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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D61

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