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第0章 绪论 1

0.1光电技术及其研究内容 1

0.2光电信息系统 2

0.3光电技术的应用及发展趋势 4

本章小结 11

思考题与习题 11

第1章 辐射度学与光度学基础 12

1.1电磁辐射 12

1.1.1电磁波谱 12

1.1.2光辐射 14

1.1.3光的波粒二象性 14

1.1.4电磁辐射中的立体角计算 15

1.2辐射度的基本物理量 15

1.3光度学基础 17

1.3.1光度学的基本物理量 17

1.3.2光谱光视效率 19

1.3.3光谱光视效能 20

1.4辐射度学与光度学中的几个基本定律 21

1.4.1朗伯余弦定律 21

1.4.2距离平方反比定律 22

1.4.3亮度守恒定律 23

1.5黑体辐射 23

1.5.1黑体辐射定律 24

1.5.2普朗克能量子假设 24

本章小结 26

思考题与习题 26

第2章 光电探测器理论基础 28

2.1半导体物理基础 28

2.1.1晶体的能带 28

2.1.2热平衡下的载流子浓度 32

2.1.3半导体材料的光吸收效应 36

2.1.4半导体中的非平衡载流子 37

2.1.5半导体中载流子的扩散与漂移 39

2.2光电效应 40

2.2.1光电导效应 40

2.2.2光伏效应 42

2.2.3光电子发射效应 47

2.3光电探测器的噪声 49

2.4光电探测器的特性参数 51

本章小结 54

思考题与习题 55

第3章 光电探测中的常见光源 56

3.1光源的基本特性参数 56

3.1.1辐射效率和发光效率 56

3.1.2光谱功率分布 57

3.1.3空间光强分布 57

3.1.4光源的色温 57

3.1.5光源的颜色 58

3.2热辐射光源 58

3.2.1太阳 59

3.2.2黑体模拟器 59

3.2.3白炽灯与卤钨灯 60

3.3气体放电光源 61

3.3.1汞灯 61

3.3.2钠灯 62

3.3.3氙灯 62

3.3.4空心阴极灯 63

3.3.5氘灯 63

3.4激光器 63

3.4.1激光器工作原理 64

3.4.2激光特性 64

3.4.3激光器类型 64

3.5 发光二极管 67

3.5.1发光二极管原理与结构 67

3.5.2发光二极管基本特性参数 69

3.5.3常用发光二极管 74

3.5.4发光二极管驱动电路 75

3.5.5发光二极管应用 75

本章小结 77

思考题与习题 77

第4章 光电导探测器 78

4.1光电导探测器原理与结构 78

4.1.1光电导探测器原理 78

4.1.2光电导增益 78

4.1.3光敏电阻结构 79

4.2光敏电阻基本特性参数 80

4.2.1光电特性 80

4.2.2光电导灵敏度 81

4.2.3温度特性 81

4.2.4响应时间 82

4.2.5光谱特性 82

4.2.6伏安特性 83

4.2.7前历效应 83

4.2.8噪声特性 83

4.3典型光敏电阻 84

4.3.1本征光电导探测器 84

4.3.2杂质型光敏电阻 87

4.3.3多晶光电导探测器 88

4.4光敏电阻偏置电路 88

4.4.1光敏电阻微变等效电路 89

4.4.2基本偏置电路 89

4.4.3恒流偏置电路 89

4.4.4恒压偏置电路 90

4.4.5恒功率偏置电路 90

4.5光电导探测器应用 92

4.5.1声光自动控制电路 92

4.5.2照明灯自动控制电路 93

4.5.3火焰报警电路 93

4.5.4照相机自动曝光控制电路 93

本章小结 94

思考题与习题 95

第5章 光伏探测器 97

5.1光电池 97

5.1.1硅光电池工作原理与基本结构 97

5.1.2硅光电池基本特性 100

5.1.3常用光电池 101

5.1.4光电池的偏置电路 102

5.1.5光电池应用 104

5.2光敏二极管 105

5.2.1硅光敏二极管工作原理与基本结构 105

5.2.2硅光敏二极管基本特性 107

5.2.3常用光敏二极管 109

5.2.4光敏二极管偏置电路 110

5.2.5光敏二极管应用 112

5.3光敏晶体管 113

5.3.1硅光敏晶体管工作原理与基本结构 113

5.3.2硅光敏晶体管基本特性 114

5.3.3常用光敏晶体管 116

5.3.4光敏晶体管应用 117

5.4 PIN光敏二极管 117

5.4.1 PIN光敏二极管结构与工作原理 118

5.4.2 PIN光敏二极管主要特性参数 119

5.4.3典型的PIN光敏二极管与应用 120

5.5雪崩光敏二极管 122

5.5.1雪崩光敏二极管原理 122

5.5.2达通型雪崩光敏二极管结构、电场、电荷分布 122

5.5.3雪崩光敏二极管主要特性参数 123

5.5.4典型的雪崩光敏二极管与应用 124

5.6色敏探测器 126

5.6.1色敏探测器结构与工作原理 126

5.6.2色敏探测器的检测电路 127

5.6.3色敏探测器的短路电流比-波长特性 128

5.6.4两种色敏探测器 128

5.6.5色敏探测器应用 129

5.7位置敏感探测器 130

5.7.1 PSD工作原理 130

5.7.2 PSD检测电路 132

5.7.3 PSD主要特性参数 133

5.7.4常用PSD 134

5.7.5 PSD应用 136

5.8象探测器 137

5.8.1象探测器原理 137

5.8.2四象限探测器的空间分辨率 139

5.8.3四象限探测器信号处理电路 139

5.8.4四象限探测器及其应用 142

5.9光耦合器 144

5.9.1光耦合器工作原理与结构 144

5.9.2光耦合器特性参数 144

5.9.3光耦合器应用 146

本章小结 147

思考题与习题 148

第6章 光电子发射探测器 151

6.1光电阴极 151

6.2光电倍增管原理与结构 154

6.2.1光电倍增管工作原理 154

6.2.2光电倍增管结构 155

6.3光电倍增管主要特性参数 158

6.4光电倍增管工作电路 164

6.4.1高压供电电路 164

6.4.2信号输出电路 168

6.5光电倍增管应用 173

6.5.1分光光度法 174

6.5.2医疗器械 174

6.5.3生物技术 175

6.5.4石油测井 176

6.5.5环境测量 176

6.5.6工业测量 177

6.5.7固体表面分析 177

本章小结 178

思考题与习题 178

第7章 热探测器 180

7.1热探测器基本原理 180

7.1.1温度变化方程 180

7.1.2热探测器的最小可探测功率 181

7.2热电偶探测器 182

7.2.1热电偶工作原理 182

7.2.2热电偶主要特性参数 183

7.2.3热电堆 184

7.2.4热电偶与热电堆应用 184

7.3热敏电阻探测器 185

7.3.1热敏电阻基本原理与结构 185

7.3.2热敏电阻探测器主要特性参数 186

7.3.3热敏电阻应用 187

7.4热释电探测器 188

7.4.1热释电器基本原理 188

7.4.2热释电探测器主要特性参数 191

7.4.3常用的热释电探测器材料 192

7.4.4热释电探测器应用 193

本章小结 194

思考题与习题 194

第8章 光电图像探测器 195

8.1像管 195

8.1.1像管基本原理与结构 195

8.1.2像管主要特性参数 197

8.1.3红外变像管 199

8.1.4像增强管 200

8.1.5像管应用 202

8.2真空摄像管 203

8.2.1光电导式摄像管 203

8.2.2光电发射式摄像管 206

8.3电荷耦合器件 207

8.3.1电荷耦合器件工作原理 207

8.3.2电荷耦合器件主要特性参数 213

8.3.3电荷精合成像器件 216

8.3.4电荷耦合成像器件的驱动方法 220

8.3.5常用的线阵CCD成像器件 221

8.3.6电荷耦合成像器件应用 223

8.4 CMOS图像传感器 225

8.4.1 CMOS成像器件的像敏单元结构与工作原理 225

8.4.2 CMOS成像器件的组成架构 230

8.4.3 CMOS与CCD图像器件的比较 230

8.5红外焦平面阵列探测器 235

8.5.1非制冷红外焦平面的结构与工作原理 235

8.5.2红外成像与红外热像仪 236

8.5.3典型的红外焦平面探测器 237

8.5.4红外成像技术应用 237

本章小结 239

思考题与习题 239

第9章 光学信息变换 240

9.1光学信息变换概述 240

9.2几何光学方法的光学信息变换 241

9.2.1物体尺寸信息的光学变换 241

9.2.2位移信息的光学变换 243

9.3物理光学方法的光学信息变换 245

9.3.1干涉方法的光学信息变换 245

9.3.2衍射方法的光学信息变换 251

9.4时变光信息的调制 254

9.4.1调制光优点 254

9.4.2光信号调制基本原理 254

9.4.3光调制方法 257

9.4.4调制信号解调 262

本章小结 262

思考题与习题 262

第10章 微弱光电信号的探测与处理 263

10.1直接探测与外差探测 263

10.1.1直接探测 263

10.1.2光频外差探测 265

10.2微弱光电信号前置放大器的设计 269

10.2.1放大器的噪声模型与等效输入噪声 269

10.2.2噪声系数 270

10.2.3光电探测器与前置放大器耦合网络的设计原则 272

10.2.4低噪声前置运放的选用 273

10.2.5低噪声放大器设计原则与方法 274

10.3微弱光电信号的探测与处理 276

10.3.1微弱光电信号的检测 277

10.3.2窄带滤波法 277

10.3.3相关检测法 278

10.3.4锁定放大器 280

10.3.5取样积分法 283

10.3.6光子计数器 286

本章小结 289

思考题与习题 289

第11章 典型的光电检测系统 291

11.1空间光通信捕获、跟踪、瞄准系统 291

11.1.1空间光通信系统 291

11.1.2 ATP系统构成 292

11.1.3共轴双检测ATP系统 293

11.1.4 ATP系统关键参数 294

11.2基于光电鼠标芯片的物体运动状态测量系统 296

11.2.1光电鼠标工作原理及构成 296

11.2.2光电鼠标主要技术参数 297

11.2.3基于光电鼠标传感器的运动物体无接触检测 298

11.3用于三维复合精细成像的双CCD交会测量 301

11.3.1 CCD光电信号的二值化处理与数据采集 301

11.3.2双CCD交会测量的系统构成 303

11.3.3双CCD交会测量的基本原理 304

11.3.4用于三维精细成像的双CCD交会测量系统设计 306

11.4时域分布式光纤测温系统 309

11.4.1拉曼散射型分布式光纤测温系统工作原理 309

11.4.2拉曼散射型分布式光纤测温系统设计 310

11.5基于红外传感器的气体浓度检测系统 314

11.5.1红外吸收检测原理 314

11.5.2红外吸收型CO2气体检测系统的设计 315

11.5.3系统的定标 317

11.6光电火控系统 318

11.6.1光电火控系统构成及工作原理 318

11.6.2光电测距装置 319

11.6.3光电测角装置 321

11.6.4监视及捕捉装置 322

11.6.5火控计算机 324

本章小结 324

思考题与习题 325

参考文献 326