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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 其他基本概念5

1.2 半导体基础知识7

1.2.1 固体的能带结构7

1.2.2 热平衡下的载流子浓度10

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14

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22

1.4.1 光电探测器中的噪声23

1.4.2 光电探测器的特性参数27

1.4.3 光电探测器的合理选择30

练习题30

第2章 光电检测中的常用光源31

2.1 光源的特性参数31

2.1.1 辐射效率和发光效率31

2.1.2 光谱功率分布32

2.1.3 空间光强分布33

2.1.4 光源的颜色33

2.1.5 光源的色温34

2.2 热辐射源34

2.2.1 太阳34

2.2.2 黑体模拟器35

2.2.3 白炽灯36

2.3 气体放电光源37

2.3.1 脉冲灯37

2.3.2 原子光谱灯39

2.3.3 汞灯39

2.4 固体发光光源40

2.4.1 场致发光光源40

2.4.2 其他平板显示器件42

2.4.3 结型发光光源——发光二极管和激光二极管45

2.5 激光器49

2.5.1 激光原理49

2.5.2 激光器的结构和工作过程52

2.5.3 激光器的类型53

2.5.4 激光的特性56

练习题57

第3章 结型光电器件58

3.1 结型光电器件工作原理58

3.1.1 热平衡状态下的PN结58

3.1.2 光照下的PN结59

3.2 硅光电池61

3.2.1 硅光电池的基本结构和工作原理61

3.2.2 硅光电池的特性参数62

3.3 硅光电二极管和硅光电三极管65

3.3.1 硅光电二极管65

3.3.2 硅光电三极管66

3.3.3 硅光电三极管与硅光电二极管特性比较67

3.4 结型光电器件的放大电路70

3.4.1 结型光电器件与放大三极管的连接70

3.4.2 光电器件与集成运算放大器的连接70

3.5 特殊结型光电二极管71

3.5.1 象限探测器71

3.5.2 PIN型光电二极管72

3.5.3 雪崩光电二极管78

3.5.4 紫外光电二极管79

3.5.5 半导体色敏器件79

3.6 结型光电器件的应用实例——光电耦合器件81

3.6.1 光电耦合器件的分类、结构和用途82

3.6.2 光电耦合器件的基本电路83

练习题85

第4章 光电导器件86

4.1 光敏电阻的工作原理86

4.1.1 光敏电阻的结构和分类86

4.1.2 光敏电阻的工作原理87

4.2 光敏电阻的主要特性参数88

4.2.1 光电导灵敏度89

4.2.2 光电导增益89

4.2.3 量子效率90

4.2.4 光谱响应率与光谱响应曲线90

4.2.5 响应时间和频率特性92

4.2.6 光电特性和γ值94

4.2.7 前历效应94

4.2.8 温度特性95

4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声96

4.3.1 偏置电路96

4.3.2 噪声等效电路98

4.4 光敏电阻的特点和应用99

4.4.1 光敏电阻的特点99

4.4.2 光敏电阻使用时的注意事项99

4.4.3 常见光敏电阻100

4.4.4 光敏电阻的应用100

练习题101

第5章 真空光电器件102

5.1 光电阴极102

5.1.1 光电阴极的主要参数102

5.1.2 光电阴极的分类103

5.1.3 常用光电阴极材料104

5.2 光电管与光电倍增管106

5.2.1 光电管106

5.2.2 光电倍增管107

5.3 光电倍增管的主要特性参数111

5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路116

5.4.1 高压电源117

5.4.2 高压分压电路118

5.4.3 分压电流与输出线性的关系118

5.4.4 信号输出方式120

5.5 微通道板光电倍增管121

5.6 光电倍增管的应用123

5.6.1 光谱测量123

5.6.2 极微弱光信号的探测——光子计数123

5.6.3 射线的探测124

练习题125

第6章 真空成像器件127

6.1 像管127

6.1.1 像管结构和工作原理128

6.1.2 像管的特性参量130

6.2 常见像管131

6.2.1 常见变像管131

6.2.2 常见像增强器132

6.2.3 特殊变像管135

6.3 摄像管137

6.3.1 摄像管的作用及分类137

6.3.2 摄像管的结构和工作原理138

6.4 光导靶和存储靶139

6.4.1 视像管靶139

6.4.2 光电发射型摄像管靶——存储靶142

6.5 摄像管的特性参数143

6.5.1 摄像管的特性参数143

6.5.2 不同视像管的特性参数比较146

6.6 摄像管的发展方向147

练习题147

第7章 固体成像器件148

7.1 电荷耦合器件148

7.1.1 电荷耦合器件的结构148

7.1.2 电荷耦合原理与电极结构149

7.1.3 电荷耦合器件的组成及其工作原理150

7.1.4 电荷转移沟道类型153

7.2 电荷耦合器件的分类154

7.2.1 线阵CCD154

7.2.2 面阵CCD155

7.3 CCD摄像机分类157

7.3.1 可见光CCD157

7.3.2 IRCCD159

7.3.3 X射线CCD159

7.3.4 紫外CCD160

7.4 CCD的性能参数160

7.4.1 电荷转移效率和转移损失率160

7.4.2 光谱响应率和干涉效应161

7.4.3 分辨率和调制传递函数161

7.4.4 动态范围162

7.4.5 暗电流和噪声162

7.5 自扫描光电二极管阵列163

7.5.1 光电二极管阵列的结构形式和工作原理163

7.5.2 SSPD线阵165

7.5.3 SSPD面阵166

7.5.4 SSPD的主要特性参数167

7.5.5 SSPD器件的信号读出及放大电路169

7.6 固体摄像器件的发展现状和应用169

练习题172

第8章 红外辐射与红外探测器173

8.1 红外辐射的基本知识173

8.1.1 红外辐射173

8.1.2 红外辐射源174

8.2 红外探测器174

8.2.1 热探测器175

8.2.2 光子探测器178

8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项179

8.3.1 红外探测器的性能参数179

8.3.2 红外探测器使用中应注意的问题179

8.4 红外测温181

8.4.1 红外测温原理181

8.4.2 红外测温的特点181

8.4.3 热辐射传感器181

8.5 红外成像184

8.5.1 红外成像器件184

8.5.2 红外热像仪185

8.5.3 红外分析仪187

8.6 红外无损检测188

8.6.1 焊接缺陷的无损检测188

8.6.2 铸件内部缺陷探测189

8.6.3 疲劳裂纹探测189

8.7 红外探测技术在军事上的应用190

8.7.1 红外侦察190

8.7.2 红外雷达190

练习题191

第9章 光导纤维与光纤传感器192

9.1 光导纤维基础知识192

9.1.1 光纤的结构192

9.1.2 光纤的种类192

9.1.3 光纤的传输模式193

9.1.4 光纤的传光原理193

9.1.5 光纤的传输特性195

9.1.6 光纤的耦合197

9.2 光导纤维的应用198

9.2.1 光纤在直接导光方面的应用198

9.2.2 光纤制品在传像方面的应用200

9.3 光纤传感器的分类及构成202

9.3.1 光纤传感器的分类202

9.3.2 光纤传感器的基本构成203

9.3.3 光纤传感器的优点204

9.4 功能型光纤传感器204

9.4.1 相位调制型光纤传感器204

9.4.2 光强调制型光纤传感器206

9.4.3 偏振态调制型光纤传感器207

9.5 非功能型光纤传感器208

9.5.1 传输光强调制型光纤传感器208

9.5.2 反射光强调制型光纤传感器209

9.5.3 频率调制型光纤传感器210

9.5.4 光纤液体折射率传感器212

练习题214

第10章 太赫兹波的产生与检测215

10.1 概述215

10.1.1 光电导天线216

10.1.2 光整流217

10.1.3 太赫兹的探测219

10.2 THz辐射光谱学223

10.2.1 透射型THz时域光谱系统224

10.2.2 反射型THz时域光谱系统228

10.3 THz辐射成像229

10.3.1 THz射线成像的基本原理229

10.3.2 THz扫描成像229

10.3.3 THz实时成像230

10.3.4 THz层析成像231

10.3.5 THz近场成像233

10.3.6 THz射线成像技术的应用234

练习题236

第11章 光外差检测技术237

11.1 光外差检测原理237

11.2 光外差检测调相信号的解调方法240

11.2.1 用频谱分析仪测量微振动位移的幅值240

11.2.2 锁相环解调方法241

11.3 光外差检测特性245

11.3.1 光外差检测可获得全部信息245

11.3.2 光外差检测具有高的转换增益246

11.3.3 良好的滤波性能246

11.3.4 信噪比的损失较小247

11.3.5 最小可检测功率248

11.4 光外差检测系统对光电转换器性能的要求249

11.5 光外差检测的空间匹配条件及频率条件249

11.5.1 光外差检测的空间匹配条件250

11.5.2 光外差检测的频率条件253

练习题253

第12章 光电探测器实验255

实验1 光电探测器光谱响应度的测量255

实验2 光电探测器响应时间的测试258

实验3 光电探测器探测度的测量261

实验4 光敏电阻特性测量实验264

实验5 光敏二极管特性测试267

实验6 光敏三极管特性测试269

实验7 光电位置传感器（PSD）实验271

实验8 光电位置传感器（PSD）光电特性实验274

实验9 线阵CCD原理及驱动实验275

实验10 线阵CCD基本特性的测量实验278

实验11 利用线阵CCD进行物体角度的测量280

实验12 光纤位移测试传感器实验283

附录A 实验1装置中器件说明285

附录B CS-1022型示波器测量上升响应时间的方法介绍287

附录C 彩色线阵CCD图像传感器TCD 2252D简介288

部分习题参考答案291

参考文献292