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第一章 概论 1

第一节 人的视觉功能及其扩展 1

一、人的视觉功能 1

二、光学仪器是人类视觉的扩展 3

第二节 光电技术与光电检测技术及光电传感器 4

一、光电技术与光电检测技术的含义 4

二、光电传感器 5

第三节 光电检测系统的组成和特点 6

一、光电检测系统的组成 6

二、光电检测系统的特点 7

第四节 光电技术与光电检测技术的发展及应用 8

一、光电技术与光电检测技术的发展及趋势 8

二、光电技术与光电检测技术的应用 13

第二章 光电检测技术基础 18

第一节 辐射度量与光度量 18

一、光的基本性质 18

二、光辐射度量 19

三、光谱辐射度量（辐射量的光谱密度） 21

四、光度量 22

五、辐射度量与光度量的关系 24

第二节 半导体物理基础 26

一、半导体的特性 26

二、能带理论 27

三、热平衡载流子 30

四、非平衡载流子 32

五、载流子的运动 34

六、半导体对光的吸收 36

七、半导体的PN结及金属与半导体的接触 38

第三节 光电效应 43

一、光电导效应 43

二、光生伏特效应 47

三、光电发射效应 50

第三章 光电检测器件 53

第一节 光电检测器件的基本特性参数 53

一、有关响应方面的特性参数 53

二、有关噪声方面的参数 55

第二节 真空光电探测器件 58

一、光电发射材料 58

二、光电倍增管（PMT） 61

三、微通道板（MCP）光电倍增管 68

第三节 半导体光电导型检测器件 71

一、光敏电阻的结构与工作原理 71

二、光敏电阻的特性参数 73

三、光敏电阻的优缺点及使用要点 75

四、光敏电阻的应用 76

第四节 半导体光伏型检测器件 77

一、光电池 77

二、光敏二极管 82

三、PIN光敏二极管 89

四、雪崩光敏二极管（APD） 91

五、光敏三极管 94

六、光伏器件与光导型器件的区别及使用要点 98

第五节 几种特殊的半导体光电检测器件 99

一、象限检测器件 100

二、楔环检测器件 102

三、光电位置传感器件（PSD） 103

四、色敏检测器件 106

五、光桥与光电位器 109

第六节 各种光电检测器件的性能比较和应用选择 110

一、接收光信号的方式 110

二、各种光电检测器件的性能比较 110

三、光电检测器件的应用选择 111

第四章 热电检测器件 113

第一节 热电检测器件的基本原理 113

一、热电检测器件的共性 113

二、热电检测器件的最小可探测功率 114

第二节 热电偶与热电堆 115

一、热电偶的结构及工作原理 116

二、热电偶的参数 117

三、热电堆 117

四、使用注意事项 120

第三节 热敏电阻 120

一、热敏电阻的结构及原理 120

二、热敏电阻的特性参数 122

三、热敏电阻的特点及参数选择 124

四、超导、碳与锗等测辐射热计 125

第四节 热释电检测器件 126

一、热释电检测器件的发展及优点 126

二、热释电检测器件的工作原理 127

三、热释电检测器件的类型 130

四、热释电器件的特性参数 133

五、典型热释电检测器件及对前置放大器的要求 136

第五章 光电成像检测器件 138

第一节 光电成像检测器件的类型与成像原理 138

一、光电成像检测器件的类型 138

二、电视扫描技术 139

第二节 光电成像原理与电视制式 140

一、光电成像原理 140

二、我国电视制式及其参数 141

第三节 真空摄像管 143

一、氧化铅视像管 143

二、硅靶结构 144

三、摄像管的性能参数 144

第四节 电荷耦合器件CCD 145

一、CCD的基本结构及工作原理 145

二、CCD的输入、输出及外围驱动电路 149

三、CCD的类型 153

四、CCD的特性参数 160

五、CCD摄像机 166

第五节MOS图像传感器SSPA 170

一、SSPA的结构与工作原理 170

二、SSPA类型、信号读出及放大电路 172

三、SSPA的主要特性参数 174

四、SSPA与CCD的性能比较 174

第六节CMOS图像传感器 175

一、CMOS图像传感器的基本结构及工作原理 175

二、CMOS图像传感器的特性参数 179

三、CMOS图像传感器与CCD的比较 184

四、单芯片CMOS-APS摄像机 188

五、CMOS-DPS摄像机 191

第七节 接触式图像传感器CIS 193

一、接触式图像传感器CIS的结构及工作原理 193

二、CIS与CCD的比较 194

三、CIS的应用 195

第八节 新型的LBCAST图像传感器 196

一、LBCAST与CCD、 CMOS读数方式的比较 197

二、LBCAST的功能 198

三、LBCAST的内部结构特点 198

第九节 变像管和像增强管 200

一、典型结构与工作原理 200

二、性能参数 200

三、像增强管的级联 202

第十节 特种成像器件及系统 204

一、红外夜视摄像器件及系统 204

二、热成像器件及系统 205

三、紫外摄像器件及系统 208

四、X光成像器件及系统 210

第六章 发光与耦合器件 213

第一节 光电检测系统中常用的普通光源 213

一、光源的基本参数 213

二、常用的普通光源 215

第二节 发光二极管LED 217

一、发光二极管的结构与工作原理 217

二、LED的特性参数 218

三、发光二极管的分类 220

四、发光二极管的特点及检测 221

五、发光二极管的应用 222

第三节 固体环保照明光源——白光LED 223

一、白光LED的技术原理 224

二、白光LED的特点及与现行照明设备的比较 224

第四节 高效节能的平面分布式固态光源——OLED灯 225

一、OLED灯的结构组成 226

二、OLED的照明原理 226

三、OLED灯的特点及与现有光源的比较 227

第五节 激光器 228

一、激光的概述 228

二、激光的产生 229

三、激光器的类型 231

四、氦氖激光器 231

第六节 半导体激光器 232

一、半导体激光器的特点与分类 232

二、半导体激光器的主要特性 233

三、PN结型二极管注入式激光器 237

四、异质结半导体激光器 240

五、量子阱半导体激光器 241

六、垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL） 243

第七节 光纤激光器 245

一、光纤激光器的结构、原理、特性及类型 245

二、双包层光纤激光器 248

三、连续波光纤光栅激光器 249

四、多波长光纤激光器 250

五、高功率光纤激光器 250

六、超短脉冲光纤激光器 251

第八节 光电耦合器件 254

一、光电耦合器件的含义和特点 254

二、光电耦合器件的特性参数 254

三、光电耦合器件的应用 259

第七章 光电信号检测电路设计 260

第一节 缓变光信号检测电路的设计 260

一、恒流源型光电检测电路的静态计算 260

二、光伏型光电检测电路的静态计算 264

三、可变电阻型光电检测电路的静态计算 267

第二节 交变光信号检测电路的设计 270

一、光电信号输入电路动态工作状态的计算 270

二、光电检测电路带宽的选择 272

三、光电检测电路的频率特性 273

第三节 光电信号检测电路的噪声估算 278

一、光电检测电路的噪声等效处理 278

二、典型光电检测电路的噪声估算 281

第四节光电信号放大电路的设计 283

一、放大器噪声 283

二、低噪声前置放大器的选用 285

三、低噪声前置放大器的设计原则与方法 287

四、光电检测器件和运算放大器的连接方法 297

第八章 光电信号的数据采集与计算机接口 301

第一节 光电信号的二值化处理 301

一、单元光电信号的二值化处理 301

二、视频信号的二值化处理 302

第二节 光电信号的量化处理 304

一、单元光电信号的量化处理 304

二、视频信号的量化处理 309

第三节 单元光电信号的数据采集与计算机接口 312

一、计算机接口 312

二、单元光电信号的A/D数据采集 313

三、光电信号的二值化数据采集与计算机接口 314

第四节 视频信号的数据采集与计算机接口 315

一、线阵成像器件图像数据采集与计算机接口 315

二、图像数据实时采集处理系统 318

三、面阵成像器件图像数据的采集与计算机接口 321

第五节 嵌入式系统视频图像的数据采集 323

一、嵌入式技术产品的特点 324

二、线阵CCD图像数据的采集 324

三、面阵CCD图像数据的采集 325

第九章 光电信号的变换和检测技术 326

第一节 时变光信号的直接检测 326

一、光通量的幅度测量 326

二、光通量的频率测量 330

三、光通量的相位和时间测量 332

第二节 时变光信号的调制检测 334

一、调制的基本原理和类型 334

二、光调制器 338

三、调制信号的解调 347

第三节 简单光学目标的形位检测 351

一、概述 351

二、几何中心检测法 352

三、亮度中心检测法 355

第四节 复杂光学图像的扫描检测 358

一、扫描的基本原理和分类 358

二、图像扫描 361

三、实体扫描 364

第十章 光电信号的变换形式与检测方法 368

第一节 光电变换的基本形式与类型 368

一、光电变换的基本形式 368

二、光电变换的类型 371

第二节 几何变换的光电检测方法 372

一、光电测长技术 372

二、轴向测距 374

第三节 物理变换的光电检测方法 376

一、光电干涉测量技术 376

二、单频光相干的条纹检测 378

三、双频光相干的差频检测 381

第四节 光电编码器与条形码 390

一、最简单的编码器——光电开关 391

二、增量式光电编码器 395

三、绝对式光电编码器 398

四、条形码（bor code）光电编码器 401

第十一章 光电检测技术的典型应用 405

第一节 光电测绘技术 405

一、光电准直 405

二、光电测距 409

三、光电测角 414

第二节 微弱光信号检测技术 419

一、锁相放大器 419

二、取样积分器 422

三、光子计数系统 425

第三节 光学传递函数检测技术 428

一、OTF的基本概念 428

二、测定OTF的系统组成及方法 430

三、光电傅里叶分析OTF测试仪 432

第四节 视频图像检测技术 433

一、视频图像检测系统的分类及组成 434

二、视频图像检测的基本方法 435

三、物体基本参数的视频图像检测 440

四、典型的视频图像检测系统 451

第五节 光纤检测技术 455

一、光纤的结构、连接耦合与检测原理 455

二、光纤位移检测技术 463

三、光纤温度检测技术 468

四、光纤压力检测技术 470

五、表面粗糙度光纤检测技术 471

参考文献 474