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| 編輯推薦： |
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1.课程思政特色教程；2.基础性、实用性、先进性
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| 內容簡介： |
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本书介绍了光电检测系统的构成和应用基础知识。重点叙述了光电检测过程中常用的光源、各种性能的光电转换器、光纤与光纤传感技术、光外差检查技术，以及光电转换器的基础和应用实验。 本书内容全面，叙述简明扼要，既重视理论性，也讲究实用性。可供电子信息类及其他相关专业的理工科本科生、研究生作教材选用，也可作为相关科技工作者的参考用书。
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| 關於作者： |
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张志伟，男，教授，硕士生导师，中北大学教师，工作20多年，发表核心论文若干，出版专业教材3本
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| 目錄：
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绪论1
第1章光电检测应用中的基础知识4
1.1辐射度学和光度学基本概念4
1.1.1辐射度学基本物理量4
1.1.2光度学基本物理量6
1.1.3光度学基本定律8
1.2半导体基础知识11
1.2.1固体的能带结构11
1.2.2热平衡下的载流子浓度14
1.2.3半导体中的非平衡载流子16
1.2.4载流子的扩散与漂移18
1.3基本定律19
1.3.1黑体辐射定律19
1.3.2光电效应22
1.4光电探测器的噪声和特性参数26
1.4.1光电探测器中的噪声27
1.4.2噪声的等效处理30
1.4.3光电探测器的特性参数31
1.4.4光电探测器的合理选择34
练习题34
第2章光电检测中的常用光源36
2.1光源的特性参数36
2.1.1辐射效率和发光效率36
2.1.2光谱功率分布37
2.1.3空间光强分布38
2.1.4光源的颜色38
2.1.5光源的色温39
2.2热辐射源39
2.2.1太阳39
2.2.2黑体模拟器40
2.2.3白炽灯41
2.3气体放电光源42
2.3.1脉冲灯42
2.3.2原子光谱灯44
2.3.3汞灯44
2.4固体发光光源45
2.4.1场致发光光源45
2.4.2其他平板显示器件47
2.4.3结型发光光源——发光二极管和激光二极管50
2.5激光器54
2.5.1激光原理54
2.5.2激光器的结构和工作过程57
2.5.3激光器的类型58
2.5.4激光的特性61
练习题62
第3章结型光电器件63
3.1结型光电器件工作原理63
3.1.1热平衡状态下的PN结63
3.1.2光照下的PN结64
3.2硅光电池66
3.2.1硅光电池的基本结构和工作原理66
3.2.2硅光电池的特性参数67
3.3硅光电二极管和硅光电三极管70
3.3.1硅光电二极管70
3.3.2硅光电三极管71
3.3.3硅光电三极管与硅光电二极管特性比较72
3.4结型光电器件的放大电路75
3.4.1结型光电器件与放大三极管的连接75
3.4.2光电二极管与集成运算放大器的连接75
3.5特殊结型光电二极管77
3.5.1象限探测器77
3.5.2PIN型光电二极管77
3.5.3雪崩光电二极管83
3.5.4紫外光电二极管84
3.5.5半导体色敏器件85
3.6结型光电器件的应用实例——光电耦合器件87
3.6.1光电耦合器件的分类、结构和用途87
3.6.2光电耦合器件的基本电路89
练习题90
第4章光电导器件92
4.1光敏电阻的工作原理92
4.1.1光敏电阻的结构和分类92
4.1.2光敏电阻的工作原理93
4.2光敏电阻的主要特性参数94
4.2.1光电导灵敏度95
4.2.2光电导增益95
4.2.3量子效率96
4.2.4光谱响应率与光谱响应曲线96
4.2.5响应时间和频率特性98
4.2.6光电特性和γ值100
4.2.7前历效应100
4.2.8温度特性101
4.3光敏电阻的偏置电路和噪声102
4.3.1偏置电路102
4.3.2噪声等效电路105
4.4光敏电阻的特点和应用106
4.4.1光敏电阻的特点106
4.4.2光敏电阻使用时的注意事项106
4.4.3常见光敏电阻107
4.4.4光敏电阻的应用108
练习题108
第5章真空光电器件110
5.1光电阴极110
5.1.1光电阴极的主要参数110
5.1.2光电阴极的分类111
5.1.3常用光电阴极材料112
5.2光电管与光电倍增管114
5.2.1光电管114
5.2.2光电倍增管115
5.3光电倍增管的主要特性参数119
5.4光电倍增管的供电和信号输出电路124
5.4.1高压电源124
5.4.2高压分压电路125
5.4.3分压电流与输出线性的关系126
5.4.4信号输出方式128
5.5微通道板光电倍增管129
5.6光电倍增管的应用132
5.6.1光谱测量133
5.6.2极微弱光信号的探测——光子计数133
5.6.3射线的探测134
练习题135
第6章真空成像器件136
6.1像管136
6.1.1像管结构和工作原理137
6.1.2像管的特性参量139
6.2常见像管140
6.2.1常见变像管140
6.2.2常见像增强器141
6.2.3特殊变像管144
6.3摄像管146
6.3.1摄像管的作用及分类146
6.3.2摄像管的结构和工作原理147
6.4光导靶和存储靶148
6.4.1视像管靶148
6.4.2光电发射型摄像管靶——存储靶151
6.5摄像管的特性参数及比较152
6.5.1摄像管的特性参数152
6.5.2不同视像管的特性参数比较155
6.6摄像管的发展方向156
练习题156
第7章固体成像器件157
7.1电荷耦合器件157
7.1.1电荷耦合器件的结构157
7.1.2电荷耦合原理与电极结构158
7.1.3电荷耦合器件的组成及其工作原理159
7.1.4电荷转移沟道类型162
7.2电荷耦合器件的分类163
7.2.1线阵CCD163
7.2.2面阵CCD164
7.3CCD摄像机分类166
7.3.1可见光CCD166
7.3.2IRCCD168
7.3.3X射线CCD168
7.3.4紫外光CCD169
7.4CCD的性能参数169
7.4.1电荷转移效率和转移损失率169
7.4.2光谱响应率和干涉效应170
7.4.3分辨率和调制传递函数170
7.4.4动态范围171
7.4.5暗电流和噪声171
7.5自扫描光电二极管阵列172
7.5.1光电二极管阵列的结构形式和工作原理172
7.5.2SSPD线阵174
7.5.3SSPD面阵175
7.5.4SSPD的主要特性参数176
7.5.5SSPD器件的信号读出及放大电路178
7.6CMOS图像传感器179
7.7CMOS与CCD图像传感器比较183
7.8固体摄像器件的发展现状和应用184
7.8.1CCD摄像器件的发展现状和应用184
7.8.2CMOS摄像器件的发展现状和应用187
练习题187
第8章红外辐射与红外探测器188
8.1红外辐射的基本知识188
8.1.1红外辐射188
8.1.2红外辐射源189
8.2红外探测器190
8.2.1热探测器190
8.2.2光子探测器193
8.3红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项194
8.3.1红外探测器的性能参数194
8.3.2红外探测器使用中应注意的问题195
8.4红外测温196
8.4.1红外测温原理196
8.4.2红外测温的特点196
8.4.3热辐射传感器196
8.5红外成像199
8.5.1红外成像器件199
8.5.2红外热像仪200
8.5.3红外分析仪202
8.6红外无损检测203
8.6.1焊接缺陷的无损检测203
8.6.2铸件内部缺陷探测204
8.6.3疲劳裂纹探测204
8.7红外探测技术在军事上的应用205
8.7.1红外侦察205
8.7.2红外雷达205
练习题206
第9章光纤与光纤传感器207
9.1光纤基础知识207
9.1.1光纤的结构207
9.1.2光纤的种类207
9.1.3光纤的传输模式208
9.1.4光纤的传光原理208
9.1.5光纤的传输特性210
9.1.6光纤的耦合212
9.2光纤的应用213
9.2.1光纤在直接导光方面的应用213
9.2.2光纤面板215
9.3光纤传感器的分类及构成222
9.3.1光纤传感器的分类222
9.3.2光纤传感器的基本构成223
9.3.3光纤传感器的优点224
9.4功能型光纤传感器224
9.4.1相位调制型光纤传感器224
9.4.2光强调制型光纤传感器226
9.4.3偏振态调制型光纤电流传感器227
9.5非功能型光纤传感器228
9.5.1传输光强调制型光纤传感器228
9.5.2反射光强调制型光纤传感器230
9.5.3频率调制型光纤传感器230
9.5.4光纤液体折射率传感器232
练习题234
第10章光外差检测技术236
10.1光外差检测原理236
10.2光外差检测调相信号的解调方法239
10.2.1用频谱分析仪测量微振动位移的幅值239
10.2.2锁相环解调方法240
10.3光外差检测特性244
10.3.1光外差检测可获得全部信息244
10.3.2光外差检测具有高的转换增益245
10.3.3良好的滤波性能245
10.3.4信噪比的损失较小246
10.3.5最小可检测功率247
10.4光外差检测系统对光电转换器性能的要求248
10.5光外差检测的空间匹配条件及频率条件248
10.5.1光外差检测的空间匹配条件249
10.5.2光外差检测的频率条件252
10.6共线光外差干涉系统的相位调制252
10.6.1索列尔巴比涅相位补偿器253
10.6.2共线光外差干涉系统253
10.6.3相位调制原理254
10.6.4实验过程与结果255
练习题256
第11章光电器件基础及应用实验258
实验1光敏电阻特性测量258
实验2光敏二极管特性测试261
实验3光敏三极管特性测试263
实验4光电位置传感器(PSD)实验265
实验5光电位置传感器(PSD)光电特性实验268
实验6线阵CCD原理及驱动实验268
实验7线阵CCD基本特性测量实验272
实验8线阵CCD输出信号二值化实验275
实验9线阵CCD工件直径测量实验278
实验10光纤位移测试传感器实验281
实验11可视椭圆偏振光测量实验283
实验12基于光外差检测的微振动测量实验287
附录A实验1装置中器件说明290
附录BCS1022型示波器测量上升响应时间的方法介绍292
附录C彩色线阵CCD图像传感器TCD 2252D简介293
部分练习题参考答案296
参考文献297
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| 內容試閱：
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《光电检测技术》自2005年出版以来，被国内数十几所大学所使用，受到较多的好评，也收到了一些好的修改建议，本书于2009年、2014年分别出版了第2版、第3版；再版同时我们开展了“光电检测技术”课程内容及教学方法的优化与实践，以及“光电检测技术”精品资源共享课程的建设工作。本书先后获得山西省教学成果奖和兵工高校优秀教材奖。《光电检测技术》(第4版)自2018年出版以来，我们开展了国家级一流专业建设(本专业2019年获批国家一流专业建设点)、工程教育专业认证(2021年通过认证)，以及一流课程建设和课程思政建设工作。为使本书在高等教育相关专业教学中发挥更好的作用，再次进行了修订再版。
本书和第4版相比，除修改了某些错误之外，主要做了如下工作。
(1) 增加了绪论，内容包括光电检测技术的发展历史、发展趋势、应用前景，以及教材蕴含的思政元素和高阶性与创新性。
(2) 对第1章的作业进行了修订和补充。
(3) 鉴于光纤面板在提升像增强器性能和改善成像质量等方面的重要作用，本次修订更加丰富了光纤面板的内容，如增加了光纤面板的输入-输出信号等内容。
(4) 普朗克辐射公式蕴含两处思政元素，增加了其思政内容：在普朗克公式的建立环节，在还原物理学史上“紫外灾难”的基础上，进一步说明了思政要点；“理论来源于实践的需要，理论必须能够解决重大的实践问题，以及实践是检验真理的唯一标准”。
(5) 光纤与光纤传感器章节蕴含一处思政元素，增加了其思政内容：英籍华人高锟因提出光纤可作长距离通信而获颁2009年的诺贝尔物理学奖，说明了伟大的发现往往就蕴藏于对于“不可能”的否定。
(6) 固体成像器件章节蕴含一处思政元素，增加了其思政内容：CCD概念的提出和CCD器件的问世，说明了伟大的发明往往就蕴藏于触类旁通、融会贯通中。
(7) 在偏振态调制型光纤电流传感器一节，修改了两束线偏振光的强度计算公式。
(8) 在光电器件基础及应用实验一章，删掉了“光电探测器光谱响应度的测量、光电探测器响应时间的测试、光电探测器探测度的测量”3个实验及相关附录，更新了CCD的基础实验。
(9) 为提升本科生分析和解决复杂工程问题的能力，在光电器件基础及应用实验一章，增加了实验11“可视椭圆偏振光测量实验”和实验12“基于光外差检测的微振动测量实验”。
本版修订中第1、4章由张志伟完成，第2章由曾光宇完成，第3、7章由山西大学许富景完成，第5章由李仰军完成，第6章由赵冬娥完成，第8章由王高完成，第9章由赵辉完成，第10、11章由太原理工大学张文静完成。
本版修订参阅了大量的参考资料，编者再次向相关作者表示衷心感谢。由于我们的学识有限，书中难免存在错误和不当之处，恳请广大读者指正，以便进一步修订和完善。
编者
2022年6月
第4版前言
《光电检测技术》（第3版）自2014年出版以来，收到一些好的修改建议。同时，我们开展了“光电检测技术”课程内容及教学方法的优化与实践以及“光电检测技术”精品资源共享课程建设工作。为使其在高等教育的相关专业教学中发挥更好的作用，再次进行了修订。
本书和第3版相比，除了修改了某些错误之外，主要做了如下工作。
(1) 修订原书中的其他基本概念为光度学的基本定律，保留了点源和扩展源的基本概念，明晰了照度与距离平方反比定律、朗伯余弦定律和亮度守恒定律，增加了噪声的等效处理等内容。
(2) 丰富了光电器件与集成运算放大器的连接的内容，增加了电流放大型、电压放大型和阻抗变换型变换电路的工作原理及优缺点等内容。
(3) 丰富了光敏电阻应用电路的内容，增加了对恒流偏置、恒压偏置和恒功率偏置工作原理等内容。
(4) 微通道板在提升光电倍增管和像增强器性能方面具有重要的作用，本次修订增加了使用MCP时应注意的事项，如输出电流密度的饱和效应和离子反馈等内容。
(5) 丰富了自扫描光电二极管阵列的内容，增加了CMOS图像传感器的内容，如CMOS图像传感器的结构与工作原理、CMOS图像传感器阵列、CMOS图像传感器的光敏元单元电路、固定图像噪声(FPN)消除电路以及CMOS与CCD图像传感器比较和CMOS摄像器件的发展现状和应用。
(6) 光纤面板在提升像增强器性能和改善像质等方面具有重要的作用，本次修订丰富了光纤面板的内容，如锥形光纤的工作原理和光纤面板的三环效应等内容。
(7) 鉴于共线光外差干涉系统在纳米光学测量中的重要性，根据自己的科研成果增加了共线光外差干涉系统相位调制的内容。
(8) 删除了第10章“太赫兹波的产生与检测”一章，同时对第1、4、5和7章的作业也进行了补充。
本版修订中第1和4章由张志伟完成，第2章由曾光宇完成，第3和7章由山西大学许富景完成，第5章由李仰军完成，第6章由赵冬娥完成，第8章由王高完成，第9和10章由太原理工大学张文静完成，第11章由赵辉完成。
本版修订参阅了大量的参考资料，编者再次向相关作者表示衷心感谢。由于我们的学识有限，书中难免存在错误和不当之处，恳请广大读者指正，以便进一步修订和完善。
编者
2018年7月
第3版前言
为了适应光电检测技术的快速发展和21世纪高等教育培养高素质人才的需要，我们在第2版的基础上，总结了多年来课程改革的经验，结合光电检测技术的新成果，对教材内容作了修改、更新和补充。在修订时，既保持了多年形成的比较成熟的知识体系，又面向了新技术的发展；既符合了电子信息类相关专业对本门课程的基本要求，又适当地引入了光电检测新技术、新方法和新成果。
和第2版相比，此次修订后的教材有如下变化。
(1) 改正了一些明显的错误和叙述不够精确与严谨的地方。如第1章“其他基本概念”中扩展源总辐射通量积分公式，第3章“结型光电器件放大电路”中的阻抗变换型放大电路，第4章“光敏电阻的主要特性参数”的温度特性公式，第5章“光电倍增管的主要特性参数”中的二次电子发射系数表达式，第6章异质结靶的硒砷碲靶及摄像管的特性参数的调制传递函数的表达式等。
(2) 补充了一些新的科研成果内容和习题。如在第1章基本定律的普朗克辐射公式中，补充了关于该公式的实证结果；在第1章半导体基础知识的热平衡下的载流子浓度中补充了能级密度、费米能级和电子占据率、平衡载流子浓度、本征半导体中的载流子浓度和杂质半导体的载流子浓度；在第1章光电发射效应中，补充了负电子亲和势及其形成；在第3章结型光电器件中，补充了透过型光传感器的应用电路；在第9章光导纤维与光纤传感器中，补充了有关光纤的习题。
(3) 基于光外差检测技术在激光通信、激光雷达、激光测长、激光测速、激光测振和激光光谱学等方面的广泛应用，以及声光调制技术及器件的快速发展和应用，本次修订增加了光外差检测技术，包括光外差检测原理、光外差检测调相信号的解调方法、光外差检测的特性及空间匹配条件等内容。
本版修订工作中，第1、3、7、9和11章由张志伟完成，第2、4、8章由曾光宇完成，第10章由首都师范大学张存林完成，第5章由李仰军完成，第6章由赵冬娥完成，第12章由赵辉完成。
由于我们的能力和水平有限，书中所修订的具体内容若有疏漏、欠妥和错误之处，恳请专家、学者及使用本书的广大教师、工程技术人员和学生一如既往，多加指正，以便今后不断改进和完善。
编者
2014年8月
第2版前言
本书自2005年9月出版以来，被国内数十几所大学所使用，受到较多的好评；同时也得到一些好的修改建议。为了更好地发挥本教材的教学作用，我们对全书内容进行了修订和补充。
这次再版所做的修订近百处，修改了一些错误和论述不太准确和不够严谨的地方，如与单色辐出度和辐射出射度量有关的描述、二次电子发射系数表达式以及亮电流、暗电流与光电流之间的关系；补充和更新的内容涉及光电探测器的特性参数、真空成像器件中的像管和摄像管内容、固体成像器件中的电荷耦合原理与电极结构、电荷耦合器件的组成及其工作原理、CCD摄像机分类中的微光CCD以及固体摄像器件的发展和应用、光导纤维与光纤传感器中的光纤面板和光纤液体折射率传感器。其他修订和补充的内容此处不一一列举说明。
“光电检测技术”是一门实用性较强的技术应用基础课，根据本书出版以来国内数十所大学四年的使用所反馈回来的修改建议，这次再版增加了光电检测技术的基础性实验内容。实验内容主要包括：光电探测器光谱响应度、响应时间、探测度的测量实验和光敏电阻、光电二极管、三极管、PSD和CCD的基本特性测量实验。
本版修订工作中，第1、2、4、8章由曾光宇完成，第3、5、6、7、9和11章由张志伟完成，第10章由张存林完成。
本书配有教学课件，如有需求请从北京交通大学出版社网站下载，或发邮件至cbswce@jgbjtueducn联系索取。
本次再版工作坚持原版的指导思想和编写原则，面向培养工程应用型人才的一般高等院校，以满足一般高等院校师生掌握应用光电检测技术的教学需要。对学习、修订工作中参考过的文献资料的作者表示感谢。
新版中存在的问题，诚恳希望广大专家、同行和读者给予批评指正，同时诚恳希望广大专家、同行和读者支持我们把本书修改得更加适应光电检测技术发展的需要。
编者
2009年8月
第1版前言
21世纪是信息社会，计算机技术、通信技术和传感器技术是信息社会的三大技术支柱。20世纪60年代的激光技术和70年代的光纤技术的迅速发展更加促进了传感器技术和通信技术的快速发展。目前光导纤维和光电器件已成为传感器技术的一个重要方面，它们已广泛应用于科研、生产和社会生活的各个方面。大学生作为现代化建设的后备力量，了解、学习和掌握光电检测技术方面的有关知识是相当必要的。
但是，目前有关光电检测技术或介绍光电器件的课程大都设置在光电类专业，内容较深，学时较多。非光电类理工科专业由于光学基础知识比较薄弱，学时限制，大都不能开设这门课程。为了满足非光电类专业学生学习光电检测知识的愿望，本教材集作者多年来在信息工程专业讲授光电技术课程的经验，参阅国内外有关教材和资料编写而成。学时控制在48学时以内，内容易学易懂，基本上可以满足非光电类专业大学生的要求。对于学时更少的也可以选学其中感兴趣的章节。
作为一本非光电专业的光电检测技术课程教材，既要阐明原理，又要具有实用价值。本书编写遵循了这个原则。
全书共分10章。第1章介绍光电检测过程中涉及的基础知识和基本定律；第2章介绍光电检测系统中常用光源的工作原理和性能特征，并对激光的产生原理作了叙述；第3章和第4章主要介绍以光电导效应和结型光伏效应为基础的光敏电阻、光电二极管、光电三极管、特殊光电二极管等器件的工作原理和特性参数、典型应用等内容。第5章、第6章介绍了主要的真空光电器件和真空摄像器件；第7章对固体成像器件CCD和SSPD作了简单介绍；第8章介绍了红外辐射与红外探测器件；第9章叙述了光导纤维的结构特征和传光原理，并介绍了不同调制状态下的光纤传感器的结构和应用；第10章介绍了太赫兹波的产生、检测和应用技术及其发展现状。THz技术是近年来光电子学研究中的前沿热点之一，了解和学习一些基本知识很有必要。
本书第1、2、9章由曾光宇编写，第3、5、6、7、8章由张志伟编写，第4章由牟静竹编写；第10章由张存林编写。全书由曾光宇统稿。对学习、写作过程中参考的文献资料的作者表示感谢。
本书配有教学课件及其实验指导书，如有需求请从北京交通大学出版社网站下载，或发邮件至cbswce@jgbjtueducn联系索取。
因水平有限，书中难免有不足或错误之处，诚恳希望读者给予批评和指正。
编者
2005年8月
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