本书系统地介绍了光电技术的基础理论、典型光源和光电探测器、光电信号的变换和处理以及典型光电系统，主要内容包括半导体基础知识、光辐射源、光电探测器、光电导探测器、光伏探测器、光电子发射探测器、热探测器、光电成像器件、光波的调制、光电信号的探测、光电检测电路与信号处理、典型光电系统。书中融合了最新的器件参数和作者的科研成果，理论与实践联系紧密。
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目录
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第0章 绪论 1
0.1 光电技术的内涵 1
0.2 光电信息系统的组成 2
0.3 光电技术的应用 3
0.4 本书编排 5
第1章 半导体基础知识 7
1.1 能带理论 7
1.1.1 原子能级与晶体能带 7
1.1.2 本征半导体的能带 9
1.1.3 杂质半导体的能带 10
1.2 热平衡状态下的载流子 11
1.3 半导体对光的吸收 13
1.3.1 吸收定律 13
1.3.2 本征吸收 13
1.3.3 非本征吸收 14
1.4 非平衡状态下的载流子 15
1.4.1 非平衡载流子 15
1.4.2 非平衡载流子的产生与复合 16
1.4.3 非平衡载流子的寿命 16
1.5 载流子的扩散与漂移 18
1.5.1 载流子的扩散 18
1.5.2 载流子的漂移 20
1.6 PN结 20
1.6.1 PN结形成 21
1.6.2 PN结能带 21
1.6.3 PN结特性 22
习题 23
第2章 光辐射源 24
2.1 辐射度量与光度量 24
2.1.1 辐射度量 24
2.1.2 光度量 27
2.2 辐强度余弦定律和距离平方反比定律 30
2.2.1 辐强度余弦定律 30
2.2.2 距离平方反比定律 31
2.3 黑体辐射 32
2.3.1 基尔霍夫定律 32
2.3.2 普朗克辐射定律 33
2.3.3 维恩位移定律 34
2.3.4 斯特藩-玻尔兹曼定律 34
2.4 典型光辐射源 35
2.4.1 光源的基本特性参数 36
2.4.2 热辐射光源 38
2.4.3 气体放电光源 41
2.4.4 发光二极管 44
2.4.5 典型的激光器 45
2.4.6 超连续谱光源 51
习题 52
第3章 光电探测器 55
3.1 光电探测器的分类 55
3.2 半导体的光电效应 55
3.2.1 光电导效应 56
3.2.2 光伏效应 57
3.2.3 光电子发射效应 57
3.2.4 光子牵引效应 59
3.2.5 光磁电效应 59
3.3 光电探测器的核心参数 60
3.3.1 量子效率 60
3.3.2 灵敏度 62
3.3.3 噪声 64
3.3.4 时间特性 68
习题 70
第4章 光电导探测器 72
4.1 光电导探测器的基本原理 72
4.1.1 光电导探测器的分类 72
4.1.2 光照下光电导响应过程 73
4.1.3 光电导探测器的输出电流 75
4.1.4 光电导探测器的结构设计 77
4.2 光电导探测器的主要特性参数 78
4.2.1 光电特性和γ值 78
4.2.2 光电导灵敏度 80
4.2.3 响应时间和频率特性 80
4.2.4 光谱特性 81
4.2.5 温度特性 82
4.2.6 前历效应 83
4.2.7 伏安特性 83
4.2.8 噪声特性 84
4.3 光电导探测器的偏置电路 85
4.3.1 基本偏置电路 85
4.3.2 恒流偏置电路 88
4.3.3 恒压偏置电路 88
4.4 光电导探测器的应用 88
习题 92
第5章 光伏探测器 94
5.1 光伏探测器的工作原理及其特性 94
5.1.1 光照下PN结的伏安特性 94
5.1.2 光伏探测器的工作模式 95
5.1.3 光伏探测器的等效电路 95
5.1.4 暗电流 96
5.1.5 响应时间 96
5.1.6 噪声特性 97
5.2 光电池 98
5.2.1 基本结构 98
5.2.2 主要特性参数 99
5.2.3 恒定光信号探测 106
5.2.4 交变光信号探测 108
5.2.5 应用案例 109
5.3 PN结型光电二极管 110
5.3.1 基本结构 110
5.3.2 主要特性参数 112
5.3.3 偏置电路 115
5.3.4 应用案例 117
5.4 光电三极管 119
5.4.1 基本结构 119
5.4.2 主要特性参数 120
5.4.3 应用案例 122
5.5 PIN光电二极管 124
5.5.1 基本结构和工作原理 124
5.5.2 主要特性参数 125
5.5.3 应用案例 126
5.6 雪崩光电二极管 128
5.6.1 基本结构和工作原理 128
5.6.2 主要特性参数 129
5.6.3 偏置电路 133
5.6.4 应用案例 135
5.7 紫外光电二极管 135
5.8 中远红外光电二极管 137
习题 137
第6章 光电子发射探测器 141
6.1 光电阴极 141
6.1.1 常规光电阴极 141
6.1.2 负电子亲和势光电阴极 143
6.2 光电倍增管工作原理 145
6.3 光电倍增管主要特性参数 151
6.3.1 灵敏度 151
6.3.2 电流增益 152
6.3.3 光电特性 153
6.3.4 光谱特性 154
6.3.5 伏安特性 154
6.3.6 时间特性和频率特性 154
6.3.7 暗电流 157
6.3.8 疲劳特性 158
6.3.9 噪声和噪声等效功率 158
6.4 光电倍增管工作电路 161
6.4.1 高压供电电路 161
6.4.2 信号输出电路 165
6.5 光电倍增管应用案例 166
习题 169
第7章 热探测器 171
7.1 热探测器的基本原理及其特性 171
7.1.1 热流方程及其解 171
7.1.2 热探测器的时间特性 173
7.1.3 热探测器的温度灵敏度 173
7.1.4 热探测器的噪声特性 173
7.1.5 热探测器的光谱响应 174
7.2 测辐射热计 175
7.2.1 工作原理和结构 175
7.2.2 主要特性参数 176
7.2.3 应用 179
7.3 热电偶和热电堆 181
7.3.1 热电偶的工作原理和结构 182
7.3.2 热电偶的主要特性参数 184
7.3.3 热电堆的结构与特点 185
7.3.4 热电偶和热电堆的应用 187
7.4 热释电探测器 189
7.4.1 工作原理和结构 189
7.4.2 主要特性参数 193
7.4.3 应用 196
习题 199
第8章 光电成像器件 201
8.1 光电成像器件的分类 201
8.2 直视型光电成像器件 202
8.2.1 像管 202
8.2.2 像管的主要特性参数 204
8.2.3 变像管 206
8.2.4 像增强器 208
8.3 视频信号 211
8.4 电荷耦合器件 214
8.4.1 基本结构和特性 214
8.4.2 基本工作原理 216
8.4.3 摄像器件 220
8.4.4 主要特性参数 223
8.5 CMOS图像传感器 227
8.5.1 基本结构和工作原理 227
8.5.2 像素单元 228
8.5.3 背照式与堆栈式CMOS图像传感器 231
8.5.4 主要特性参数 232
8.6 特殊功能成像器件 234
8.6.1 红外焦平面阵列器件 234
8.6.2 紫外固体成像器件 237
8.6.3 增强型光电成像器件 237
习题 238
第9章 光波的调制 240
9.1 光波调制概述 240
9.1.1 基本概念 240
9.1.2 分类 241
9.1.3 作用 242
9.2 光波的强度调制 242
9.2.1 直接调制 242
9.2.2 调制盘调制 244
9.2.3 光栅莫尔条纹调制 249
9.2.4 电光强度调制 251
9.2.5 声光强度调制 256
9.3 光波的频率调制 260
9.3.1 直接光频调制 260
9.3.2 固定频移 261
9.3.3 运动参量调频 263
9.4 光波的相位调制 267
9.4.1 电光相位调制 267
9.4.2 光学干涉仪 268
9.5 光波的偏振调制 270
9.6 光强信号的二次调制 272
9.6.1 连续波调制 273
9.6.2 脉冲调制 279
9.6.3 编码调制 280
习题 281
第10章 光电信号的探测 283
10.1 直接探测 283
10.1.1 直接探测的基本物理过程 283
10.1.2 直接探测系统的性能参数 284
10.1.3 直接探测的应用举例 289
10.2 相干探测 296
10.2.1 相干探测的基本原理 296
10.2.2 相干探测的条件 299
10.2.3 相干探测的典型应用 301
10.3 平衡探测 306
10.3.1 平衡探测的基本原理 306
10.3.2 双平衡探测 309
10.3.3 平衡探测器 311
10.3.4 平衡探测的典型应用 313
习题 314
第11章 光电检测电路与信号处理 318
11.1 光电检测电路的带宽和频率特性 318
11.1.1 光电检测电路的基本结构及其技术要求 318
11.1.2 光电检测电路的带宽 318
11.1.3 光电检测电路的频率特性分析与设计 320
11.2 光电检测电路的低噪声设计 324
11.2.1 前置放大器的噪声 324
11.2.2 光电检测电路的噪声 327
11.2.3 光电检测电路的噪声估算 330
11.3 微弱光电信号的检测与处理 335
11.3.1 相关检测理论 335
11.3.2 锁定放大器 337
11.3.3 取样积分器 340
11.3.4 光子计数器 343
习题 348
第12章 典型光电系统 350
12.1 激光多普勒测速系统 350
12.1.1 多普勒效应 350
12.1.2 激光多普勒测速基本原理 352
12.1.3 测量模式和光学系统 353
12.1.4 多普勒信号处理 357
12.1.5 激光多普勒技术应用 361
12.2 结构光三维测量系统 362
12.2.1 光学三角测量原理 363
12.2.2 坐标变换模型 364
12.2.3 系统标定 366
12.2.4 典型线结构光三维扫描测量系统 367
12.3 激光半主动制导系统 368
12.3.1 结构组成 369
12.3.2 工作原理 370
12.3.3 典型应用场景 371
12.3.4 干扰与对抗技术 372
12.3.5 发展趋势 375
12.4 光通信系统 376
12.4.1 概述 376
12.4.2 组成 377
12.4.3 基本原理 378
12.4.4 典型应用场景 381
12.4.5 主要优缺点 382
12.4.6 发展趋势 383
习题 384
参考文献 385
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