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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PSD134

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