光電技術（第3版）

楊應平：武漢理工大學二級教授、博士研究生導師。先後於北京師範大學物理學系獲學士學位，華中科技大學物理系獲博士學位。擔任“光電技術”國家級線上一流本科課程、國家級線上線下混合式一流本科課程和湖北省精品課程負責人，“光電信息科學與工程”國家級一流本科專業建設點負責人。兼任第四屆、第五屆全國教學儀器標準化技術委員會委員，中國光學學會光學教育專業委員會常務委員。長期深耕於光電材料、器件物理、光電檢測等領域的教學與科研工作。主講“光電信息科學與工程專業導論”“光電技術”“光電信息技術實驗”等專業課程20余年。主編《光電技術》《光電技術實驗》《光電信息技術實踐教程》等多部教材，其中，《光電技術》入選“十四五”高等教育本科國家級規劃教材。主持省部級教學研究項目4項，榮獲國家級教學成果獎二等獎1項、湖北省教學成果獎2項，並指導本科生獲得省部級及以上學科競賽獎38項。先後在國內外核心學術期刊發表學術論文110余篇，其中SCI收錄80余篇。

目錄

第一篇光電探測器理論基礎

第0章緒論

微課視頻45分鐘

0.1光電技術及其研究內容

0.2光電信息系統與智能光電信息系統

0.3光電技術的應用及發展趨勢

思考題與習題

第1章輻射度學與光度學基礎

微課視頻139分鐘

1.1電磁輻射

1.2輻射度學的基本物理量

1.3光度學基礎

1.3.1光度學的基本物理量

1.3.2光譜光視效率

1.4輻射度學與光度學中的幾個基本定律

1.4.1朗伯余弦定律

1.4.2距離平方反比定律

1.4.3亮度守恒定律

1.5常用光輻射源

1.5.1光源的基本特性參數

1.5.2熱輻射光源

1.5.3氣體放電光源

1.5.4激光器

思考題與習題

第2章光電探測器的理論基礎

微課視頻200分鐘

2.1半導體物理基礎

2.1.1晶體的能帶

2.1.2熱平衡下載流子的濃度

2.1.3半導體材料的光吸收效應

2.1.4半導體中的非平衡載流子

2.1.5半導體中載流子的擴散與漂移

2.2光電效應

2.2.1光電導效應

2.2.2光伏效應

2.2.3光電子發射效應

2.3光電探測器的噪聲

2.4光電探測器的特性參數

思考題與習題

第二篇光電探測器

第3章光電導探測器

微課視頻62分鐘

3.1光敏電阻的原理與結構

3.2光敏電阻的基本特性參數

3.3典型光敏電阻

3.4光敏電阻的偏置電路

3.4.1光敏電阻的微變等效電路

3.4.2基本偏置電路

3.4.3恒流偏置電路

3.4.4恒壓偏置電路

3.4.5恒功率偏置電路

3.5光敏電阻的應用

3.5.1聲光自動控制電路

3.5.2照明燈自動控制電路

3.5.3火焰報警電路

3.5.4照相機自動曝光控制電路

思考題與習題

第4章光伏探測器

微課視頻240分鐘

4.1光電池

4.1.1矽光電池的工作原理與基本結構

4.1.2矽光電池的基本特性參數

4.1.3幾種常用的光電池

4.1.4光電池的偏置電路

4.1.5光電池的應用

4.2光敏二極管

4.2.1矽光敏二極管的工作原理與基本結構

4.2.2矽光敏二極管的基本特性參數

4.2.3常用光敏二極管

4.2.4光敏二極管的偏置電路

4.2.5光敏二極管的應用

4.3光敏晶體管

4.3.1矽光敏晶體管的工作原理與基本結構

4.3.2矽光敏晶體管的基本特性參數

4.3.3常用光敏晶體管

4.3.4光敏晶體管的應用

4.4PIN光敏二極管

4.4.1PIN光敏二極管的結構與工作原理

4.4.2PIN光敏二極管的主要特性參數

4.4.3典型的PIN光敏二極管及其應用

4.5雪崩光敏二極管

4.5.1雪崩光敏二極管的原理

4.5.2雪崩光敏二極管的主要特性參數

4.5.3典型的雪崩光敏二極管及其應用

4.6色敏探測器

4.6.1色敏探測器的結構與工作原理

4.6.2色敏探測器的檢測電路

4.6.3兩種色敏探測器

4.6.4色敏探測器的應用

4.7位置敏感探測器

4.7.1位置敏感探測器的工作原理

4.7.2位置敏感探測器的檢測電路

4.7.3位置敏感探測器的主要特性參數

4.7.4幾種常用位置敏感探測器

4.7.5位置敏感探測器的應用

4.8象限探測器

4.8.1象限探測器的原理

4.8.2四象限探測器的空間分辨率

4.8.3四象限探測器信號處理電路

4.8.4四象限探測器的特性參數

4.8.5四象限探測器的應用

4.9發光二極管與光電耦合器件

4.9.1發光二極管

4.9.2光電耦合器件

思考題與習題

第5章光電子發射探測器

微課視頻70分鐘

5.1光電陰極

5.2光電倍增管的工作原理與結構

5.3光電倍增管的主要特性參數

5.4光電倍增管的工作電路

5.4.1高壓供電電路

5.4.2信號輸出電路

5.5光電倍增管的應用

5.5.1分光光度計

5.5.2醫療器械

5.5.3生物技術

5.5.4環境測量

5.5.5固體表面分析

思考題與習題

第6章熱探測器

微課視頻61分鐘

6.1熱探測器的基本原理

6.1.1溫度變化方程

6.1.2熱探測器件的最小可探測功率

6.2熱電偶與熱電堆探測器

6.2.1熱電偶的工作原理

6.2.2熱電偶的主要特性參數

6.2.3熱電堆的結構、工作原理與特性參數

6.2.4熱電偶與熱電堆的應用

6.3熱敏電阻探測器

6.3.1熱敏電阻探測器的基本原理與結構

6.3.2熱敏電阻探測器的主要特性參數

6.3.3熱敏電阻的應用

6.4熱釋電探測器

6.4.1熱釋電探測器的基本原理

6.4.2熱釋電探測器的主要特性參數

6.4.3常用的熱釋電探測器材料

6.4.4熱釋電探測器的應用

思考題與習題

第7章光電圖像探測器

微課視頻251分鐘

7.1像管

7.1.1像管的基本原理與結構

7.1.2像管的主要特性參數

7.1.3紅外變像管

7.1.4像增強管

7.1.5像管的應用

7.2真空攝像管

7.2.1光電導式攝像管

7.2.2光電發射式攝像管

7.3電荷耦合器件

7.3.1電荷耦合器件的工作原理

7.3.2電荷耦合器件的主要特性參數

7.3.3電荷耦合成像器件

7.3.4電荷耦合成像器件的驅動方法

7.3.5電荷耦合成像器件的應用

7.4CMOS圖像傳感器

7.4.1CMOS圖像傳感器像敏單元的結構與工作原理

7.4.2CMOS成像器件的組成架構

7.4.3CMOS圖像傳感器的應用

7.5紅外焦平面陣列探測器

7.5.1紅外焦平面的結構和工作原理

7.5.2紅外成像與紅外熱像儀

7.5.3典型的紅外焦平面陣列探測器

7.5.4紅外成像技術的應用

思考題與習題

第三篇光電探測技術

第8章光電信號變換的探測技術

微課視頻71分鐘

8.1非相幹光直接探測方法的基本原理與性能參數

8.1.1非相幹光直接探測方法的基本原理

8.1.2非相幹光直接探測方法的性能參數

8.2非相幹光直接探測方法

8.2.1非相幹光光強直接探測法

8.2.2光強的波數和頻率測量方法

8.2.3光強的相位和時間測量

8.3非相幹光直接探測方法的應用實例

8.3.1莫爾條紋測長

8.3.2激光掃描測量

8.3.3激光三角法測量

8.3.4光刻機掃描定位對準探測

8.4相幹光外差探測方法的原理與特性

8.4.1相幹光外差探測的基本原理

8.4.2相幹光外差探測的特性

8.4.3實現相幹光外差探測的匹配條件

8.5相幹光外差探測方法的應用實例

8.5.1相幹光探測

8.5.2單波長相幹光條紋探測

8.5.3雙波長相幹光外差探測

8.5.4衍射圖樣的相幹光外差探測

8.6光信號的調制

8.6.1光信號調制與解調

8.6.2光調制的方法

思考題與習題

第9章微弱光電信號的處理

微課視頻250分鐘

9.1微弱光電信號前置放大器的設計

9.1.1放大器的噪聲模型與等效輸入噪聲

9.1.2噪聲系數與最佳源電阻

9.1.3光電探測器與前置放大器耦合網絡的設計原則

9.1.4低噪聲前置運放的選用

9.1.5低噪聲放大器設計原則與方法

9.2微弱光電信號的探測與處理

9.2.1微弱光電信號的探測

9.2.2窄帶濾波法

9.2.3相關檢測法

9.2.4鎖定放大器

9.2.5取樣積分法

9.2.6光子計數器

思考題與習題

第四篇光電探測系統應用

第10章光電探測系統應用實例

微課視頻57分鐘

10.1基於拉曼散射效應的分布式智能光纖測溫系統

10.2基於紅外傳感器的一氧化碳氣體濃度檢測系統

10.3基於脈沖激光雷達的汽車自動駕駛系統

10.4智能三維人臉重建與識別光電系統

10.5智能光電火控系統

10.6周掃式智能光電預警系統

思考題與習題

參考文獻