光電檢測技術（第5版）

緒論1

第1章光電檢測應用中的基礎知識4

1.1輻射度學和光度學基本概念4

1.1.1輻射度學基本物理量4

1.1.2光度學基本物理量6

1.1.3光度學基本定律8

1.2半導體基礎知識11

1.2.1固體的能帶結構11

1.2.2熱平衡下的載流子濃度14

1.2.3半導體中的非平衡載流子16

1.2.4載流子的擴散與漂移18

1.3基本定律19

1.3.1黑體輻射定律19

1.3.2光電效應22

1.4光電探測器的噪聲和特性參數(shù)26

1.4.1光電探測器中的噪聲27

1.4.2噪聲的等效處理30

1.4.3光電探測器的特性參數(shù)31

1.4.4光電探測器的合理選擇34

練習題34

第2章光電檢測中的常用光源36

2.1光源的特性參數(shù)36

2.1.1輻射效率和發(fā)光效率36

2.1.2光譜功率分布37

2.1.3空間光強分布38

2.1.4光源的顏色38

2.1.5光源的色溫39

2.2熱輻射源39

2.2.1太陽39

2.2.2黑體模擬器40

2.2.3白熾燈41

2.3氣體放電光源42

2.3.1脈沖燈42

2.3.2原子光譜燈44

2.3.3汞燈44

2.4固體發(fā)光光源45

2.4.1場致發(fā)光光源45

2.4.2其他平板顯示器件47

2.4.3結型發(fā)光光源——發(fā)光二極管和激光二極管50

2.5激光器54

2.5.1激光原理54

2.5.2激光器的結構和工作過程57

2.5.3激光器的類型58

2.5.4激光的特性61

練習題62

第3章結型光電器件63

3.1結型光電器件工作原理63

3.1.1熱平衡狀態(tài)下的PN結63

3.1.2光照下的PN結64

3.2硅光電池66

3.2.1硅光電池的基本結構和工作原理66

3.2.2硅光電池的特性參數(shù)67

3.3硅光電二極管和硅光電三極管70

3.3.1硅光電二極管70

3.3.2硅光電三極管71

3.3.3硅光電三極管與硅光電二極管特性比較72

3.4結型光電器件的放大電路75

3.4.1結型光電器件與放大三極管的連接75

3.4.2光電二極管與集成運算放大器的連接75

3.5特殊結型光電二極管77

3.5.1象限探測器77

3.5.2PIN型光電二極管77

3.5.3雪崩光電二極管83

3.5.4紫外光電二極管84

3.5.5半導體色敏器件85

3.6結型光電器件的應用實例——光電耦合器件87

3.6.1光電耦合器件的分類、結構和用途87

3.6.2光電耦合器件的基本電路89

練習題90

第4章光電導器件92

4.1光敏電阻的工作原理92

4.1.1光敏電阻的結構和分類92

4.1.2光敏電阻的工作原理93

4.2光敏電阻的主要特性參數(shù)94

4.2.1光電導靈敏度95

4.2.2光電導增益95

4.2.3量子效率96

4.2.4光譜響應率與光譜響應曲線96

4.2.5響應時間和頻率特性98

4.2.6光電特性和γ值100

4.2.7前歷效應100

4.2.8溫度特性101

4.3光敏電阻的偏置電路和噪聲102

4.3.1偏置電路102

4.3.2噪聲等效電路105

4.4光敏電阻的特點和應用106

4.4.1光敏電阻的特點106

4.4.2光敏電阻使用時的注意事項106

4.4.3常見光敏電阻107

4.4.4光敏電阻的應用108

練習題108

第5章真空光電器件110

5.1光電陰極110

5.1.1光電陰極的主要參數(shù)110

5.1.2光電陰極的分類111

5.1.3常用光電陰極材料112

5.2光電管與光電倍增管114

5.2.1光電管114

5.2.2光電倍增管115

5.3光電倍增管的主要特性參數(shù)119

5.4光電倍增管的供電和信號輸出電路124

5.4.1高壓電源124

5.4.2高壓分壓電路125

5.4.3分壓電流與輸出線性的關系126

5.4.4信號輸出方式128

5.5微通道板光電倍增管129

5.6光電倍增管的應用132

5.6.1光譜測量133

5.6.2極微弱光信號的探測——光子計數(shù)133

5.6.3射線的探測134

練習題135

第6章真空成像器件136

6.1像管136

6.1.1像管結構和工作原理137

6.1.2像管的特性參量139

6.2常見像管140

6.2.1常見變像管140

6.2.2常見像增強器141

6.2.3特殊變像管144

6.3攝像管146

6.3.1攝像管的作用及分類146

6.3.2攝像管的結構和工作原理147

6.4光導靶和存儲靶148

6.4.1視像管靶148

6.4.2光電發(fā)射型攝像管靶——存儲靶151

6.5攝像管的特性參數(shù)及比較152

6.5.1攝像管的特性參數(shù)152

6.5.2不同視像管的特性參數(shù)比較155

6.6攝像管的發(fā)展方向156

練習題156

第7章固體成像器件157

7.1電荷耦合器件157

7.1.1電荷耦合器件的結構157

7.1.2電荷耦合原理與電極結構158

7.1.3電荷耦合器件的組成及其工作原理159

7.1.4電荷轉移溝道類型162

7.2電荷耦合器件的分類163

7.2.1線陣CCD163

7.2.2面陣CCD164

7.3CCD攝像機分類166

7.3.1可見光CCD166

7.3.2IRCCD168

7.3.3X射線CCD168

7.3.4紫外光CCD169

7.4CCD的性能參數(shù)169

7.4.1電荷轉移效率和轉移損失率169

7.4.2光譜響應率和干涉效應170

7.4.3分辨率和調制傳遞函數(shù)170

7.4.4動態(tài)范圍171

7.4.5暗電流和噪聲171

7.5自掃描光電二極管陣列172

7.5.1光電二極管陣列的結構形式和工作原理172

7.5.2SSPD線陣174

7.5.3SSPD面陣175

7.5.4SSPD的主要特性參數(shù)176

7.5.5SSPD器件的信號讀出及放大電路178

7.6CMOS圖像傳感器179

7.7CMOS與CCD圖像傳感器比較183

7.8固體攝像器件的發(fā)展現(xiàn)狀和應用184

7.8.1CCD攝像器件的發(fā)展現(xiàn)狀和應用184

7.8.2CMOS攝像器件的發(fā)展現(xiàn)狀和應用187

練習題187

第8章紅外輻射與紅外探測器188

8.1紅外輻射的基本知識188

8.1.1紅外輻射188

8.1.2紅外輻射源189

8.2紅外探測器190

8.2.1熱探測器190

8.2.2光子探測器193

8.3紅外探測器的性能參數(shù)及使用中應注意的事項194

8.3.1紅外探測器的性能參數(shù)194

8.3.2紅外探測器使用中應注意的問題195

8.4紅外測溫196

8.4.1紅外測溫原理196

8.4.2紅外測溫的特點196

8.4.3熱輻射傳感器196

8.5紅外成像199

8.5.1紅外成像器件199

8.5.2紅外熱像儀200

8.5.3紅外分析儀202

8.6紅外無損檢測203

8.6.1焊接缺陷的無損檢測203

8.6.2鑄件內部缺陷探測204

8.6.3疲勞裂紋探測204

8.7紅外探測技術在軍事上的應用205

8.7.1紅外偵察205

8.7.2紅外雷達205

練習題206

第9章光纖與光纖傳感器207

9.1光纖基礎知識207

9.1.1光纖的結構207

9.1.2光纖的種類207

9.1.3光纖的傳輸模式208

9.1.4光纖的傳光原理208

9.1.5光纖的傳輸特性210

9.1.6光纖的耦合212

9.2光纖的應用213

9.2.1光纖在直接導光方面的應用213

9.2.2光纖面板215

9.3光纖傳感器的分類及構成222

9.3.1光纖傳感器的分類222

9.3.2光纖傳感器的基本構成223

9.3.3光纖傳感器的優(yōu)點224

9.4功能型光纖傳感器224

9.4.1相位調制型光纖傳感器224

9.4.2光強調制型光纖傳感器226

9.4.3偏振態(tài)調制型光纖電流傳感器227

9.5非功能型光纖傳感器228

9.5.1傳輸光強調制型光纖傳感器228

9.5.2反射光強調制型光纖傳感器230

9.5.3頻率調制型光纖傳感器230

9.5.4光纖液體折射率傳感器232

練習題234

第10章光外差檢測技術236

10.1光外差檢測原理236

10.2光外差檢測調相信號的解調方法239

10.2.1用頻譜分析儀測量微振動位移的幅值239

10.2.2鎖相環(huán)解調方法240

10.3光外差檢測特性244

10.3.1光外差檢測可獲得全部信息244

10.3.2光外差檢測具有高的轉換增益245

10.3.3良好的濾波性能245

10.3.4信噪比的損失較小246

10.3.5最小可檢測功率247

10.4光外差檢測系統(tǒng)對光電轉換器性能的要求248

10.5光外差檢測的空間匹配條件及頻率條件248

10.5.1光外差檢測的空間匹配條件249

10.5.2光外差檢測的頻率條件252

10.6共線光外差干涉系統(tǒng)的相位調制252

10.6.1索列爾巴比涅相位補償器253

10.6.2共線光外差干涉系統(tǒng)253

10.6.3相位調制原理254

10.6.4實驗過程與結果255

練習題256

第11章光電器件基礎及應用實驗258

實驗1光敏電阻特性測量258

實驗2光敏二極管特性測試261

實驗3光敏三極管特性測試263

實驗4光電位置傳感器(PSD)實驗265

實驗5光電位置傳感器(PSD)光電特性實驗268

實驗6線陣CCD原理及驅動實驗268

實驗7線陣CCD基本特性測量實驗272

實驗8線陣CCD輸出信號二值化實驗275

實驗9線陣CCD工件直徑測量實驗278

實驗10光纖位移測試傳感器實驗281

實驗11可視橢圓偏振光測量實驗283

實驗12基于光外差檢測的微振動測量實驗287

附錄A實驗1裝置中器件說明290

附錄BCS1022型示波器測量上升響應時間的方法介紹292

附錄C彩色線陣CCD圖像傳感器TCD 2252D簡介293

部分練習題參考答案296

參考文獻297