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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11

1.2.4 载流子的扩散与漂移12

1.3 基本定律14

1.3.1 黑体辐射定律14

1.3.2 光电效应16

1.4 光电探测器的噪声和特性参数19

1.4.1 光电探测器中的噪声20

1.4.2 光电探测器的特性参数24

1.4.3 光电探测器的合理选择27

练习题27

第2章 光电检测中的常用光源28

2.1 光源的特性参数28

2.1.1 辐射效率和发光效率28

2.1.2 光谱功率分布29

2.1.3 空间光强分布30

2.1.4 光源的颜色30

2.1.5 光源的色温31

2.2 热辐射源31

2.2.1 太阳31

2.2.2 黑体模拟器32

2.2.3 白炽灯33

2.3 气体放电光源34

2.3.1 脉冲灯34

2.3.2 原子光谱灯36

2.3.3 汞灯36

2.4 固体发光光源37

2.4.1 场致发光光源37

2.4.2 其他平板显示器件39

2.4.3 结型发光光源——发光二极管和激光二极管42

2.5 激光器46

2.5.1 激光原理46

2.5.2 激光器的结构和工作过程49

2.5.3 激光器的类型50

2.5.4 激光的特性53

练习题54

第3章 结型光电器件55

3.1 结型光电器件工作原理55

3.1.1 热平衡状态下的PN结55

3.1.2 光照下的PN结56

3.2 硅光电池58

3.2.1 硅光电池的基本结构和工作原理58

3.2.2 硅光电池的特性参数59

3.3 硅光电二极管和硅光电三极管62

3.3.1 硅光电二极管62

3.3.2 硅光电三极管63

3.3.3 硅光电三极管与硅光电二极管特性比较64

3.4 结型光电器件的放大电路67

3.4.1 结型光电器件与放大三极管的连接67

3.4.2 光电器件与集成运算放大器的连接67

3.5 特殊结型光电二极管68

3.5.1 象限探测器68

3.5.2 PIN型光电二极管69

3.5.3 雪崩光电二极管75

3.5.4 紫外光电二极管76

3.5.5 半导体色敏器件76

3.6 结型光电器件的应用实例——光电耦合器件78

3.6.1 光电耦合器件的分类、结构和用途79

3.6.2 光电耦合器件的基本电路80

练习题81

第4章 光电导器件83

4.1 光敏电阻的工作原理83

4.1.1 光敏电阻的结构和分类83

4.1.2 光敏电阻的工作原理84

4.2 光敏电阻的主要特性参数85

4.2.1 光电导灵敏度86

4.2.2 光电导增益86

4.2.3 量子效率87

4.2.4 光谱响应率与光谱响应曲线87

4.2.5 响应时间和频率特性89

4.2.6 光电特性和γ值91

4.2.7 前历效应91

4.2.8 温度特性92

4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声93

4.3.1 偏置电路93

4.3.2 噪声等效电路95

4.4 光敏电阻的特点和应用96

4.4.1 光敏电阻的特点96

4.4.2 光敏电阻使用时的注意事项96

4.4.3 常见光敏电阻97

4.4.4 光敏电阻的应用97

练习题98

第5章 真空光电器件99

5.1 光电阴极99

5.1.1 光电阴极的主要参数99

5.1.2 光电阴极的分类100

5.1.3 常用光电阴极材料101

5.2 光电管与光电倍增管103

5.2.1 光电管103

5.2.2 光电倍增管104

5.3 光电倍增管的主要特性参数108

5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路113

5.4.1 高压电源114

5.4.2 高压分压电路115

5.4.3 分压电流与输出线性的关系115

5.4.4 信号输出方式117

5.5 微通道板光电倍增管118

5.6 光电倍增管的应用120

5.6.1 光谱测量120

5.6.2 极微弱光信号的探测——光子计数120

5.6.3 射线的探测121

练习题122

第6章 真空成像器件124

6.1 像管124

6.1.1 像管结构和工作原理125

6.1.2 像管的特性参量127

6.2 常见像管128

6.2.1 常见变像管128

6.2.2 常见像增强器129

6.2.3 特殊变像管132

6.3 摄像管134

6.3.1 摄像管的作用及分类134

6.3.2 摄像管的结构和工作原理135

6.4 光导靶和存储靶136

6.4.1 视像管靶136

6.4.2 光电发射型摄像管靶——存储靶139

6.5 摄像管的特性参数140

6.5.1 摄像管的特性参数140

6.5.2 不同视像管的特性参数比较143

6.6 摄像管的发展方向144

练习题144

第7章 固体成像器件145

7.1 电荷耦合器件145

7.1.1 电荷耦合器件的结构145

7.1.2 电荷耦合原理与电极结构146

7.1.3 电荷耦合器件的组成及其工作原理147

7.1.4 电荷转移沟道类型149

7.2 电荷耦合器件的分类150

7.2.1 线阵CCD150

7.2.2 面阵CCD151

7.3 CCD摄像机分类153

7.3.1 可见光CCD153

7.3.2 IRCCD156

7.3.3 X射线CCD156

7.3.3 紫外CCD157

7.4 CCD的性能参数157

7.4.1 电荷转移效率和转移损失率157

7.4.2 光谱响应率和干涉效应158

7.4.3 分辨率和调制传递函数158

7.4.4 动态范围159

7.4.5 暗电流和噪声159

7.5 自扫描光电二极管阵列160

7.5.1 光电二极管阵列的结构形式和工作原理160

7.5.2 SSPD线阵162

7.5.3 SSPD面阵163

7.5.4 SSPD的主要特性参数164

7.5.5 SSPD器件的信号读出及放大电路166

7.6 固体摄像器件的发展现状和应用166

练习题168

第8章 红外辐射与红外探测器169

8.1 红外辐射的基本知识169

8.1.1 红外辐射169

8.1.2 红外辐射源170

8.2 红外探测器170

8.2.1 热探测器171

8.2.2 光子探测器174

8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项175

8.3.1 红外探测器的性能参数175

8.3.2 红外探测器使用中应注意的问题175

8.4 红外测温177

8.4.1 红外测温原理177

8.4.2 红外测温的特点177

8.4.3 热辐射传感器177

8.5 红外成像180

8.5.1 红外成像器件180

8.5.2 红外热像仪181

8.5.3 红外分析仪183

8.6 红外无损检测184

8.6.1 焊接缺陷的无损检测184

8.6.2 铸件内部缺陷探测185

8.6.3 疲劳裂纹探测185

8.7 红外探测技术在军事上的应用186

8.8.1 红外侦察186

8.8.2 红外雷达186

练习题187

第9章 光导纤维与光纤传感器188

9.1 光导纤维基础知识188

9.1.1 光纤的结构188

9.1.2 光纤的种类188

9.1.3 光纤的传输模式189

9.1.4 光纤的传光原理189

9.1.5 光纤的传输特性191

9.1.6 光纤的耦合193

9.2 光导纤维的应用194

9.2.1 光纤在直接导光方面的应用194

9.2.2 光纤制品在传像方面的应用196

9.3 光纤传感器的分类及构成198

9.3.1 光纤传感器的分类198

9.3.2 光纤传感器的基本构成199

9.3.3 光纤传感器的优点199

9.4 功能型光纤传感器200

9.4.1 相位调制型光纤传感器200

9.4.2 光强调制型光纤传感器202

9.4.3 偏振态调制型光纤传感器203

9.5 非功能型光纤传感器204

9.5.1 传输光强调制型光纤传感器204

9.5.2 反射光强调制型光纤传感器205

9.5.3 频率调制型光纤传感器206

9.5.4 光纤液位传感器208

练习题209

第10章 太赫兹波的产生与检测210

10.1 概述210

10.1.1 光电导天线211

10.1.2 光整流212

10.1.3 太赫兹的探测214

10.2 THz辐射光谱学218

10.2.1 透射型THz时域光谱系统219

10.2.2 反射型THz时域光谱系统223

10.3 THz辐射成像224

10.3.1 THz射线成像的基本原理224

10.3.2 THz扫描成像224

10.3.3 THz实时成像225

10.3.4 THz层析成像226

10.3.5 THz近场成像228

10.3.6 THz射线成像技术的应用229

练习题231

习题参考答案232

参考文献233