光電檢測技術(shù)（第4版）

第1章光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識（1）

11輻射度學(xué)和光度學(xué)基本概念（1）

111輻射度學(xué)基本物理量（1）

112光度學(xué)基本物理量（3）

113光度學(xué)基本定律（5）

12半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（8）

121固體的能帶結(jié)構(gòu)（8）

122熱平衡下的載流子濃度（11）

123半導(dǎo)體中的非平衡載流子（13）

124載流子的擴散與漂移（15）

13基本定律（16）

131黑體輻射定律（16）

132光電效應(yīng)（18）

14光電探測器的噪聲和特性參數(shù)（23）

141光電探測器中的噪聲（23）

142噪聲的等效處理（27）

143光電探測器的特性參數(shù)（28）

144光電探測器的合理選擇（31）

練習(xí)題（31）

第2章光電檢測中的常用光源（33）

21光源的特性參數(shù)（33）

211輻射效率和發(fā)光效率（33）

212光譜功率分布（34）

213空間光強分布（35）

214光源的顏色（35）

215光源的色溫（36）

22熱輻射源（36）

221太陽（36）

222黑體模擬器（37）

223白熾燈（38）

23氣體放電光源（39）

231脈沖燈（39）

232原子光譜燈（41）

233汞燈（41）

24固體發(fā)光光源（42）

241場致發(fā)光光源（42）

242其他平板顯示器件（44）

243結(jié)型發(fā)光光源——發(fā)光二極管和激光二極管（47）

25激光器（51）

251激光原理（51）

252激光器的結(jié)構(gòu)和工作過程（54）

253激光器的類型（55）

254激光的特性（58）

練習(xí)題（59）

第3章結(jié)型光電器件（60）

31結(jié)型光電器件工作原理（60）

311熱平衡狀態(tài)下的PN結(jié)（60）

312光照下的PN結(jié)（61）

32硅光電池（63）

321硅光電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（63）

322硅光電池的特性參數(shù)（64）

33硅光電二極管和硅光電三極管（67）

331硅光電二極管（67）

332硅光電三極管（68）

333硅光電三極管與硅光電二極管特性比較（69）

34結(jié)型光電器件的放大電路（72）

341結(jié)型光電器件與放大三極管的連接（72）

342光電二極管與集成運算放大器的連接（72）

35特殊結(jié)型光電二極管（74）

351象限探測器（74）

352PIN型光電二極管（74）

353雪崩光電二極管（80）

354紫外光電二極管（81）

355半導(dǎo)體色敏器件（82）

36結(jié)型光電器件的應(yīng)用實例——光電耦合器件（84）

361光電耦合器件的分類、結(jié)構(gòu)和用途（84）

362光電耦合器件的基本電路（86）

練習(xí)題（87）

第4章光電導(dǎo)器件（89）

41光敏電阻的工作原理（89）

411光敏電阻的結(jié)構(gòu)和分類（89）

412光敏電阻的工作原理（90）

42光敏電阻的主要特性參數(shù)（91）

421光電導(dǎo)靈敏度（92）

422光電導(dǎo)增益（92）

423量子效率（93）

424光譜響應(yīng)率與光譜響應(yīng)曲線（93）

425響應(yīng)時間和頻率特性（95）

426光電特性和γ值（97）

427前歷效應(yīng)（97）

428溫度特性（98）

43光敏電阻的偏置電路和噪聲（99）

431偏置電路（99）

432噪聲等效電路（102）

44光敏電阻的特點和應(yīng)用（103）

441光敏電阻的特點（103）

442光敏電阻使用時的注意事項（103）

443常見光敏電阻（104）

444光敏電阻的應(yīng)用（105）

練習(xí)題（105）

第5章真空光電器件（107）

51光電陰極（107）

511光電陰極的主要參數(shù)（107）

512光電陰極的分類（108）

513常用光電陰極材料（109）

52光電管與光電倍增管（111）

521光電管（111）

522光電倍增管（112）

53光電倍增管的主要特性參數(shù)（116）

54光電倍增管的供電和信號輸出電

路（121）

541高壓電源（121）

542高壓分壓電路（122）

543分壓電流與輸出線性的關(guān)系（123）

544信號輸出方式（125）

55微通道板光電倍增管（126）

56光電倍增管的應(yīng)用（129）

561光譜測量（130）

562極微弱光信號的探測——光子計數(shù)（130）

563射線的探測（131）

練習(xí)題（132）

第6章真空成像器件（133）

61像管（133）

611像管結(jié)構(gòu)和工作原理（134）

612像管的特性參量（136）

62常見像管（137）

621常見變像管（137）

622常見像增強器（138）

623特殊變像管（141）

63攝像管（143）

631攝像管的作用及分類（143）

632攝像管的結(jié)構(gòu)和工作原理（144）

64光導(dǎo)靶和存儲靶（145）

641視像管靶（145）

642光電發(fā)射型攝像管靶——存儲靶（148）

65攝像管的特性參數(shù)（149）

651攝像管的特性參數(shù)（149）

652不同視像管的特性參數(shù)比較（152）

66攝像管的發(fā)展方向（153）

練習(xí)題（153）

第7章固體成像器件（154）

71電荷耦合器件（154）

711電荷耦合器件的結(jié)構(gòu)（154）

712電荷耦合原理與電極結(jié)構(gòu)（155）

713電荷耦合器件的組成及其工作原理（156）

714電荷轉(zhuǎn)移溝道類型（159）

72電荷耦合器件的分類（160）

721線陣CCD（160）

722面陣CCD（161）

73CCD攝像機分類（163）

731可見光CCD（163）

732IRCCD（165）

733X射線CCD（165）

734紫外光CCD（166）

74CCD的性能參數(shù)（166）

741電荷轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率（166）

742光譜響應(yīng)率和干涉效應(yīng)（167）

743分辨率和調(diào)制傳遞函數(shù)（167）

744動態(tài)范圍（168）

745暗電流和噪聲（168）

75自掃描光電二極管陣列（169）

751光電二極管陣列的結(jié)構(gòu)形式和工作原理（169）

752SSPD線陣（171）

753SSPD面陣（172）

754SSPD的主要特性參數(shù)（173）

755SSPD器件的信號讀出及放大電路（175）

76CMOS圖像傳感器（176）

77CMOS與CCD圖像傳感器比較（180）

78固體攝像器件的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用（181）

781CCD攝像器件的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用（181）

782CMOS攝像器件的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用（184）

練習(xí)題（184）

第8章紅外輻射與紅外探測器（185）

81紅外輻射的基本知識（185）

811紅外輻射（185）

812紅外輻射源（186）

82紅外探測器（187）

821熱探測器（187）

822光子探測器（190）

83紅外探測器的性能參數(shù)及使用中應(yīng)注意的事項（191）

831紅外探測器的性能參數(shù)（191）

832紅外探測器使用中應(yīng)注意的問題（192）

84紅外測溫（193）

841紅外測溫原理（193）

842紅外測溫的特點（193）

843熱輻射傳感器（193）

85紅外成像（196）

851紅外成像器件（196）

852紅外熱像儀（197）

853紅外分析儀（199）

86紅外無損檢測（200）

861焊接缺陷的無損檢測（200）

862鑄件內(nèi)部缺陷探測（201）

863疲勞裂紋探測（201）

87紅外探測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用（202）

871紅外偵察（202）

872紅外雷達（202）

練習(xí)題（203）

第9章光導(dǎo)纖維與光纖傳感器（204）

91光導(dǎo)纖維基礎(chǔ)知識（204）

911光纖的結(jié)構(gòu)（204）

912光纖的種類（204）

913光纖的傳輸模式（205）

914光纖的傳光原理（205）

915光纖的傳輸特性（207）

916光纖的耦合（209）

92光導(dǎo)纖維的應(yīng)用（210）

921光纖在直接導(dǎo)光方面的應(yīng)用（210）

922光纖面板（212）

93光纖傳感器的分類及構(gòu)成（215）

931光纖傳感器的分類（215）

932光纖傳感器的基本構(gòu)成（216）

933光纖傳感器的優(yōu)點（217）

94功能型光纖傳感器（217）

941相位調(diào)制型光纖傳感器（217）

942光強調(diào)制型光纖傳感器（219）

943偏振態(tài)調(diào)制型光纖電流傳感器（220）

95非功能型光纖傳感器（221）

951傳輸光強調(diào)制型光纖傳感器（221）

952反射光強調(diào)制型光纖傳感器（223）

953頻率調(diào)制型光纖傳感器（223）

954光纖液體折射率傳感器（225）

練習(xí)題（227）

第10章光外差檢測技術(shù)（229）

101光外差檢測原理（229）

102光外差檢測調(diào)相信號的解調(diào)方法（232）

1021用頻譜分析儀測量微振動位移的幅值（232）

1022鎖相環(huán)解調(diào)方法（233）

103光外差檢測特性（237）

1031光外差檢測可獲得全部信息（237）

1032光外差檢測具有高的轉(zhuǎn)換增益（238）

1033良好的濾波性能（238）

1034信噪比的損失較小（239）

1035最小可檢測功率（240）

104光外差檢測系統(tǒng)對光電轉(zhuǎn)換器性能的要求（241）

105光外差檢測的空間匹配條件及頻率條件（241）

1051光外差檢測的空間匹配條件（242）

1052光外差檢測的頻率條件（245）

106共線光外差干涉系統(tǒng)的相位調(diào)制（245）

1061索列爾巴比涅相位補償器（246）

1062共線光外差干涉系統(tǒng)（246）

1063相位調(diào)制原理（247）

1064實驗過程與結(jié)果（248）

練習(xí)題（249）

第11章光電探測器實驗（251）

實驗1光電探測器光譜響應(yīng)度的測量（251）

實驗2光電探測器響應(yīng)時間的測試（254）

實驗3光電探測器探測度的測量（257）

實驗4光敏電阻特性測量實驗（260）

實驗5光敏二極管特性測試（263）

實驗6光敏三極管特性測試（265）

實驗7光電位置傳感器（PSD）實驗（267）

實驗8光電位置傳感器（PSD）光電特性實驗（270）

實驗9線陣CCD原理及驅(qū)動實驗（271）

實驗10線陣CCD基本特性的測量實驗（274）

實驗11利用線陣CCD進行物體角度的測量（276）

實驗12光纖位移測試傳感器實驗（279）

附錄A實驗1裝置中器件說明（281）

附錄BCS1022型示波器測量上升響應(yīng)時間的方法介紹（283）

附錄C彩色線陣CCD圖像傳感器TCD 2252D簡介（284）

部分習(xí)題參考答案（287）

參考文獻（288）2100433B

本書介紹了光電檢測系統(tǒng)的構(gòu)成和應(yīng)用基礎(chǔ)知識。重點敘述了光電檢測過程中常用的光源、各種性能的光電轉(zhuǎn)換器、光纖與光纖傳感技術(shù)和光外差檢查技術(shù)。

本書內(nèi)容全面，敘述簡明扼要，既重視理論性，也講究實用性?？晒╇娮有畔㈩惣捌渌嚓P(guān)專業(yè)的理工科本科生、研究生作教材選用，也可作為相關(guān)科技工作者的參考用書。

圖書簡介

本書簡要地介紹了光電檢測系統(tǒng)的構(gòu)成和應(yīng)用基礎(chǔ)知識。重點敘述了光電檢測過程中常用的光源和各種性能的探測器，并對光電子學(xué)的前沿內(nèi)容THz技術(shù)做了簡單介紹。本書最后一本是光電檢測實驗。 2100433B

第1章 緒論

1．1 光的應(yīng)用

1．2 光電檢測系統(tǒng)概述

1．3 光電檢測方法的選擇

第2章 光電檢測基礎(chǔ)知識

2．1 輻射度學(xué)與光度學(xué)的基礎(chǔ)知識

2．1．1 輻射度學(xué)基本物理量

2．1．2 光度學(xué)基本物理量

2．2 黑體輻射理論

2．2．1 基爾霍夫定律

2．2．2 黑體輻射的熱動力學(xué)特性

2．3 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

2．3．1 基本概念

2．3．2 半導(dǎo)體對光的吸收

2．3．3 半導(dǎo)體的吸收光譜

2．3．4 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率

2．3．5 載流子的擴散與漂移

2．4 光電探測器的原理及特性

2．4．1 光電效應(yīng)

2．4．2 光電探測器的種類

2．4．3 光電探測器的性能參數(shù)

2．4．4 光電探測器的噪聲

第3章 常用光輻射源

3．1 光源的特性參數(shù)

3．2 熱光源

3．3 氣體放電光源

3．4 激光器

3．5 LED光源

第4章 內(nèi)光電效應(yīng)探測器

4．1 光敏電阻

4．1．1 光電導(dǎo)效應(yīng)的增益、弛豫與光敏電阻的結(jié)構(gòu)

4．1．2 典型光敏電阻

4．1．3 光敏電阻的基本特性

4．1．4 光敏電阻的偏置電路

4．1．5 光敏電阻的應(yīng)用

4．2 光伏探測器

4．2．1 光伏探測器的等效電路

4．2．2 光電池

4．2．3 光電二極管

4．2．4 雪崩光電二極管

4．2．5 光電三極管

4．2．6 位置探測探測器

4．2．7 半導(dǎo)體色敏器件

4．2．8 光伏探測器的偏置與輸出電路

第5章 外光電效應(yīng)探測器

5．1 光電管

5．2 光電倍增管（PMT）

5．2．1 PMT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

5．2．2 微通道板PMT

5．2．3 位置探測型PMT

5．2．4 PMT性能參數(shù)與特性

5．2．5 PMT供電電路設(shè)計

5．2．6 光電倍增管的輸出電路

5．3 光電倍增管的應(yīng)用

5．3．1 光子計數(shù)器

5．3．2 射線的探測：在醫(yī)學(xué)成像中的應(yīng)用

……

第6章 紅外熱探測器

第7章 光電信號的調(diào)制與掃描

第8章 光電檢測電路與信號處理

第9章 光電直接檢測技術(shù)與系統(tǒng)

第10章 光外差檢測技術(shù)與系統(tǒng)

第11章 圖像檢測技術(shù)與系統(tǒng)

第12章 光譜檢測技術(shù)與系統(tǒng)

參考文獻

該教材是在董景新、趙長德、郭美鳳、陳志勇、李冬梅編著的《控制工程基礎(chǔ)》第3版的基礎(chǔ)上重新編寫的?！犊刂乒こ袒A(chǔ)》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相繼出版以來，該教材隨著“控制工程基礎(chǔ)”課程在全國各高等院校的機械類、儀器類等非控制專業(yè)逐漸普遍開設(shè)，以及本教材聲譽的不斷提升，對教材的需求量也穩(wěn)步增加。自出版以來根據(jù)需求該教材多次重新印刷，第1版11年時間累計印刷11次，總印數(shù)達53000冊；第2版5年多時間累計印刷10次，總印數(shù)達60000冊；第3版不到5年時間就累計12次印刷，總印數(shù)已達62500冊。

本課程相繼被評為清華大學(xué)、北京市和國家級精品課程，國家級精品資源共享課；清華大學(xué)等院校也將本課程確定為機械學(xué)院平臺課。除本校使用該教材外，另有約100所兄弟院校的儀器儀表類和機械類專業(yè)將我們編著的教材選為使用教材和研究生入學(xué)考試參考書。隨著需求量的增加，我們深感責(zé)任的加重，促使我們對于教材的編寫精益求精、與時俱進，于是由目前在教學(xué)第一線的教師進一步編寫了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基礎(chǔ)上各章都作了或多或少的補充和修改。鑒于LabVIEW是更加直觀方便的圖形化程序編譯平臺，在控制工程中得到越來越多的應(yīng)用，增加了LabVIEW工具在控制工程應(yīng)用的內(nèi)容，獨立成章，該章節(jié)由劉云峰副教授完成。該章介紹了借助LabVIEW，進行控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、時間響應(yīng)分析、頻域響應(yīng)分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)綜合校正設(shè)計等。同時，為了方便更好地理解掌握教材其他章節(jié)論述的概念和方法，特基于LabVIEW設(shè)計編寫了配合教材使用的控制系統(tǒng)動態(tài)仿真、分析、演示軟件，不僅可以完成對控制系統(tǒng)在時域和頻域進行特性仿真分析，還可以動態(tài)地分析和演示控制系統(tǒng)中不同參數(shù)及參數(shù)變化對系統(tǒng)特性的影響。

另外，根據(jù)實際工程和科研的基本需求和多年的教學(xué)經(jīng)驗，在各章節(jié)內(nèi)容論述上力求概念表達清楚準(zhǔn)確，加強對問題的歸納說明，同時也適當(dāng)增加了一些諸如內(nèi)模原理和內(nèi)?？刂坪喴榻B的內(nèi)容。

全書由董景新教授整理統(tǒng)編。

該教材廣泛參考了國內(nèi)外同類教材和其他有關(guān)文獻，保持并突出以下特點:第4版前言控制工程基礎(chǔ)（第4版）(1) 突出機械運動作為主要受控對象，并對其數(shù)學(xué)模型和分析綜合重點研究;

(2) 對自動調(diào)節(jié)原理基本內(nèi)容表達清楚，著重基本概念的建立和解決機電控制問題的基本方法的闡明，并簡化或略去與機電工程距離較遠、較艱深的嚴格數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容;

(3) 引入和編寫較多的例題與習(xí)題，便于自學(xué);

(4) 反映機電一體化新技術(shù)和新分析方法。

對于屬于該書領(lǐng)域的非基本內(nèi)容，但在本領(lǐng)域文獻中時有出現(xiàn)的較為繁難的部分，該教材中也作了一定介紹，其有關(guān)章節(jié)前注以“”號。

在有關(guān)LabVIEW章節(jié)的編寫中，得到NI公司中國區(qū)劉洋工程師在實驗設(shè)備和技術(shù)方面的支持幫助，并提供了部分素材，在此致謝！

該教材的編寫得到了國家高等教育精品課建設(shè)項目、北京市高等教育精品教材建設(shè)項目和清華大學(xué)精品課建設(shè)項目經(jīng)費的支持，納入985清華大學(xué)名優(yōu)教材立項資助，在此表示衷心感謝。

編者2014年10月