光電檢測技術及應用

本教材所介紹的測試技術，不僅適用於光電、測控技術與儀器行業，對機械、輕工、航天、計量、測繪等相關行業也有使用價值。

傘書共分10章，理論與實踐相結合，主要內容有：光電檢測技術概述、光電檢測常用光源、光電探測器概述及光電導探測器、光伏特探測器、光電發射器件、光電成像器件、非相干檢測方法與系統、相干檢測方法與系統、光電檢測技術的典型應用。概括地講，本書內容包含4部分，即理論基礎、各類電光與光電器件、光電變換檢測技術與方法、典型應用。本書配有免費電子課件。

第1章 概述（1）

1.1 引言（1）

1.2 光電檢測系統的基本構成和工作原理（2）

1.2.1 光電檢測系統的基本構成（2）

1.2.2 光電檢測系統的基本工作原理（5）

1.2.3 光電檢測系統的基本結構形式（6）

1.3 光電檢測技術的發展（9）

習題與思考題（11）

第2章 光電檢測用光源（12）

2.1 光的產生及光源分類（12）

2.1.1 光的本質及產生（12）

2.1.2 光源分類（13）

2.2 光源的基本特性參數（13）

2.2.1 輻射效率和發光效率（14）

2.2.2 光譜功率分佈（14）

2.2.3 空間光強分佈（15）

2.2.4 光源的色溫（15）

2.2.5 光源的顏色（16）

2.3 光電檢測常用光源（16）

2.3.1 熱輻射光源（16）

2.3.2 氣體放電光源（18）

2.3.3 固體發光光源（19）

2.3.4 激光器（26）

習題與思考題（30）

第3章 光電探測器概述及光電導探測器（31）

3.1 光探測器的物理基礎（31）

3.1.1 光電效應和光熱效應（32）

3.1.2 光電轉換定律（33）

3.2 光電探測器的特性參數（33）

3.2.1 量子效率（33）

3.2.2 靈敏度（34）

3.2.3 響應時間（35）

3.2.4 雜訊等效功率NEP和探測率D *　（36）

3.2.5 線性度（37）

3.2.6 探測器雜訊（37）

3.2.7 其他參數（40）

3.3 光電導探測器（40）

3.3.1 光電導效應（40）

3.3.2 光敏電阻（41）

習題與思考題（51）

第4章 光伏特探測器（53）

4.1 光伏特效應（53）

4.2 光伏探測器的工作模式（55）

4.3 光電池（56）

4.3.1 硅光電池的基本結構和工作原理（57）

4.3.2 硅光電池的特性參數（58）

4.3.3 光電池偏置電路（61）

4.3.4 光電池的應用（65）

4.4 硅光電二極體和硅光電三極體（66）

4.4.1 硅光電二極體結構及工作原理（66）

4.4.2 硅光電三極體結構及工作原理（又稱光電晶體管）　（67）

4.4.3 硅光電二極體與硅光電三極體特性比較（68）

4.4.4 光電二極體和三極體的偏置電路（72）

4.4.5 光電二極體和三極體的應用（77）

習題與思考題（84）

第5章 光電發射器件（85）

5.1 光電發射（外光電）效應（85）

5.2 光電管（86）

5.3 光電倍增管（87）

5.3.1 光電倍增管的結構（87）

5.3.2 光電倍增管的主要特性參數（88）

5.3.3 光電倍增管的供電和信號輸出電路（92）

5.3.4 微通道板光電倍增管（95）

5.3.5 光電倍增管的應用（95）

5.4 各種光電探測器件的性能比較和應用選擇（97）

5.4.1 接收光信號的方式（97）

5.4.2 各種光電探測器件的性能比較（97）

5.4.3 光電檢測器件的應用選擇（98）

習題與思考題（99）

第6章 光電成像器件（100）

6.1 光電成像器件概述（100）

6.1.1 光電成像器件的類型（100）

6.1.2 成像原理（101）

6.1.3 光電成像器件的基本特性（102）

6.2 真空攝像管（105）

6.2.1 攝像管的基本原理（105）

6.2.2 攝像管的性能參數（105）

6.2.3 光電導式攝像管（108）

6.2.4 光電發射式攝像管（110）

6.3 電荷耦合器件（CCD）　（112）

6.3.1 電荷耦合器件工作原理（112）

6.3.2 電荷耦合器件的特性參數（116）

6.3.3 電荷耦合攝像器件（ICCD）　（118）

6.4 自掃描光電二極體陣列（124）

6.4.1 SSPD線陣列（124）

6.4.2 SSPD面陣列（128）

習題與思考題（131）

第7章 非相干檢測方法與系統（132）

7.1 光電信號變換及光電檢測系統分類概述（132）

7.2 直接檢測系統（133）

7.2.1 直接檢測系統的基本原理（134）

7.2.2 直接檢測系統的基本特性（134）

7.3 隨時間變化的光電信號檢測方法及系統（136）

7.3.1 幅值法（137）

7.3.2 頻率法（141）

7.3.3 相位和時間測量法（142）

7.4 空間分佈的光電信號檢測方法與系統（145）

7.4.1 光學目標和空間定位（145）

7.4.2 幾何中心檢測法（146）

7.4.3 亮度中心檢測法（150）

習題與思考題（158）

第8章 相干檢測方法與系統（159）

8.1 相干檢測的基本原理（159）

8.1.1 光學干涉和干涉測量（159）

8.1.2 干涉測量技術中的調製和解調（160）

8.2 基本干涉系統及應用（161）

8.2.1 典型的雙光束干涉系統（161）

8.2.2 多光束干涉系統（163）

8.2.3 光纖干涉儀（164）

8.3 同頻率相干信號的相位調製與檢測方法（165）

8.3.1 相位調製與檢測的原理（165）

8.3.2 同頻相干信號的檢測方法（166）

8.4 光外差檢測方法與系統（168）

8.4.1 光外差檢測原理（168）

8.4.2 光外差檢測的特性（171）

8.4.3 光外差檢測條件（174）

8.4.4 光外差檢測的調頻方法（176）

8.4.5 光外差檢測方法與應用（181）

習題與思考題（187）

第9章 光電檢測技術在機械領域的典型應用（188）

9.1 雙頻激光干涉儀（188）

9.1.1 雙縱模雙頻激光干涉儀的組成（188）

9.1.2 工作原理分析（189）

9.2 表面粗糙度測量儀（191）

9.2.1 光點變位法（三角法）　（192）

9.2.2 臨界角法（192）

9.2.3 光纖感測器檢測法（194）

9.2.4 激光散射法（196）

9.3 同軸式高解析度激光輪廓儀（198）

9.3.1 同軸式干涉輪廓儀工作原理（199）

9.3.2 同軸式高解析度激光干涉輪廓儀測量形狀誤差分析（199）

9.3.3 測量精度分析（200）

9.4 工業CT（探傷）渦流成像系統（203）

9.5 CCD成像測量技術（205）

9.5.1 CCD感測器檢測玻璃管外徑和壁厚（206）

9.5.2 CCD鋼板計數器（207）

9.5.3 用CCD檢測外圓直徑（207）

習題與思考題（209）

第10章 光電檢測技術在其他方面的典型應用（二）　（210）

10.1 光電檢測技術在環保科學研究及工程領域的應用（210）

10.1.1 光譜測試技術基礎（210）

10.1.2 大氣質量中煙塵量檢測（214）

10.1.3 大氣中有害氣體含量監測（220）

10.1.4 水質污染監測（222）

10.2 光電檢測技術在軍事領域的應用（228）

10.2.1 光電制導（228）

10.2.2 激光雷達（229）

10.3 光電檢測技術在生物科學研究及醫療工程領域的應用（233）

10.3.1 生物晶元檢測技術概述（233）

10.3.2 生物晶元檢測裝置（234）

10.3.3 光電式血糖儀（237）

參考文獻（239）