本書主要研究各類光電器件的組成、工作原理、特性參數(shù)及光電轉換的基本電路和實際應用。本書稿是在前面兩個版本的基礎上進行修繕,使得整本書更加嚴謹專業(yè),內容結構上更加完整全面。本書稿共分為12章:第1章為緒論,第2章介紹光電檢測基礎知識,第3-6章分別講述常用光輻射、內/外光電效應探測器、紅外熱探測器的工作原理及其典型應用等,第7章介紹光電信號的調制與掃描,第8章介紹光電檢測電路與信號處理,第9章和第10章分別論述光電直接檢測技術與系統(tǒng)、光外差檢測技術與系統(tǒng)的原理及應用等,第11章是圖像檢測技術與系統(tǒng),第12章是光譜檢測技術與系統(tǒng)。
20世紀初,黑體輻射與光電效應理論的確立拉開了光電檢測技術迅速發(fā)展的序幕。隨著真空技術與半導體技術的不斷進步,光電檢測技術已經在生物學、醫(yī)學、農業(yè)、航天、數(shù)字通信、國土安全、軍事等領域得到廣泛應用。具有代表性的例子不勝枚舉。例如:隨著微光像增強技術和弱光成像器件(如光電倍增管)的發(fā)展,光子計數(shù)成像技術已經廣泛應用并日趨成熟;在對等離子體物理、光化學、原子物理、核聚變物理等領域的皮秒或飛秒級超快過程的檢測中,條紋相機扮演著極其重要的角色;電荷耦合器件及其應用技術的研究取得了驚人的進展,特別是在工業(yè)和民生領域的發(fā)展更為迅速。
本書以黨的二十大精神和習近平新時代中國特色社會主義思想為指導,堅持以立德樹人為根本任務,深化教育領域綜合改革,強化教材高質量建設,在第2版的基礎上進行了修訂,增加了二維碼,為讀者提供更多的材料。本書注重從工程技術應用光電器件的角度出發(fā),理論上力求清楚易懂,全面系統(tǒng)地介紹了光電檢測技術的基本概念、各種光電器件的工作原理及典型應用、設計光電檢測系統(tǒng)的理論與方法。書中以大量光電檢測系統(tǒng)的實例滲透于各章節(jié),每章配有典型習題,以便于讀者學習和鞏固所學知識。本書既可作為高等院校的信息工程、光電子科學與技術、測控技術與儀器、機械電子工程、生物醫(yī)學工程等專業(yè)的本科生教材,也可作為相關專業(yè)的科研人員和工程技術人員的參考用書。
全書共分為12章。第1章為緒論;第2章介紹光電檢測基礎知識;第3~6章分別講述常用光輻射源、內光電效應探測器、外光電效應探測器、紅外熱探測器的工作原理、特性、參數(shù)及其典型應用;第7章介紹光電信號的調制與掃描;第8章介紹光電檢測電路與信號處理;第9章和第10章分別詳細論述光電直接檢測技術與系統(tǒng)、光外差檢測技術與系統(tǒng)的原理、參數(shù)與應用;第11章是圖像檢測技術與系統(tǒng);第12章是光譜檢測技術與系統(tǒng)。
本書由浙江大學光電科學與工程學院劉華鋒教授擔任主編。第1章的部分內容由日本濱松光子學株式會社楊桓博士編寫;第4章和第5章的部分內容由北京濱松光子技術股份有限公司李妙堂先生和席與霖先生編寫;第6章和第9章由浙江大學光電科學與工程學院項震副教授編寫;第10章和第11章由浙江大學光電科學與工程學院汪凱巍教授編寫;第3章和第12章由浙江大學光電科學與工程學院匡翠方教授編寫;劉華鋒教授編寫了第1章、第2章、第4章、第5章、第7章和第8章的部分內容,并對全書進行統(tǒng)稿。
由于水平與精力有限,本書作者雖竭力認真編寫,但書中難免有錯誤和不足之處,望讀者批評指正!
劉華鋒,浙江大學光電學院教授,博士生導師,國家杰出青年科學基金獲得者。獲國際學術獎項5次,吳文俊人工智能創(chuàng)新獎(排名1)。發(fā)表論文150多篇;獲得授權發(fā)明專利40多項,其中獲授權美國發(fā)明專利4項。
第1章 緒論
1.1 光的應用
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 光電檢測基礎知識
2.1 輻射度學與光度學的基礎知識
2.1.1 輻射度學基本物理量
2.1.2 光度學基本物理量
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特性
2.3 半導體基礎知識
2.3.1 基本概念
2.3.2 半導體對光的吸收
2.3.3 半導體的吸收光譜
2.3.4 半導體的電導率
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
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 內光電效應探測器
4.1 光敏電阻
4.1.1 光電導效應的增益、弛豫與光敏電阻的結構
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 位置靈敏探測器
4.2.7 半導體色敏器件
4.2.8 光伏探測器的偏置與輸出電路
第5章 外光電效應探測器
5.1 光電管
5.2 光電倍增管(PMT)
5.2.1 PMT的基本結構與工作原理
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供電電路設計
5.2.6 光電倍增管的輸出電路
5.3 光電倍增管的應用
5.3.1 光子計數(shù)器
5.3.2 射線的探測:在醫(yī)學成像中的應用
第6章 紅外熱探測器
6.1 紅外熱探測器的基本原理
6.1.1 熱探測器的溫升模型
6.1.2 熱探測器的最小可探測功率
6.2 熱電阻
……
第7章 光電信號的調制與掃描
第8章 光電檢測電路與信號處理
第9章 光電直接檢測技術與系統(tǒng)
第10章 光外差檢測技術與系統(tǒng)
第11章 圖像檢測技術與系統(tǒng)
第12章 光譜檢測技術與系統(tǒng)
參考文獻