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第1章 光电检测应用中的基础知识1

1.1 辐射度学和光度学基本概念1

1.1.1 辐射度学基本物理量1

1.1.2 光度学基本物理量3

1.1.3 光度学基本定律5

1.2 半导体基础知识8

1.2.1 固体的能带结构8

1.2.2 热平衡下的载流子浓度11

1.2.3 半导体中的非平衡载流子13

1.2.4 载流子的扩散与漂移15

1.3 基本定律16

1.3.1 黑体辐射定律16

1.3.2 光电效应18

1.4 光电探测器的噪声和特性参数23

1.4.1 光电探测器中的噪声23

1.4.2 噪声的等效处理27

1.4.3 光电探测器的特性参数28

1.4.4 光电探测器的合理选择31

练习题31

第2章 光电检测中的常用光源33

2.1 光源的特性参数33

2.1.1 辐射效率和发光效率33

2.1.2 光谱功率分布34

2.1.3 空间光强分布35

2.1.4 光源的颜色35

2.1.5 光源的色温36

2.2 热辐射源36

2.2.1 太阳36

2.2.2 黑体模拟器37

2.2.3 白炽灯38

2.3 气体放电光源39

2.3.1 脉冲灯39

2.3.2 原子光谱灯41

2.3.3 汞灯41

2.4 固体发光光源42

2.4.1 场致发光光源42

2.4.2 其他平板显示器件44

2.4.3 结型发光光源——发光二极管和激光二极管47

2.5 激光器51

2.5.1 激光原理51

2.5.2 激光器的结构和工作过程54

2.5.3 激光器的类型55

2.5.4 激光的特性58

练习题59

第3章 结型光电器件60

3.1 结型光电器件工作原理60

3.1.1 热平衡状态下的PN结60

3.1.2 光照下的PN结61

3.2 硅光电池63

3.2.1 硅光电池的基本结构和工作原理63

3.2.2 硅光电池的特性参数64

3.3 硅光电二极管和硅光电三极管67

3.3.1 硅光电二极管67

3.3.2 硅光电三极管68

3.3.3 硅光电三极管与硅光电二极管特性比较69

3.4 结型光电器件的放大电路72

3.4.1 结型光电器件与放大三极管的连接72

3.4.2 光电二极管与集成运算放大器的连接72

3.5 特殊结型光电二极管74

3.5.1 象限探测器74

3.5.2 PIN型光电二极管74

3.5.3 雪崩光电二极管80

3.5.4 紫外光电二极管81

3.5.5 半导体色敏器件82

3.6 结型光电器件的应用实例——光电耦合器件84

3.6.1 光电耦合器件的分类、结构和用途84

3.6.2 光电耦合器件的基本电路86

练习题87

第4章 光电导器件89

4.1 光敏电阻的工作原理89

4.1.1 光敏电阻的结构和分类89

4.1.2 光敏电阻的工作原理90

4.2 光敏电阻的主要特性参数91

4.2.1 光电导灵敏度92

4.2.2 光电导增益92

4.2.3 量子效率93

4.2.4 光谱响应率与光谱响应曲线93

4.2.5 响应时间和频率特性95

4.2.6 光电特性和γ值97

4.2.7 前历效应97

4.2.8 温度特性98

4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声99

4.3.1 偏置电路99

4.3.2 噪声等效电路102

4.4 光敏电阻的特点和应用103

4.4.1 光敏电阻的特点103

4.4.2 光敏电阻使用时的注意事项103

4.4.3 常见光敏电阻104

4.4.4 光敏电阻的应用105

练习题105

第5章 真空光电器件107

5.1 光电阴极107

5.1.1 光电阴极的主要参数107

5.1.2 光电阴极的分类108

5.1.3 常用光电阴极材料109

5.2 光电管与光电倍增管111

5.2.1 光电管111

5.2.2 光电倍增管112

5.3 光电倍增管的主要特性参数116

5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路121

5.4.1 高压电源121

5.4.2 高压分压电路122

5.4.3 分压电流与输出线性的关系123

5.4.4 信号输出方式125

5.5 微通道板光电倍增管126

5.6 光电倍增管的应用129

5.6.1 光谱测量130

5.6.2 极微弱光信号的探测——光子计数130

5.6.3 射线的探测131

练习题132

第6章 真空成像器件133

6.1 像管133

6.1.1 像管结构和工作原理134

6.1.2 像管的特性参量136

6.2 常见像管137

6.2.1 常见变像管137

6.2.2 常见像增强器138

6.2.3 特殊变像管141

6.3 摄像管143

6.3.1 摄像管的作用及分类143

6.3.2 摄像管的结构和工作原理144

6.4 光导靶和存储靶145

6.4.1 视像管靶145

6.4.2 光电发射型摄像管靶——存储靶148

6.5 摄像管的特性参数149

6.5.1 摄像管的特性参数149

6.5.2 不同视像管的特性参数比较152

6.6 摄像管的发展方向153

练习题153

第7章 固体成像器件154

7.1 电荷耦合器件154

7.1.1 电荷耦合器件的结构154

7.1.2 电荷耦合原理与电极结构155

7.1.3 电荷耦合器件的组成及其工作原理156

7.1.4 电荷转移沟道类型159

7.2 电荷耦合器件的分类160

7.2.1 线阵CCD160

7.2.2 面阵CCD161

7.3 CCD摄像机分类163

7.3.1 可见光CCD163

7.3.2 IRCCD165

7.3.3 X射线CCD165

7.3.4 紫外光CCD166

7.4 CCD的性能参数166

7.4.1 电荷转移效率和转移损失率166

7.4.2 光谱响应率和干涉效应167

7.4.3 分辨率和调制传递函数167

7.4.4 动态范围168

7.4.5 暗电流和噪声168

7.5 自扫描光电二极管阵列169

7.5.1 光电二极管阵列的结构形式和工作原理169

7.5.2 SSPD线阵171

7.5.3 SSPD面阵172

7.5.4 SSPD的主要特性参数173

7.5.5 SSPID器件的信号读出及放大电路175

7.6 CMOS图像传感器176

7.7 CMOS与CCD图像传感器比较180

7.8 固体摄像器件的发展现状和应用181

7.8.1 CCD摄像器件的发展现状和应用181

7.8.2 CMOS摄像器件的发展现状和应用184

练习题184

第8章 红外辐射与红外探测器185

8.1 红外辐射的基本知识185

8.1.1 红外辐射185

8.1.2 红外辐射源186

8.2 红外探测器187

8.2.1 热探测器187

8.2.2 光子探测器190

8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项191

8.3.1 红外探测器的性能参数191

8.3.2 红外探测器使用中应注意的问题192

8.4 红外测温193

8.4.1 红外测温原理193

8.4.2 红外测温的特点193

8.4.3 热辐射传感器193

8.5 红外成像196

8.5.1 红外成像器件196

8.5.2 红外热像仪197

8.5.3 红外分析仪199

8.6 红外无损检测200

8.6.1 焊接缺陷的无损检测200

8.6.2 铸件内部缺陷探测201

8.6.3 疲劳裂纹探测201

8.7 红外探测技术在军事上的应用202

8.7.1 红外侦察202

8.7.2 红外雷达202

练习题203

第9章 光导纤维与光纤传感器204

9.1 光导纤维基础知识204

9.1.1 光纤的结构204

9.1.2 光纤的种类204

9.1.3 光纤的传输模式205

9.1.4 光纤的传光原理205

9.1.5 光纤的传输特性207

9.1.6 光纤的耦合209

9.2 光导纤维的应用210

9.2.1 光纤在直接导光方面的应用210

9.2.2 光纤面板212

9.3 光纤传感器的分类及构成215

9.3.1 光纤传感器的分类215

9.3.2 光纤传感器的基本构成216

9.3.3 光纤传感器的优点217

9.4 功能型光纤传感器217

9.4.1 相位调制型光纤传感器217

9.4.2 光强调制型光纤传感器219

9.4.3 偏振态调制型光纤电流传感器220

9.5 非功能型光纤传感器221

9.5.1 传输光强调制型光纤传感器221

9.5.2 反射光强调制型光纤传感器223

9.5.3 频率调制型光纤传感器223

9.5.4 光纤液体折射率传感器225

练习题227

第10章 光外差检测技术229

10.1 光外差检测原理229

10.2 光外差检测调相信号的解调方法232

10.2.1 用频谱分析仪测量微振动位移的幅值232

10.2.2 锁相环解调方法233

10.3 光外差检测特性237

10.3.1 光外差检测可获得全部信息237

10.3.2 光外差检测具有高的转换增益238

10.3.3 良好的滤波性能238

10.3.4 信噪比的损失较小239

10.3.5 最小可检测功率240

10.4 光外差检测系统对光电转换器性能的要求241

10.5 光外差检测的空间匹配条件及频率条件241

10.5.1 光外差检测的空间匹配条件242

10.5.2 光外差检测的频率条件245

10.6 共线光外差干涉系统的相位调制245

10.6.1 索列尔-巴比涅相位补偿器246

10.6.2 共线光外差干涉系统246

10.6.3 相位调制原理247

10.6.4 实验过程与结果248

练习题249

第11章 光电探测器实验251

实验1 光电探测器光谱响应度的测量251

实验2 光电探测器响应时间的测试254

实验3 光电探测器探测度的测量257

实验4 光敏电阻特性测量实验260

实验5 光敏二极管特性测试263

实验6 光敏三极管特性测试265

实验7 光电位置传感器（PSD）实验267

实验8 光电位置传感器（PSD）光电特性实验270

实验9 线阵CCD原理及驱动实验271

实验10 线阵CCD基本特性的测量实验274

实验11 利用线阵CCD进行物体角度的测量276

实验12 光纤位移测试传感器实验279

附录A 实验1装置中器件说明281

附录B CS-1022型示波器测量上升响应时间的方法介绍283

附录C 彩色线阵CCD图像传感器TCD 2252D简介284

部分习题参考答案287

参考文献288