光电传感器件与应用技术目录

第1章光电传感技术基础1

1.1光电传感系统的描述1

1.2辐射度学和光度学1

1.2.1辐射度学1

1.2.2光度学3

1.2.3辐射度与光度学的基本定律5

1.2.4黑体辐射7

1.3半导体基础9

1.3.1半导体结构9

1.3.2半导体中的载流子11

1.4半导体的光电效应15

1.4.1光电导效应16

1.4.2光伏效应17

1.4.3光电发射效应19

1.5光热效应20

1.6光电传感器的噪声和特性参数21

1.6.1光电传感器的噪声22

1.6.2光电传感器的主要特性参数23

思考与计算题25

第2章光电传感系统中的常用光源27

2.1光源的基本特性参数27

2.1.1辐射效率和发光效率27

2.1.2光谱功率分布28

2.1.3空间光强分布28

2.1.4光源的颜色29

2.1.5光源的色温29

2.2热辐射源30

2.2.1太阳与黑体模拟器30

2.2.2白炽灯与卤钨灯31

2.3气体放电光源31

2.4发光二极管33

2.4.1普通亮度的LED33

2.4.2超高亮度的LED35

2.4.3白光LED36

2.5激光器38

2.5.1激光器的基本原理38

2.5.2激光器的分类及应用39

2.5.3激光的特性46

思考题与计算题47

第3章光电发射器件48

3.1光电发射阴极48

3.1.1光电发射阴极的主要参数48

3.1.2常用光电阴极材料49

3.2光电管与光电倍增管结构原理51

3.2.1光电管51

3.2.2光电倍增管52

3.3光电倍增管的主要特性参数54

3.4光电倍增管的供电和信号输出电路58

3.4.1高压分压电路58

3.4.2信号输出方式60

3.5微通道板光电倍增管61

3.5.1微通道板的结构和工作原理61

3.5.2微通道板光电倍增管62

3.6像增强器64

3.7应用66

3.7.1光电倍增管的典型应用66

3.7.2像增强器的典型应用68

思考题与计算题69

第4章光电导探测器70

4.1光电导探测器的工作原理70

4.2光电导材料及结构特点72

4.2.1材料及分类72

4.2.2结构特点及原理73

4.3光电导探测器的主要特性参数74

4.3.1光电流及光电导增益74

4.3.2光电特性75

4.3.3光谱特性77

4.3.4伏安特性78

4.3.5时间响应及频率特性78

4.3.6前历效应81

4.3.7温度特性82

4.4光电导探测器的变换电路82

4.4.1基本偏置电路82

4.4.2恒流电路83

4.4.3恒压电路84

4.5光电导探测器的应用实例85

4.5.1自动调光台灯光电控制电路85

4.5.2火焰探测报警器85

4.5.3热电制冷型红外测温仪86

思考及计算题87

第5章半导体结型光电器件89

5.1结型光电器件基本原理89

5.1.1热平衡状态下的P-N结89

5.1.2光照下的P-N结90

5.2硅光电池92

5.2.1硅光电池的基本结构92

5.2.2硅光电池的工作原理92

5.2.3硅光电池的特性参数93

5.3硅光电二极管95

5.3.1硅光电二极管基本结构96

5.3.2硅光电二极管的工作原理96

5.3.3光电二极管的电流方程96

5.3.4光电二极管的基本特性97

5.4硅光电三极管100

5.4.1硅光电三极管基本结构100

5.4.2硅光电三极管工作原理101

5.4.3光电三极管的特性102

5.5结型光电器件的偏置电路104

5.5.1反向偏置电路104

5.5.2零伏偏置电路107

5.5.3其他光电变换电路107

5.6特殊结型光电二极管109

5.6.1 PIN光电探测器109

5.6.2雪崩光电二极管109

5.7象限探测器和光电位置传感器111

5.7.1象限探测器111

5.7.2光电位置传感器（PSD）114

5.8半导体光电器件的特性参数与选择118

5.8.1半导体光电器件的特性参数118

5.8.2半导体光电器件的应用选择120

思考题与计算题121

第6章光电成像器件123

6.1真空成像器件123

6.1.1像管123

6.1.2摄像管126

6.2固体成像器128

6.2.1电荷耦合器件（CCD）128

6.2.2 CMOS图像传感器135

6.2.3工业相机介绍140

6.2.4机器视觉系统及其应用142

思考题与计算题151

第7章红外探测器概述152

7.1红外探测器分类152

7.1.1热敏探测器152

7.1.2光子型探测器153

7.1.3红外探测器的工作条件与性能指标154

7.2常用红外探测器161

7.2.1光电导型红外探测器工作原理与性能分析161

7.2.2光电导型红外探测器——SPRITE探测器原理与结构164

7.2.3光伏型红外探测器的工作原理与性能分析166

7.2.4肖特基势垒光电探测器－工作原理167

7.2.5量子阱红外探测器169

7.3常用热探测器170

7.3.1热敏电阻170

7.3.2热电偶和热电堆171

7.3.3热释电探测器173

7.3.4高莱管175

7.4其他红外探测器176

7.4.1锑化铟红外探测器176

7.4.2碲镉汞探测器177

7.4.3碲锡铅探测器177

7.4.4砷化镓探测器178

7.4.5光子牵引探测器178

7.4.6 MOS探测器179

7.5红外探测器的应用——红外夜视系统180

7.5.1红外夜视仪的原理180

7.5.2红外热成像仪的原理181

思考与练习题182

第8章平板显示器件183

8.1液晶显示器件（LCD）183

8.1.1基本概念183

8.1.2光电特性184

8.1.3动态散射型液晶显示器件186

8.1.4扭曲向列液晶显示器件186

8.1.5超扭曲向列液晶显示器件188

8.1.6有源矩阵液晶显示器件189

8.1.7 LCD工作环境及特点191

8.2等离子体显示器件191

8.2.1彩色AC-PDP的工作原理191

8.2.2彩色AC-PDP的特点和应用192

8.3有机发光器件193

8.3.1 OLED器件发光原理194

8.3.2 OLED器件的分类194

8.4数字微反射镜器件（DMD）195

8.4.1 DMD结构和工作原理195

8.4.2 DLP投影显示及特点196

思考题与计算题196

第9章典型光电传感系统197

9.1瞬态表面高温测量及校准系统197

9.1.1瞬态表面高温光电传感系统197

9.1.2可溯源瞬态表面温度传感器动态校准系统206

9.1.3瞬态超高温测试的外推方法探索215

9.2激光光幕靶光电传感系统及校准216

9.2.2分离型激光光幕靶220

9.2.3激光光幕靶的校准226

9.2.4激光光幕靶的应用拓展227

9.3其他光电传感系统229

9.3.1归一化植被指数光电传感系统229

9.3.2光纤传像元件光学特性光电传感系统233

9.3.3基于PSD的自动机运动参数光电传感系统236

9.3.4导弹轨上运动参数光电传感系统237

9.3.5纯镁与镁合金燃点比色测温系统239

思考题与计算题241

第10章光电传感新技术及应用242

10.1光电薄膜技术242

10.1.1光电薄膜技术概述242

10.1.2光电薄膜的制作247

10.1.3光电薄膜器件的技术特点251

10.1.4光电薄膜器件的应用253

10.2光MEMS，MOEMS255

10.2.1 MEMS器件概述255

10.2.2 MOEMS器件——MEMS与光的结合255

10.2.3 MOEMS的应用256

10.3激光散斑测试技术260

10.3.1散斑的数学描述261

10.3.2激光散斑测量方法261

10.4太赫兹技术的应用264

10.4.1太赫兹频段及特点264

10.4.2 THz成像技术的应用266

10.5光存储技术271

10.5.1光存储器概述271

10.5.2光盘存储器的工作原理273

10.5.3超高密度光存储技术276

10.6太阳能技术278

10.6.1太阳能电池278

10.6.2太阳能电池的种类278

10.6.3太阳能新技术279

10.6.4应用领域281

习题与思考题282

参考文献283 2100433B

本书以编者多年从事光电传感技术及其应用方面的研究为基础，结合编者在光电传感技术领域的最新研究成果，参考近年来光电传感技术的最新进展，主要讲述了光电传感系统中所涉及的基础理论、光（辐射）源、光电导器件、结型光电器件、光电发射器件、光电成像器件、平板显示器件及各种光电器件的典型应用。全书内容丰富，概念清晰，能引导读者正确掌握光电传感器件的基本原理、使用技巧和光电测试系统的设计思想和方法。本书力求为测控技术与仪器、光电信息科学与工程、电子信息工程等专业的本科生及仪器科学与技术、光学工程、信息与通信工程等学科的研究生和工程技术人员提供光电传感系统分析、设计的基本理论、先进的前沿技术和最新方法。

前言

第1章 概论

1.1 光电传感技术

1.1.1 光电传感器件的组成与分类

1.1.2 光电传感器件的特性与参数

1.2 光电检测技术

1.2.1 光电检测的概念与分类

1.2.2 测量误差的概念与分类

1.2.3 数据处理方法

1.3 光电传感与检测的应用

思考题与习题

第2章 光电检测技术基础

2.1 辐射度量与光度量

2.1.1 光的物理基本性质

2.1.2 光的物理表征

2.2 光电检测器件的物理基础

2.2.1 半导体的物理基础

2.2.2 物理效应和基本定律

2.3 光电检测器件的工作原理与特性

2.3.1 光敏电阻

2.3.2 光敏二极管

2.3.3 光敏晶体管

2.3.4 光电倍增管

2.3.5 光电池

2.3.6 红外辐射与红外探测器

2.3.7 光电位置传感器

2.3.8 色敏检测器

思考题与习题

第3章 光电检测系统

3.1 光电检测系统概述

3.2 光电检测方法及系统设计

3.2.1 光电检测系统中的常见光源及选用

3.2.2 光电检测中的光学系统

3.2.3 光信号的调制检测

3.2.4 光电信号的检测方法

3.2.5 光电检测信号的偏置放大

3.3 光电信号与计算机的接口技术

3.3.1 单元光电信号的处理与数据采集

3.3.2 光电单元信号与计算机的接口技术

3.3.3 光电单元信号与单片机的接口技术

3.4 光电检测电路举例

思考题与习题

第4章 红外传感与检测技术

4.1 红外检测基本原理

4.2 常用红外传感器与选型

4.3 红外光电检测与应用

4.3.1 红外数字计数器的设计

4.3.2 基于虚拟仪器的红外线温度测量系统设计

4.3.3 用于小车运动标识的红外光电检测系统设计

4.4 热释电红外检测与应用

4.4.1 热释电红外传感原理

4.4.2 热释电红外传感器与选型

4.4.3 热释电红外开关电路设计

4.4.4 热释电自动识别进出人员语音系统设计

4.4.5 基于虚拟仪器的热释电传感器电性能测试系统设计

4.5 红外气体分析仪

4.5.1 红外气体分析检测原理及构成

4.5.2 红外探测器与选型

4.5.3 双通道红外气体分析系统设计

思考题与习题

第5章 激光传感与检测技术

5.1 激光气体检测系统设计

5.2 基于激光平面干涉技术的元件面形偏差检测系统设计

5.3 光刻机调焦调平激光检测系统设计

5.4 激光风力发电风速检测系统设计

5.5 基于虚拟仪器的激光打靶系统设计

5.6 激光条码扫描系统设计

思考题与习题

第6章 光纤传感与检测技术

6.1 光纤检测基本原理

6.1.1 光纤的基本知识

6.1.2 光纤传光原理

6.1.3 光纤的特性参数

6.2 常用光纤传感器与选型

6.2.1 光纤传感器的定义和分类

6.2.2 强度调制型光纤传感器

6.2.3 相位调制型光纤传感器

6.2.4 时分调制型光纤传感器

6.3 光纤检测与应用

6.3.1 光纤压力传感系统设计

6.3.2 光纤温度传感系统设计

6.3.3 光纤安防振动传感系统设计

6.3.4 用于汽轮机动静间隙检测的反射式光纤位移传感系统设计

6.3.5 用于工业现场的分布式光纤传感系统设计

思考题与习题

第7章 光栅传感与检测技术

7.1 光栅的工作原理

7.2 常用光栅与选型

7.3 光栅测量与应用

7.3.1 基于零位光栅传感器的线位移测量系统设计

7.3.2 基于增量式旋转编码器的角度测量系统设计

思考题与习题

第8章 光电新技术的应用

8.1 光电图像检测

8.2 红外诊断与红外热成像技术

8.3 激光在军事中的应用

8.4 纳米技术的“光电”应用

8.5 红外气体检测网络与物联网技术

思考题与习题

参考文献2100433B

本书系统地介绍了各种光电传感器的基本原理、特性、发展趋势与应用等。内容围绕单元光电器件与集成光电器件为主线展开，突出外特性与应用问题，特别注重光电成像，图像、图形检测与分析等技术的讲授。光电信息变换、光电信号的数据采集与计算机接口技术是本书的核心，光电技术的新发展和新的应用实例一直是本书创新之处。2版对全书内容进行修改的同时，侧重对第7章进行补充，补充了图像显示的内容，另外增加了第14章课程设计与毕业设计的内容，目的是提高学生的动手、动脑能力。