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第1章 光电检测技术基础1

1.1 光电检测技术概述1

1.2 光电检测的基本概念1

1.3 光频电磁波的基本理论和定律2

1.3.1 麦克斯韦方程2

1.3.2 平面波4

1.3.3 电磁场中的能量6

1.3.4 光的反射和折射定律8

1.3.5 电磁波谱与光度学10

1.3.6 光的量子性12

1.4 半导体物理基础14

1.4.1 半导体材料的能带14

1.4.2 半导体的导电性17

1.4.3 半导体PN结18

1.4.4 半导体中的光吸收20

1.5 光电检测系统的组成及特点20

1.6 光电检测方法的应用和发展趋势22

1.7 本书的主要内容23

第2章 光电检测系统中的光源24

2.1 光源的分类24

2.2 光源的特性参数及选择的基本要求24

2.2.1 辐射效率和发光效率25

2.2.2 光谱功率分布25

2.2.3 光源强度与空间光强分布26

2.2.4 光源的颜色26

2.2.5 光源的色温27

2.2.6 光源的稳定性27

2.2.7 光源其他方面的要求27

2.3 热辐射光源27

2.3.1 黑体及黑体模拟器28

2.3.2 白炽灯28

2.3.3 红外辐射灯29

2.4 气体放电光源30

2.4.1 脉冲灯30

2.4.2 燃烧式闪光泡31

2.4.3 原子光谱灯31

2.4.4 汞灯32

2.5 金属卤化物灯33

2.5.1 金卤灯的性能结构33

2.5.2 金卤灯的工作原理34

2.5.3 金卤灯的分类和选择34

2.6 固体发光光源35

2.6.1 电致发光屏35

2.6.2 发光二极管37

2.7 激光光源40

2.7.1 气体激光光源41

2.7.2 固体激光器42

2.7.3 半导体激光器42

2.7.4 可调谐半导体激光器44

第3章 光学变换器件47

3.1 光调制器件47

3.1.1 光束调制原理47

3.1.2 电光调制器件50

3.1.3 声光调制53

3.1.4 磁光调制器54

3.1.5 空间光调制器56

3.2 光扫描器件58

3.2.1 机械扫描58

3.2.2 电光扫描58

3.2.3 电光数字式扫描59

3.3 光放大器60

3.3.1 光放大器的一般概念60

3.3.2 半导体光放大器61

3.3.3 掺铒光纤放大器65

3.3.4 光纤拉曼放大器68

3.4 光开关70

3.4.1 微机电光开关70

3.4.2 电光开关71

3.4.3 热光开关74

3.4.4 磁光开关76

3.4.5 声光开关77

3.5 新型光学变换器件77

3.5.1 光纤陀螺用集成光学芯片77

3.5.2 通信用集成光学强度调制器78

3.5.3 GC1120S型高消光比集成光学强度调制器79

3.5.4 相位调制器80

第4章 光子探测器件82

4.1 光电探测器件的特性参数82

4.2 光电导效应和光敏电阻85

4.2.1 光电导效应85

4.2.2 光敏电阻86

4.3 光电发射器件95

4.3.1 光电发射效应95

4.3.2 光电倍增管96

4.3.3 微通道板103

4.4 结型光电器件104

4.4.1 光生伏特效应104

4.4.2 光电池108

4.4.3 光敏二极管116

4.4.4 PIN光敏二极管122

4.4.5 雪崩光敏二极管123

4.4.6 光敏晶体管124

4.4.7 光生伏特器件组合件129

4.4.8 光电位置敏感器件132

4.5 各种光子器件的比较与选取135

第5章 光电成像器件139

5.1 像管139

5.2 摄像管142

5.2.1 摄像管的作用及分类142

5.2.2 摄像管的结构和工作原理143

5.3 电荷耦合器件（CCD）144

5.3.1 CCD的基本原理144

5.3.2 CCD时序信号读出原理148

5.3.3 性能评价指标148

5.4 互补金属-氧化物-半导体（CMOS）150

5.4.1 CMOS像元构造150

5.4.2 CMOS图像传感器的特性参数151

5.4.3 CCD与CMOS的区别比较152

5.5 电荷注入器件（CID）153

5.6 自扫描光敏二极管阵列（SSPD）155

5.6.1 SSPD线阵列156

5.6.2 SSPD面阵列159

5.7 红外焦平面器件162

第6章 热电探测器件165

6.1 热辐射的一般规律165

6.2 热敏电阻168

6.3 温差电偶与热电堆171

6.4 热释电器件174

6.4.1 热释电效应175

6.4.2 热释电探测器176

6.4.3 热释电成像器件181

第7章 光电信号处理184

7.1 光电检测系统的噪声184

7.1.1 噪声的分类及性质184

7.1.2 光电探测器主要的噪声类型184

7.1.3 噪声等效分析与设计187

7.2 光电检测系统的动态特性204

7.2.1 光电信号输入电路的动态计算205

7.2.2 光电检测电路的频率特性207

7.3 弱光检测的信号处理技术211

7.3.1 窄带滤波器与锁相放大技术211

7.3.2 取样积分法215

7.3.3 相关检测技术217

7.3.4 光子计数技术219

第8章 激光检测技术222

8.1 激光准直技术222

8.1.1 激光准直技术的分类222

8.1.2 大气折射率对激光准直精度的影响224

8.1.3 激光准直仪224

8.2 激光多普勒测速技术228

8.2.1 多普勒效应简述228

8.2.2 光多普勒效应228

8.2.3 激光器多普勒测速原理229

8.2.4 激光多普勒测速的基本模式229

8.2.5 激光多普勒测速信号处理方法231

8.2.6 激光多普勒测速技术的应用232

8.3 激光干涉检测技术233

8.4 激光衍射检测技术240

8.4.1 激光衍射测量概述240

8.4.2 激光衍射测量原理241

8.4.3 激光衍射测量分辨率245

8.5 激光测距技术246

8.5.1 激光测距技术的基本原理246

8.5.2 激光测距技术的应用247

8.5.3 激光测距装置248

第9章 光纤传感技术249

9.1 光纤的结构和基本原理249

9.1.1 光纤的结构249

9.1.2 传感用光纤器件252

9.2 强度调制型光纤传感器技术265

9.2.1 反射式强度调制265

9.2.2 透射式强度调制268

9.2.3 光吸收系数强度调制269

9.3 相位调制型光纤传感器技术269

9.3.1 光纤相位调制机理270

9.3.2 光纤相位调制的普通干涉测量273

9.4 偏振调制型光纤传感器技术278

9.4.1 光纤偏振调制的常用物理效应278

9.4.2 光纤偏振调制机理的典型应用279

9.5 频率调制型光纤传感器技术283

9.5.1 光学多普勒效应283

9.5.2 光纤多普勒传感技术283

9.6 波长调制型光纤传感器技术285

9.6.1 光纤荧光探测技术285

9.6.2 光纤黑体辐射探测技术287

第10章 光谱技术289

10.1 光谱检测技术概述289

10.2 傅里叶变换红外光谱技术290

10.2.1 红外光谱290

10.2.2 傅里叶变换红外光谱原理292

10.2.3 傅里叶变换红外光谱应用298

10.3 激光拉曼光谱检测技术300

10.3.1 激光拉曼光谱300

10.3.2 几种激光拉曼光谱技术301

10.3.3 激光拉曼光谱检测技术的应用简介308

10.4 荧光光谱检测技术311

10.4.1 荧光光谱的基本原理311

10.4.2 X射线荧光光谱检测技术312

10.4.3 激光原子荧光光谱检测314

10.4.4 激光离子荧光光谱检测316

10.5 THz检测技术320

10.5.1 THz辐射的基本情况和主要特征320

10.5.2 THz时域光谱探测技术322

10.5.3 THz相关探测技术324

10.5.4 THz成像技术325

10.5.5 THz检测技术存在的问题及展望326

参考文献328