光电检测技术(第3版)(高等学校电子信息类系列教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张志伟，曾光宇，张存林 著

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出版社： 北京交通大学出版社

ISBN：9787512119598

商品编码：29793942573

包装：平装

出版时间：2014-07-01

基本信息

书名：光电检测技术(第3版)(高等学校电子信息类系列教材)

定价：38.00元

作者：张志伟,曾光宇,张存林

出版社：北京交通大学出版社

出版日期：2014-07-01

ISBN：9787512119598

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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由张志伟、曾光宇、张存林主编的这本《光电检测技术(第3版)》介绍了光电检测系统的构成和应用基础知识。重点叙述了光电检测过程中常用的光源、各种性能的探测器和光外差检测技术，并对目前光电子学的前沿内容THz技术作了简单介绍。
　　本书内容全面，叙述简明扼要，既重视理论性，也讲究实用性。可供信息工程类等相关专业的理工科本科生、研究生作教材选用，也可作为相关科技工作者的参考用书。

目录

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章　光电检测应用中的基础知识
　1.1　辐射度学和光度学基本概念
　　1.1.1　辐射度学基本物理量
　　1.1.2　光度学基本物理量
　　1.1.3　其他基本概念
　1.2　半导体基础知识
　　1.2.1　固体的能带结构
　　1.2.2　热平衡下的载流子浓度
　　1.2.3　半导体中的非平衡载流子
　　1.2.4　载流子的扩散与漂移
　1.3　基本定律
　　1.3.1　黑体辐射定律
　　1.3.2　光电效应
　1.4　光电探测器的噪声和特性参数
　　1.4.1　光电探测器中的噪声
　　1.4.2　光电探测器的特性参数
　　1.4.3　光电探测器的合理选择
　练习题
第2章　光电检测中的常用光源
　2.1　光源的特性参数
　　2.1.1　辐射效率和发光效率
　　2.1.2　光谱功率分布
　　2.1.3　空间光强分布
　　2.1.4　光源的颜色
　　2.1.5　光源的色温
　2.2　热辐射源
　　2.2.1　太阳
　　2.2.2　黑体模拟器
　　2.2.3　白炽灯
　2.3　气体放电光源
　　2.3.1　脉冲灯
　　2.3.2　原子光谱灯
　　2.3.3　汞灯
　2.4　固体发光光源
　　2.4.1　场致发光光源
　　2.4.2　其他平板显示器件
　　2.4.3　结型发光光源——发光二极管和激光二极管
　2.5　激光器
　　2.5.1　激光原理
　　2.5.2　激光器的结构和工作过程
　　2.5.3　激光器的类型
　　2.5.4　激光的特性
　练习题
第3章　结型光电器件
　3.1　结型光电器件工作原理
　　3.1.1　热平衡状态下的PN结
　　3.1.2　光照下的PN结
　3.2　硅光电池
　　3.2.1　硅光电池的基本结构和工作原理
　　3.2.2　硅光电池的特性参数
　3.3　硅光电二极管和硅光电三极管
　　3.3.1　硅光电二极管
　　3.3.2　硅光电三极管
　　3.3.3　硅光电三极管与硅光电二极管特性比较
　3.4　结型光电器件的放大电路
　　3.4.1　结型光电器件与放大三极管的连接
　　3.4.2　光电器件与集成运算放大器的连接
　3.5　特殊结型光电二极管
　　3.5.1　象限探测器
　　3.5.2　PIN型光电二极管
　　3.5.3　雪崩光电二极管
　　3.5.4　紫外光电二极管
　　3.5.5　卜导体色敏器件
　3.6　结型光电器件的应用实例——光电耦合器件
　　3.6.1　光电耦合器件的分类、结构和用途
　　3.6.2　光电耦合器件的基本电路
　练习题
　……
第4章　光电导器件
第5章　真空光电器件
第6章　真空成像器件
第7章　固体成像器件
第8章　红外辐射与红外探测器
第9章　光导纤维与光纤传感器
0章　太赫兹波的产生与检测
1章　光外差检测技术
2章　光电探测器实验
附录A　实验1装置中器件说明
附录B　CS-1022型示波器测量上升响应时间的方法介绍
附录C　彩色线阵CCD图像传感器TCD 2252D简介
部分习题参考答案
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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光电探测器的原理、器件与应用 第一章 光电探测器的基本原理 光电探测器是将光信号转化为电信号的核心器件，其工作原理基于光与物质的相互作用。本章将深入探讨光电探测器的基本物理机制，包括光电效应（光子吸收）、载流子产生与传输、以及信号的收集与放大。 光电效应： 重点介绍光电效应的两大类：内光电效应和外光电效应。内光电效应主要发生在半导体材料中，当光子能量大于材料的禁带宽度时，会在价带激发出自由电子，并在价带留下空穴，形成光生载流子。外光电效应则是在金属表面，当光子能量足够大时，可以使电子脱离金属表面成为自由电子。 载流子产生与传输： 详细阐述光生载流子的产生过程，包括光子吸收截面、吸收系数以及载流子寿命等关键参数。随后，介绍载流子在电场作用下的漂移和在浓度梯度作用下的扩散，这是信号电荷形成电流的基础。 信号的收集与放大： 阐述如何通过电极收集光生载流子，形成光电流。在此基础上，介绍信号的放大，包括跨阻放大器、跨导放大器等常用电路，以及噪声的来源和抑制方法，如散粒噪声、热噪声等，这些都直接影响探测器的信噪比。 基本性能参数： 定义并讲解光电探测器的一系列关键性能参数，例如： 量子效率 ($eta$)： 指入射光子产生并被收集的电子-空穴对的比例，是衡量探测器光电转换效率的重要指标。 响应度 ($R$)： 指单位光功率产生的响应电流，单位为 A/W。 暗电流 ($I_d$)： 在无光照时，探测器自身产生的电流，是衡量探测器性能的另一关键指标，越小越好。 噪声等效功率 (NEP)： 指在单位带宽下，产生与探测器噪声信号相等的光功率，是衡量探测器灵敏度的重要指标。 探测度 ($D^$)： NEP 的归一化指标，与探测器面积和带宽无关，是比较不同尺寸探测器的常用指标。 响应时间： 指探测器响应光信号变化的速度，通常用上升时间、下降时间和脉冲响应时间来表征。 第二章 常见光电探测器器件 本章将介绍几种最常用和最重要的光电探测器类型，重点分析它们的结构、工作原理、优缺点以及典型应用。 光电二极管 (Photodiode)： PN结光电二极管： 详细介绍其基本结构，包括P型半导体、N型半导体和PN结。阐述在零偏压、反向偏压和正向偏压下的工作模式。特别强调反向偏压下的光电探测工作模式，此时PN结的耗尽区宽度增加，光生载流子在该区域产生时更容易被电场分离，从而产生较大的光电流。 PIN光电二极管： 介绍其结构中加入本征(Intrinsic)层，增强了反向击穿电压，增大了耗尽区宽度，从而提高了响应速度和量子效率。 雪崩光电二极管 (APD)： 重点解析其内部的倍增机制。当光生载流子在强电场下获得足够能量时，会引发碰撞电离，产生更多的载流子，从而实现内部增益。详细讨论倍增系数（M）、载流子分离比（k）等参数对APD性能的影响。 光电二极管阵列 (PDA)： 介绍其将多个光电二极管集成在同一衬底上，用于二维成像或并行检测。 光电导体 (Photoconductor)： 工作原理： 阐述光电导效应，即当光照落在材料上时，会产生光生载流子，增加材料的电导率。 材料选择： 介绍常用的光电导材料，如硫化镉 (CdS)、硒化镉 (CdSe)、硫化铅 (PbS) 等，以及它们的 spectral response。 优缺点： 分析光电导器的灵敏度高、成本低等优点，以及响应速度慢、容易受温度影响等缺点。 光电倍增管 (PMT)： 结构与原理： 详细介绍其真空管结构，包括光电阴极、倍增电极（Dynodes）和阳极。阐述光电阴极如何将光子转化为电子，以及电子在倍增电极之间逐级碰撞放大，产生极高的增益。 性能特点： 强调PMT极高的灵敏度、宽广的动态范围和快速的响应速度，但其体积大、易受磁场影响、需要高电压等缺点也需注意。 CMOS/CCD成像器件： CCD (Charge-Coupled Device)： 介绍其电荷耦合原理，通过电势阱的移动将电荷包从像元传输到输出节点进行放大和读取。 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)： 介绍其每个像元都集成有放大器，可以直接在像元处进行信号读取和处理。 成像原理： 结合光电探测器的原理，解释CMOS和CCD如何将二维光照转化为数字图像信号。 第三章 光电探测器的选择与设计 选择合适的光电探测器对于一个光学系统的性能至关重要。本章将指导读者如何根据应用需求进行探测器的选择和系统设计。 应用需求分析： 工作波长范围： 根据光源的发射光谱，选择具有相应光谱响应范围的光电探测器。 光功率等级： 根据需要检测的光功率大小，选择具有适当灵敏度或增益的光电探测器。 响应速度要求： 根据信号变化的快慢，选择具有足够快响应时间的光电探测器。 环境条件： 考虑工作温度、湿度、磁场等环境因素对探测器性能的影响。 成本预算： 不同类型的光电探测器成本差异较大，需根据预算进行权衡。 探测器选型指南： 低光照、高灵敏度应用： 推荐使用PMT或低噪声APD。 中等光照、快速响应应用： 推荐使用PIN光电二极管或CMOS/CCD。 大面积、低成本应用： 考虑使用光电导体。 成像应用： 优先选择CCD或CMOS图像传感器。 光学系统设计考虑： 滤光片的选择： 根据需要，选择合适的滤光片来滤除不需要的光波长，提高信噪比。 透镜和光路设计： 合理设计透镜组和光路，将光信号有效地聚焦到探测器表面，并避免杂散光干扰。 信号处理电路设计： 根据探测器的输出特性，设计合适的放大、滤波和模数转换电路，以获得高质量的电信号。 电源和偏置电路： 为光电探测器提供稳定可靠的电源和偏置电压，是保证其正常工作的关键。 第四章 光电探测器的应用领域 光电探测器是现代科技中不可或缺的关键组件，其应用领域极其广泛。本章将列举一些典型的应用案例，展示光电探测器的价值。 通信领域： 光纤通信： 在光接收端，高速光电二极管（如PIN、APD）是实现光信号到电信号转换的核心器件。 自由空间光通信： 用于接收激光信号。 工业测量与控制： 距离测量： 激光测距仪、激光雷达 (LiDAR) 利用光电探测器测量反射光的时间或相位差来确定距离。 位移测量： 光学尺、编码器利用光电探测器检测物体的位置变化。 液位检测： 利用光在液体表面的反射或透射特性进行液位测量。 条形码扫描： 商店中的条形码扫描仪使用光电探测器读取条形码信息。 气体检测： 光谱吸收法等气休检测技术，通过测量特定波长光的吸收情况来判断气体成分。 医疗诊断与成像： 内窥镜： 光电探测器将内窥镜捕捉的图像转化为电信号，用于显示和记录。 X射线成像： 数字X射线探测器（如CMOS/CCD）用于将X射线转化为可见光，再由光电探测器转换为电信号。 光谱分析： 用于分析生物样品的光谱特性。 环境监测： 大气监测： 利用光谱分析技术监测空气污染物。 水质监测： 光度法用于检测水中悬浮物、溶解氧等。 科学研究： 天文学： 望远镜中使用的光电探测器用于接收和分析来自宇宙的光线。 粒子物理： 闪烁探测器中的光电倍增管用于探测高能粒子。 光谱学： 各种光谱仪（如紫外-可见分光光度计、红外光谱仪）都离不开光电探测器。 安防监控： 夜视设备： 利用低照度CMOS/CCD或近红外光电探测器实现夜间成像。 火焰探测器： 利用对特定波长火焰辐射的敏感性来识别火情。 第五章 新型光电探测技术与发展趋势 光电探测技术一直在不断发展，以满足日益增长的应用需求。本章将探讨一些新兴的光电探测技术及其未来的发展方向。 量子点光电探测器： 介绍量子点材料的光学特性，以及其在宽带响应、可调谐波长和高灵敏度方面的潜力。 有机光电探测器： 阐述有机半导体材料的优点，如柔性、低成本和易于加工，以及其在柔性显示、可穿戴设备等领域的应用前景。 单光子探测器： 介绍其在量子通信、高精度测量等领域的应用，以及其极高的灵敏度。 太赫兹光电探测器： 探讨太赫兹波段的探测技术，及其在无损检测、安检、医学成像等方面的应用。 人工智能与光电探测的结合： 讨论如何利用机器学习和深度学习算法来提高光电探测器的性能，例如智能化的噪声抑制、图像增强和特征提取。 通过对光电探测器基本原理、器件类型、选型设计、广泛应用以及未来发展趋势的深入分析，本书旨在为读者提供一个全面、系统且深入的理解，助力读者在相关领域的研究与实践。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常平实、接地气，完全没有传统理工科教材那种拒人于千里之外的刻板感。作者在阐述复杂的物理过程时，往往会采用类比或者生活中的例子来辅助说明，这极大地降低了理解难度。例如，在讲解光电倍增管的工作原理时，书中没有简单地罗列参数，而是详细描绘了电子在腔体中被逐级加速并雪崩式放大的过程，读起来仿佛能“看到”光子转化为电信号的全过程。这种叙事性的讲解方式，让人在学习知识的同时，也能享受到阅读的乐趣。它成功的秘诀在于，作者把自己放在了一个资深工程师或优秀教师的位置上，耐心且细致地引导我们进入这个专业领域的大门，而不是居高临下地灌输知识。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书后，立刻翻阅了目录和部分章节的示例。让我感到惊喜的是，它对前沿技术的覆盖度相当高。在如今光电技术日新月异的背景下，一本“第3版”的教材如果还停留在十几年前的水平，那就失去了指导意义。然而，这本书似乎紧跟时代步伐，涉及了许多我在其他资料中才偶尔能看到的最新研究热点，比如新型传感器材料的应用，以及与人工智能、物联网结合的检测方案。这不仅仅是一本教科书，更像是一份精炼的行业发展白皮书。对于我们这些渴望走在技术前沿的学子来说，拥有这样一本与时俱进的教材，无疑是巨大的优势。它让我有信心，通过这本书打下的基础，未来在面对更复杂的实际工程问题时，也能迅速找到理论支撑和解决方案的切入点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版简直是一场视觉上的享受，每一页的留白都恰到好处，字体选择也极为考究，长时间阅读下来眼睛不容易疲劳。我特别欣赏它在章节结构上的精心布局，知识点层层递进，从宏观的概念引入，到微观的器件分析，再到系统的集成应用，整个知识体系构建得如同精密的仪器一般，严丝合缝。这对于我们理解光电检测这个交叉学科领域至关重要，因为光电涉及光学、电子学、材料学等多个学科的知识，如果结构混乱，很容易让人迷失方向。我感觉作者团队在教材的组织上下足了功夫，他们仿佛深谙读者的学习曲线，知道在哪里需要放慢脚步详加解释，又在哪里可以进行知识的快速拓展。这种教学设计上的匠心，远比仅仅堆砌公式要来得更有价值。这本书的质感也很好，纸张的触感和装订的牢固度都体现了出版社对学术著作的尊重，这是长期学习的保障。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得很有现代感，配色沉稳又不失活力，让人对里面的内容充满了期待。尤其是“第3版”的字样，表明了这本书在内容更新和体系完善上做出了大量的努力，这对于一个正在学习电子信息类专业知识的学生来说至关重要。我记得当初选教材时，光电技术是一个非常热门且关键的方向，涉及到从基础的光学原理到复杂的信号处理，内容跨度很大。一本好的教材不仅要讲解理论，更要能将理论与实际应用紧密结合起来，所以我非常关注书中是否包含了足够多的工程案例和最新的技术进展。希望它能像一本老朋友一样，在我遇到难题时提供清晰的指引，而不是一堆晦涩难懂的公式堆砌。特别是对于初学者，清晰的逻辑梳理和图示讲解是王道，如果能把复杂的光学现象用直观的方式呈现出来，那就太棒了。总而言之，我对这本书的初步印象是专业、严谨且具有前瞻性，希望能从中汲取到扎实的知识养分。

评分☆☆☆☆☆

我个人对教材中的习题和配套资源非常看重，因为理论知识只有通过实践才能真正内化。这本书在这方面做得相当到位。每章末尾的习题设计得层次分明，从基础概念的巩固，到中等难度的计算分析，再到启发性的开放性设计题，覆盖面很广。更重要的是，这些习题不仅仅是重复课本内容的机械练习，很多题目都巧妙地融入了实际应用场景，迫使读者去思考知识点的实际价值和局限性。如果能配套有详细的解题思路或实验指导手册，那这本书的价值将再上一个台阶。一本优秀的教材，应该是一张通往实践的蓝图，而这本教材给我的感觉，就是这样一张详尽而可靠的导航图，指引我高效地掌握光电检测这一核心技术。