光电检测技术及应用PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 引言 1

1.2 光电检测系统的基本构成和工作原理 2

1.2.1 光电检测系统的基本构成 2

1.2.2 光电检测系统的基本工作原理 5

1.2.3 光电检测系统的基本结构形式 6

1.3 光电检测技术的发展 9

习题与思考题 11

第2章 光电检测光源 12

2.1 光的产生及光源分类 12

2.1.1 光的本质及产生 12

2.1.2 光源分类 13

2.2 光源的基本特性参数 13

2.2.1 辐射效率和发光效率 14

2.2.2 光谱功率分布 14

2.2.3 空间光强分布 15

2.2.4 光源的色温 15

2.2.5 光源的颜色 16

2.3 光电检测常用光源 16

2.3.1 热辐射光源 16

2.3.2 气体放电光源 18

2.3.3 固体发光光源 19

2.3.4 激光器 26

习题与思考题 30

第3章 光电检测中的光学变换 31

3.1 光调制基本概念 31

3.1.1 调制的基本概念 31

3.1.2 光学调制的分类 31

3.2 光信号调制方式 33

3.2.1 振幅调制 33

3.2.2 频率调制和相位调制 33

3.2.3 强度调制 35

3.2.4 脉冲调制 35

3.2.5 脉冲编码调制 36

3.3 光信号调制技术 36

3.3.1 直接调制 37

3.3.2 电光调制 39

3.3.3 声光调制 42

3.3.4 磁光调制 44

3.3.5 光学调制盘 45

3.3.6 光电编码器 50

习题与思考题 54

第4章 光电探测器及光电导探测器 56

4.1 光探测器的物理基础 56

4.1.1 光电效应和光热效应 57

4.1.2 光电转换定律 58

4.2 光电探测器的特性参数 58

4.2.1 量子效率 58

4.2.2 灵敏度 59

4.2.3 响应时间 60

4.2.4 噪声等效功率NEP和探测率D 61

4.2.5 线性度 62

4.2.6 探测器噪声 62

4.2.7 其他参数 65

4.3 光电导探测器 65

4.3.1 光电导效应 65

4.3.2 光敏电阻 66

习题与思考题 76

第5章 光伏特探测器 78

5.1 光伏特效应 78

5.1.1 无光照PN电流方程 78

5.1.2 光照PN时电流方程 79

5.2 光伏探测器的工作模式 80

5.3 光电池 81

5.3.1 硅光电池的基本结构和工作原理 82

5.3.2 硅光电池的特性参数 83

5.3.3 光电池偏置电路 86

5.3.4 光电池的应用 90

5.4 硅光电二极管和硅光电三极管 90

5.4.1 硅光电二极管结构及工作原理 90

5.4.2 硅光电三极管结构及工作原理 91

5.4.3 硅光电二极管与硅光电三极管特性比较 93

5.4.4 光电二极管和三极管的偏置电路 96

5.4.5 光电二极管和三极管的应用 101

习题与思考题 108

第6章 光电发射器件 109

6.1 光电发射（外光电）效应 109

6.2 光电管 110

6.3 光电倍增管 111

6.3.1 光电倍增管的结构 111

6.3.2 光电倍增管的主要特性参数 112

6.3.3 光电倍增管的供电和信号输出电路 116

6.3.4 微通道板光电倍增管 119

6.3.5 光电倍增管的应用 119

6.4 各种光电探测器件的性能比较和应用选择 120

6.4.1 接收光信号的方式 120

6.4.2 各种光电探测器件的性能比较 121

6.4.3 光电检测器件的应用选择 122

习题与思考题 123

第7章 光电成像器件 124

7.1 光电成像器件概述 124

7.1.1 光电成像器件的类型 124

7.1.2 光电成像器件的基本特性 125

7.2 真空摄像管 128

7.2.1 成像原理 128

7.2.2 摄像管的性能参数 129

7.2.3 光电导式摄像管 131

7.2.4 光电发射式摄像管 134

7.3 电荷耦合器件（CCD） 135

7.3.1 电荷耦合器件工作原理 135

7.3.2 电荷耦合器件的物理性能参数 140

7.3.3 电荷耦合摄像器件 141

7.3.4 增强型电荷耦合器件 145

7.4 自扫描光电二极管阵列 148

7.4.1 SSPD线阵列 148

7.4.2 SSPD面阵列 153

7.5 CMOS摄像器件 155

7.5.1 结构与工作原理 155

7.5.2 固定图像噪声（FPN）消除电路 158

7.5.3 CMOS图像传感器的主要特性 159

7.5.4 CMOS图像传感器的应用 160

7.6 红外焦平面阵列探测器 162

7.6.1 红外焦平面阵列的工作原理和结构 162

7.6.2 z平面红外焦平面探测器 165

7.6.3 非制冷红外焦平面阵列探测器 165

习题与思考题 166

第8章 光电检测常用电路 168

8.1 前置放大器 168

8.1.1 前置放大器设计的大致步骤 168

8.1.2 放大器设计中频率及带宽的确定 169

8.1.3 放大器设计中的其他考虑 170

8.1.4 光电器件与集成运算放大器的连接 170

8.2 解调电路 171

8.2.1 调幅波的解调 172

8.2.2 调频波的解调 174

8.2.3 调相波的解调 180

8.2.4 脉冲调制信号的解调 181

8.3 细分及辨向电路 182

8.3.1 细分概述 182

8.3.2 电子学细分 183

8.3.3 辨向电路 187

8.4 视频信号的二值化处理 188

8.4.1 微分法实现二值化处理方法 188

8.4.2 用比较法硬件电路实现二值化方法 189

习题与思考题 190

第9章 非相干检测方法与系统 191

9.1 光电信号变换及光电检测系统分类概述 191

9.2 直接检测系统 192

9.2.1 直接检测系统的基本原理 192

9.2.2 直接检测系统的基本特性 193

9.3 随时间变化的光电信号检测方法及系统 195

9.3.1 幅值法 195

9.3.2 频率法 200

9.3.3 相位和时间测量法 202

9.4 空间分布的光电信号检测方法与系统 204

9.4.1 光学目标和空间定位 204

9.4.2 几何中心检测法 204

9.4.3 亮度中心检测法 208

习题与思考题 216

第10章 相干检测方法与系统 217

10.1 相干检测的基本原理 217

10.1.1 光学干涉和干涉测量 217

10.1.2 干涉测量技术中的调制和解调 218

10.2 基本干涉系统及应用 219

10.2.1 典型的双光束干涉系统 219

10.2.2 多光束干涉系统 221

10.2.3 光纤干涉仪 222

10.3 同频率相干信号的相位调制与检测方法 223

10.3.1 相位调制与检测的原理 223

10.3.2 同频相干信号的检测方法 223

10.4 光外差检测方法与系统 226

10.4.1 光外差检测原理 226

10.4.2 光外差检测的特性 228

10.4.3 光外差检测条件 231

10.4.4 光外差检测的调频方法 234

10.4.5 光外差检测方法与应用 237

习题与思考题 244

第11章 光电检测技术在机械领域的典型应用 245

11.1 双频激光干涉仪 245

11.1.1 双纵模双频激光干涉仪的组成 245

11.1.2 工作原理分析 246

11.2 表面粗糙度测量仪 248

11.2.1 光点变位法（三角法） 248

11.2.2 临界角法 249

11.2.3 光纤传感器检测法 251

11.2.4 激光散射法 253

11.3 同轴式高分辨率激光轮廓仪 255

11.3.1 同轴式干涉轮廓仪工作原理 255

11.3.2 同轴式高分辨率激光干涉轮廓仪测量形状误差分析 256

11.3.3 测量精度分析 257

11.4 工业CT（探伤）涡流成像系统 260

11.5 CCD成像测量技术 261

11.5.1 CCD传感器检测玻璃管外径和壁厚 262

11.5.2 CCD钢板计数器 263

11.5.3 用CCD检测外圆直径 264

习题与思考题 265

第12章 光电检测技术在其他领域的典型应用 266

12.1 光电检测技术在环保科学研究及工程领域的应用 266

12.1.1 光谱测试技术基础 266

12.1.2 大气质量中烟尘量检测 270

12.1.3 大气中有害气体含量监测 275

12.1.4 水质污染监测 278

12.2 光电检测技术在军事领域的应用 283

12.2.1 光电制导 284

12.2.2 激光雷达 285

12.3 光电检测技术在生物科学研究及医疗工程领域的应用 288

12.3.1 生物芯片检测技术概述 288

12.3.2 生物芯片检测装置 289

12.3.3 光电式血糖仪 292

参考文献 294