电三极管 123

2.6.7 HgCdTe光电二极管 125

2.6.8　光子牵引探测器 125

2.7　光电象限探测器和位敏探测器 126

2.7.1　象限探测器 126

2.7.2　光电位敏传感器（PSD） 128

2.8　光热探测器 135

2.8.1　光热探测器的热过程分析 135

2.8.2　热敏电阻 137

2.8.3　热释电探测器 137

习题与思考题2 140

第3章　直接探测和外差探测 143

3.1　直接探测系统的性能分析 144

3.1.1　包络探测 144

3.1.2　信噪比特性 145

3.1.3　等效噪声功率特性 145

3.2　提高输入信噪比的光学方法 147

3.2.1　滤波法 148

3.2.2　场镜法 149

3.3　前置放大器的噪声匹配 150

3.3.1　前放噪声等效电路 151

3.3.2　噪声系数 152

3.3.3　匹配方法 153

3.4　阈值探测的光电探测统计 157

3.5　相关检测 160

3.5.1　相关原理 160

3.5.2　锁定放大器 165

3.5.3　信噪比改善 168

3.6　维纳滤波器 168

3.7　匹配滤波器 170

3.8　BOXCAR 172

3.8.1　取样积分器的工作原理 173

3.8.2　取样积分器的主要参数 176

3.9　光子计数 180

3.9.1　光子计数的原理 181

3.9.2　光子计数系统的测量误差 185

3.10　光频外差探测的基本原理 187

3.10.1　光频外差光路结构 187

3.10.2　双光束干涉 188

3.10.3　外差信号的特点 189

3.11　光频外差探测的信噪比分析 191

3.11.1　不计本振噪声 191

3.11.2　计入本振噪声 192

3.11.3　光电探测器的外差探测极限灵敏度 193

3.12　光频外差探测的空间相位条件 194

3.12.1　两光束不平行 195

3.12.2　两光束平行但不垂直光敏面 196

3.13　光频外差探测系统 197

3.13.1　降低空间相干条件——艾里斑原理法 197

3.13.2　自适应光外差技术 200

习题与思考题3 203

第4章　像探测器 205

4.1　光电成像概论 205

4.2　真空摄像管 207

4.2.1　真空摄像管结构 208

4.2.2　摄像原理 209

4.2.3　其他真空摄像管 210

4.3 自扫描光电二极管阵列 212

4.3.1　SSPD线阵列 213

4.3.2　SSPD面阵列 220

4.4　CCD摄像器件 223

4.4.1　CCD结构和存储电荷原理 223

4.4.2　电荷转移工作原理与电极结构 226

4.4.3　电荷注入和读出 233

4.4.4　CCD图像传感器 235

4.5 电荷注入器件CID 237

4.6　CMOS图像传感器 239

4.6.1　CMOS图像传感器的成像原理及结构 240

4.6.2　CMOS图像传感器的优势 242

4.6.3　CMOS图像传感器的发展 243

4.7　固体图像传感器主要特性参数 244

4.7.1　光谱响应特性 244

4.7.2　灵敏度 244

4.7.3　暗信号及动态范围 245

4.7.4　分辨率 246

4.7.5　工作频率 248

4.7.6　CCD的特性参数 248

习题与思考题4 250

第5章　光接收机信号检测理论概述 251

5.1　信号检测的基本问题 251

5.1.1　接收机的任务 251

5.1.2　统计判决和假设检验 252

5.1.3　代价函数与风险 254

5.2　最佳接收机的概念 254

5.2.1　最大信噪比准则 254

5.2.2　实现最佳接收机的方法 255

5.3　信号参量估值理论简介 256

5.3.1　信号参量估值模型 256

5.3.2　贝叶斯估值 258

5.3.3　最大后验概率估值准则 258

5.3.4　最大似然估值 259

5.4　理想接收机 259

5.4.1　后验概率与信息量 259

5.4.2　通信和雷达的不同 261

习题与思考题5 262

参考文献 263