本书主要研究各类光电器件的组成、工作原理、特性参数及光电转换的基本电路和实际应用。本书稿是在前面两个版本的基础上进行修缮,使得整本书更加严谨专业,内容结构上更加完整全面。本书稿共分为12章:第1章为绪论,第2章介绍光电检测基础知识,第3-6章分别讲述常用光辐射、内/外光电效应探测器、红外热探测器的工作原理及其典型应用等,第7章介绍光电信号的调制与扫描,第8章介绍光电检测电路与信号处理,第9章和第10章分别论述光电直接检测技术与系统、光外差检测技术与系统的原理及应用等,第11章是图像检测技术与系统,第12章是光谱检测技术与系统。
20世纪初,黑体辐射与光电效应理论的确立拉开了光电检测技术迅速发展的序幕。随着真空技术与半导体技术的不断进步,光电检测技术已经在生物学、医学、农业、航天、数字通信、国土安全、军事等领域得到广泛应用。具有代表性的例子不胜枚举。例如:随着微光像增强技术和弱光成像器件(如光电倍增管)的发展,光子计数成像技术已经广泛应用并日趋成熟;在对等离子体物理、光化学、原子物理、核聚变物理等领域的皮秒或飞秒级超快过程的检测中,条纹相机扮演着极其重要的角色;电荷耦合器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展,特别是在工业和民生领域的发展更为迅速。
本书以党的二十大精神和习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,坚持以立德树人为根本任务,深化教育领域综合改革,强化教材高质量建设,在第2版的基础上进行了修订,增加了二维码,为读者提供更多的材料。本书注重从工程技术应用光电器件的角度出发,理论上力求清楚易懂,全面系统地介绍了光电检测技术的基本概念、各种光电器件的工作原理及典型应用、设计光电检测系统的理论与方法。书中以大量光电检测系统的实例渗透于各章节,每章配有典型习题,以便于读者学习和巩固所学知识。本书既可作为高等院校的信息工程、光电子科学与技术、测控技术与仪器、机械电子工程、生物医学工程等专业的本科生教材,也可作为相关专业的科研人员和工程技术人员的参考用书。
全书共分为12章。第1章为绪论;第2章介绍光电检测基础知识;第3~6章分别讲述常用光辐射源、内光电效应探测器、外光电效应探测器、红外热探测器的工作原理、特性、参数及其典型应用;第7章介绍光电信号的调制与扫描;第8章介绍光电检测电路与信号处理;第9章和第10章分别详细论述光电直接检测技术与系统、光外差检测技术与系统的原理、参数与应用;第11章是图像检测技术与系统;第12章是光谱检测技术与系统。
本书由浙江大学光电科学与工程学院刘华锋教授担任主编。第1章的部分内容由日本滨松光子学株式会社杨桓博士编写;第4章和第5章的部分内容由北京滨松光子技术股份有限公司李妙堂先生和席与霖先生编写;第6章和第9章由浙江大学光电科学与工程学院项震副教授编写;第10章和第11章由浙江大学光电科学与工程学院汪凯巍教授编写;第3章和第12章由浙江大学光电科学与工程学院匡翠方教授编写;刘华锋教授编写了第1章、第2章、第4章、第5章、第7章和第8章的部分内容,并对全书进行统稿。
由于水平与精力有限,本书作者虽竭力认真编写,但书中难免有错误和不足之处,望读者批评指正!
刘华锋,浙江大学光电学院教授,博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者。获国际学术奖项5次,吴文俊人工智能创新奖(排名1)。发表论文150多篇;获得授权发明专利40多项,其中获授权美国发明专利4项。
第1章 绪论
1.1 光的应用
1.2 光电检测系统概述
1.3 光电检测方法的选择
第2章 光电检测基础知识
2.1 辐射度学与光度学的基础知识
2.1.1 辐射度学基本物理量
2.1.2 光度学基本物理量
2.2 黑体辐射理论
2.2.1 基尔霍夫定律
2.2.2 黑体辐射的热动力学特性
2.3 半导体基础知识
2.3.1 基本概念
2.3.2 半导体对光的吸收
2.3.3 半导体的吸收光谱
2.3.4 半导体的电导率
2.3.5 载流子的扩散与漂移
2.4 光电探测器的原理及特性
2.4.1 光电效应
2.4.2 光电探测器的种类
2.4.3 光电探测器的性能参数
2.4.4 光电探测器的噪声
第3章 常用光辐射源
3.1 光源的特性参数
3.2 热光源
3.3 气体放电光源
3.4 激光器
3.5 LED光源
第4章 内光电效应探测器
4.1 光敏电阻
4.1.1 光电导效应的增益、弛豫与光敏电阻的结构
4.1.2 典型光敏电阻
4.1.3 光敏电阻的基本特性
4.1.4 光敏电阻的偏置电路
4.1.5 光敏电阻的应用
4.2 光伏探测器
4.2.1 光伏探测器的等效电路
4.2.2 光电池
4.2.3 光电二极管
4.2.4 雪崩光电二极管
4.2.5 光电三极管
4.2.6 位置灵敏探测器
4.2.7 半导体色敏器件
4.2.8 光伏探测器的偏置与输出电路
第5章 外光电效应探测器
5.1 光电管
5.2 光电倍增管(PMT)
5.2.1 PMT的基本结构与工作原理
5.2.2 微通道板PMT
5.2.3 位置探测型PMT
5.2.4 PMT性能参数与特性
5.2.5 PMT供电电路设计
5.2.6 光电倍增管的输出电路
5.3 光电倍增管的应用
5.3.1 光子计数器
5.3.2 射线的探测:在医学成像中的应用
第6章 红外热探测器
6.1 红外热探测器的基本原理
6.1.1 热探测器的温升模型
6.1.2 热探测器的最小可探测功率
6.2 热电阻
……
第7章 光电信号的调制与扫描
第8章 光电检测电路与信号处理
第9章 光电直接检测技术与系统
第10章 光外差检测技术与系统
第11章 图像检测技术与系统
第12章 光谱检测技术与系统
参考文献