光電檢測技術(第3版)(高等學校電子信息類係列教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張誌偉，曾光宇，張存林 著

圖書標籤:

• 光電檢測
• 傳感器
• 光電器件
• 檢測技術
• 電子信息
• 高等學校教材
• 第三版
• 儀器儀錶
• 物理學
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齣版社： 北京交通大學齣版社

ISBN：9787512119598

商品編碼：29793942573

包裝：平裝

齣版時間：2014-07-01

基本信息

書名：光電檢測技術(第3版)(高等學校電子信息類係列教材)

定價：38.00元

作者：張誌偉,曾光宇,張存林

齣版社：北京交通大學齣版社

齣版日期：2014-07-01

ISBN：9787512119598

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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由張誌偉、曾光宇、張存林主編的這本《光電檢測技術(第3版)》介紹瞭光電檢測係統的構成和應用基礎知識。重點敘述瞭光電檢測過程中常用的光源、各種性能的探測器和光外差檢測技術，並對目前光電子學的前沿內容THz技術作瞭簡單介紹。
　　本書內容全麵，敘述簡明扼要，既重視理論性，也講究實用性。可供信息工程類等相關專業的理工科本科生、研究生作教材選用，也可作為相關科技工作者的參考用書。

目錄

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章　光電檢測應用中的基礎知識
　1.1　輻射度學和光度學基本概念
　　1.1.1　輻射度學基本物理量
　　1.1.2　光度學基本物理量
　　1.1.3　其他基本概念
　1.2　半導體基礎知識
　　1.2.1　固體的能帶結構
　　1.2.2　熱平衡下的載流子濃度
　　1.2.3　半導體中的非平衡載流子
　　1.2.4　載流子的擴散與漂移
　1.3　基本定律
　　1.3.1　黑體輻射定律
　　1.3.2　光電效應
　1.4　光電探測器的噪聲和特性參數
　　1.4.1　光電探測器中的噪聲
　　1.4.2　光電探測器的特性參數
　　1.4.3　光電探測器的閤理選擇
　練習題
第2章　光電檢測中的常用光源
　2.1　光源的特性參數
　　2.1.1　輻射效率和發光效率
　　2.1.2　光譜功率分布
　　2.1.3　空間光強分布
　　2.1.4　光源的顔色
　　2.1.5　光源的色溫
　2.2　熱輻射源
　　2.2.1　太陽
　　2.2.2　黑體模擬器
　　2.2.3　白熾燈
　2.3　氣體放電光源
　　2.3.1　脈衝燈
　　2.3.2　原子光譜燈
　　2.3.3　汞燈
　2.4　固體發光光源
　　2.4.1　場緻發光光源
　　2.4.2　其他平闆顯示器件
　　2.4.3　結型發光光源——發光二極管和激光二極管
　2.5　激光器
　　2.5.1　激光原理
　　2.5.2　激光器的結構和工作過程
　　2.5.3　激光器的類型
　　2.5.4　激光的特性
　練習題
第3章　結型光電器件
　3.1　結型光電器件工作原理
　　3.1.1　熱平衡狀態下的PN結
　　3.1.2　光照下的PN結
　3.2　矽光電池
　　3.2.1　矽光電池的基本結構和工作原理
　　3.2.2　矽光電池的特性參數
　3.3　矽光電二極管和矽光電三極管
　　3.3.1　矽光電二極管
　　3.3.2　矽光電三極管
　　3.3.3　矽光電三極管與矽光電二極管特性比較
　3.4　結型光電器件的放大電路
　　3.4.1　結型光電器件與放大三極管的連接
　　3.4.2　光電器件與集成運算放大器的連接
　3.5　特殊結型光電二極管
　　3.5.1　象限探測器
　　3.5.2　PIN型光電二極管
　　3.5.3　雪崩光電二極管
　　3.5.4　紫外光電二極管
　　3.5.5　蔔導體色敏器件
　3.6　結型光電器件的應用實例——光電耦閤器件
　　3.6.1　光電耦閤器件的分類、結構和用途
　　3.6.2　光電耦閤器件的基本電路
　練習題
　……
第4章　光電導器件
第5章　真空光電器件
第6章　真空成像器件
第7章　固體成像器件
第8章　紅外輻射與紅外探測器
第9章　光導縴維與光縴傳感器
0章　太赫茲波的産生與檢測
1章　光外差檢測技術
2章　光電探測器實驗
附錄A　實驗1裝置中器件說明
附錄B　CS-1022型示波器測量上升響應時間的方法介紹
附錄C　彩色綫陣CCD圖像傳感器TCD 2252D簡介
部分習題參考答案
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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光電探測器的原理、器件與應用 第一章 光電探測器的基本原理 光電探測器是將光信號轉化為電信號的核心器件，其工作原理基於光與物質的相互作用。本章將深入探討光電探測器的基本物理機製，包括光電效應（光子吸收）、載流子産生與傳輸、以及信號的收集與放大。 光電效應： 重點介紹光電效應的兩大類：內光電效應和外光電效應。內光電效應主要發生在半導體材料中，當光子能量大於材料的禁帶寬度時，會在價帶激發齣自由電子，並在價帶留下空穴，形成光生載流子。外光電效應則是在金屬錶麵，當光子能量足夠大時，可以使電子脫離金屬錶麵成為自由電子。 載流子産生與傳輸： 詳細闡述光生載流子的産生過程，包括光子吸收截麵、吸收係數以及載流子壽命等關鍵參數。隨後，介紹載流子在電場作用下的漂移和在濃度梯度作用下的擴散，這是信號電荷形成電流的基礎。 信號的收集與放大： 闡述如何通過電極收集光生載流子，形成光電流。在此基礎上，介紹信號的放大，包括跨阻放大器、跨導放大器等常用電路，以及噪聲的來源和抑製方法，如散粒噪聲、熱噪聲等，這些都直接影響探測器的信噪比。 基本性能參數： 定義並講解光電探測器的一係列關鍵性能參數，例如： 量子效率 ($eta$)： 指入射光子産生並被收集的電子-空穴對的比例，是衡量探測器光電轉換效率的重要指標。 響應度 ($R$)： 指單位光功率産生的響應電流，單位為 A/W。 暗電流 ($I_d$)： 在無光照時，探測器自身産生的電流，是衡量探測器性能的另一關鍵指標，越小越好。 噪聲等效功率 (NEP)： 指在單位帶寬下，産生與探測器噪聲信號相等的光功率，是衡量探測器靈敏度的重要指標。 探測度 ($D^$)： NEP 的歸一化指標，與探測器麵積和帶寬無關，是比較不同尺寸探測器的常用指標。 響應時間： 指探測器響應光信號變化的速度，通常用上升時間、下降時間和脈衝響應時間來錶徵。 第二章 常見光電探測器器件 本章將介紹幾種最常用和最重要的光電探測器類型，重點分析它們的結構、工作原理、優缺點以及典型應用。 光電二極管 (Photodiode)： PN結光電二極管： 詳細介紹其基本結構，包括P型半導體、N型半導體和PN結。闡述在零偏壓、反嚮偏壓和正嚮偏壓下的工作模式。特彆強調反嚮偏壓下的光電探測工作模式，此時PN結的耗盡區寬度增加，光生載流子在該區域産生時更容易被電場分離，從而産生較大的光電流。 PIN光電二極管： 介紹其結構中加入本徵(Intrinsic)層，增強瞭反嚮擊穿電壓，增大瞭耗盡區寬度，從而提高瞭響應速度和量子效率。 雪崩光電二極管 (APD)： 重點解析其內部的倍增機製。當光生載流子在強電場下獲得足夠能量時，會引發碰撞電離，産生更多的載流子，從而實現內部增益。詳細討論倍增係數（M）、載流子分離比（k）等參數對APD性能的影響。 光電二極管陣列 (PDA)： 介紹其將多個光電二極管集成在同一襯底上，用於二維成像或並行檢測。 光電導體 (Photoconductor)： 工作原理： 闡述光電導效應，即當光照落在材料上時，會産生光生載流子，增加材料的電導率。 材料選擇： 介紹常用的光電導材料，如硫化鎘 (CdS)、硒化鎘 (CdSe)、硫化鉛 (PbS) 等，以及它們的 spectral response。 優缺點： 分析光電導器的靈敏度高、成本低等優點，以及響應速度慢、容易受溫度影響等缺點。 光電倍增管 (PMT)： 結構與原理： 詳細介紹其真空管結構，包括光電陰極、倍增電極（Dynodes）和陽極。闡述光電陰極如何將光子轉化為電子，以及電子在倍增電極之間逐級碰撞放大，産生極高的增益。 性能特點： 強調PMT極高的靈敏度、寬廣的動態範圍和快速的響應速度，但其體積大、易受磁場影響、需要高電壓等缺點也需注意。 CMOS/CCD成像器件： CCD (Charge-Coupled Device)： 介紹其電荷耦閤原理，通過電勢阱的移動將電荷包從像元傳輸到輸齣節點進行放大和讀取。 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)： 介紹其每個像元都集成有放大器，可以直接在像元處進行信號讀取和處理。 成像原理： 結閤光電探測器的原理，解釋CMOS和CCD如何將二維光照轉化為數字圖像信號。 第三章 光電探測器的選擇與設計 選擇閤適的光電探測器對於一個光學係統的性能至關重要。本章將指導讀者如何根據應用需求進行探測器的選擇和係統設計。 應用需求分析： 工作波長範圍： 根據光源的發射光譜，選擇具有相應光譜響應範圍的光電探測器。 光功率等級： 根據需要檢測的光功率大小，選擇具有適當靈敏度或增益的光電探測器。 響應速度要求： 根據信號變化的快慢，選擇具有足夠快響應時間的光電探測器。 環境條件： 考慮工作溫度、濕度、磁場等環境因素對探測器性能的影響。 成本預算： 不同類型的光電探測器成本差異較大，需根據預算進行權衡。 探測器選型指南： 低光照、高靈敏度應用： 推薦使用PMT或低噪聲APD。 中等光照、快速響應應用： 推薦使用PIN光電二極管或CMOS/CCD。 大麵積、低成本應用： 考慮使用光電導體。 成像應用： 優先選擇CCD或CMOS圖像傳感器。 光學係統設計考慮： 濾光片的選擇： 根據需要，選擇閤適的濾光片來濾除不需要的光波長，提高信噪比。 透鏡和光路設計： 閤理設計透鏡組和光路，將光信號有效地聚焦到探測器錶麵，並避免雜散光乾擾。 信號處理電路設計： 根據探測器的輸齣特性，設計閤適的放大、濾波和模數轉換電路，以獲得高質量的電信號。 電源和偏置電路： 為光電探測器提供穩定可靠的電源和偏置電壓，是保證其正常工作的關鍵。 第四章 光電探測器的應用領域 光電探測器是現代科技中不可或缺的關鍵組件，其應用領域極其廣泛。本章將列舉一些典型的應用案例，展示光電探測器的價值。 通信領域： 光縴通信： 在光接收端，高速光電二極管（如PIN、APD）是實現光信號到電信號轉換的核心器件。 自由空間光通信： 用於接收激光信號。 工業測量與控製： 距離測量： 激光測距儀、激光雷達 (LiDAR) 利用光電探測器測量反射光的時間或相位差來確定距離。 位移測量： 光學尺、編碼器利用光電探測器檢測物體的位置變化。 液位檢測： 利用光在液體錶麵的反射或透射特性進行液位測量。 條形碼掃描： 商店中的條形碼掃描儀使用光電探測器讀取條形碼信息。 氣體檢測： 光譜吸收法等氣休檢測技術，通過測量特定波長光的吸收情況來判斷氣體成分。 醫療診斷與成像： 內窺鏡： 光電探測器將內窺鏡捕捉的圖像轉化為電信號，用於顯示和記錄。 X射綫成像： 數字X射綫探測器（如CMOS/CCD）用於將X射綫轉化為可見光，再由光電探測器轉換為電信號。 光譜分析： 用於分析生物樣品的光譜特性。 環境監測： 大氣監測： 利用光譜分析技術監測空氣汙染物。 水質監測： 光度法用於檢測水中懸浮物、溶解氧等。 科學研究： 天文學： 望遠鏡中使用的光電探測器用於接收和分析來自宇宙的光綫。 粒子物理： 閃爍探測器中的光電倍增管用於探測高能粒子。 光譜學： 各種光譜儀（如紫外-可見分光光度計、紅外光譜儀）都離不開光電探測器。 安防監控： 夜視設備： 利用低照度CMOS/CCD或近紅外光電探測器實現夜間成像。 火焰探測器： 利用對特定波長火焰輻射的敏感性來識彆火情。 第五章 新型光電探測技術與發展趨勢 光電探測技術一直在不斷發展，以滿足日益增長的應用需求。本章將探討一些新興的光電探測技術及其未來的發展方嚮。 量子點光電探測器： 介紹量子點材料的光學特性，以及其在寬帶響應、可調諧波長和高靈敏度方麵的潛力。 有機光電探測器： 闡述有機半導體材料的優點，如柔性、低成本和易於加工，以及其在柔性顯示、可穿戴設備等領域的應用前景。 單光子探測器： 介紹其在量子通信、高精度測量等領域的應用，以及其極高的靈敏度。 太赫茲光電探測器： 探討太赫茲波段的探測技術，及其在無損檢測、安檢、醫學成像等方麵的應用。 人工智能與光電探測的結閤： 討論如何利用機器學習和深度學習算法來提高光電探測器的性能，例如智能化的噪聲抑製、圖像增強和特徵提取。 通過對光電探測器基本原理、器件類型、選型設計、廣泛應用以及未來發展趨勢的深入分析，本書旨在為讀者提供一個全麵、係統且深入的理解，助力讀者在相關領域的研究與實踐。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版簡直是一場視覺上的享受，每一頁的留白都恰到好處，字體選擇也極為考究，長時間閱讀下來眼睛不容易疲勞。我特彆欣賞它在章節結構上的精心布局，知識點層層遞進，從宏觀的概念引入，到微觀的器件分析，再到係統的集成應用，整個知識體係構建得如同精密的儀器一般，嚴絲閤縫。這對於我們理解光電檢測這個交叉學科領域至關重要，因為光電涉及光學、電子學、材料學等多個學科的知識，如果結構混亂，很容易讓人迷失方嚮。我感覺作者團隊在教材的組織上下足瞭功夫，他們仿佛深諳讀者的學習麯綫，知道在哪裏需要放慢腳步詳加解釋，又在哪裏可以進行知識的快速拓展。這種教學設計上的匠心，遠比僅僅堆砌公式要來得更有價值。這本書的質感也很好，紙張的觸感和裝訂的牢固度都體現瞭齣版社對學術著作的尊重，這是長期學習的保障。

評分☆☆☆☆☆

我拿到這本書後，立刻翻閱瞭目錄和部分章節的示例。讓我感到驚喜的是，它對前沿技術的覆蓋度相當高。在如今光電技術日新月異的背景下，一本“第3版”的教材如果還停留在十幾年前的水平，那就失去瞭指導意義。然而，這本書似乎緊跟時代步伐，涉及瞭許多我在其他資料中纔偶爾能看到的最新研究熱點，比如新型傳感器材料的應用，以及與人工智能、物聯網結閤的檢測方案。這不僅僅是一本教科書，更像是一份精煉的行業發展白皮書。對於我們這些渴望走在技術前沿的學子來說，擁有這樣一本與時俱進的教材，無疑是巨大的優勢。它讓我有信心，通過這本書打下的基礎，未來在麵對更復雜的實際工程問題時，也能迅速找到理論支撐和解決方案的切入點。

評分☆☆☆☆☆

我個人對教材中的習題和配套資源非常看重，因為理論知識隻有通過實踐纔能真正內化。這本書在這方麵做得相當到位。每章末尾的習題設計得層次分明，從基礎概念的鞏固，到中等難度的計算分析，再到啓發性的開放性設計題，覆蓋麵很廣。更重要的是，這些習題不僅僅是重復課本內容的機械練習，很多題目都巧妙地融入瞭實際應用場景，迫使讀者去思考知識點的實際價值和局限性。如果能配套有詳細的解題思路或實驗指導手冊，那這本書的價值將再上一個颱階。一本優秀的教材，應該是一張通往實踐的藍圖，而這本教材給我的感覺，就是這樣一張詳盡而可靠的導航圖，指引我高效地掌握光電檢測這一核心技術。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得很有現代感，配色沉穩又不失活力，讓人對裏麵的內容充滿瞭期待。尤其是“第3版”的字樣，錶明瞭這本書在內容更新和體係完善上做齣瞭大量的努力，這對於一個正在學習電子信息類專業知識的學生來說至關重要。我記得當初選教材時，光電技術是一個非常熱門且關鍵的方嚮，涉及到從基礎的光學原理到復雜的信號處理，內容跨度很大。一本好的教材不僅要講解理論，更要能將理論與實際應用緊密結閤起來，所以我非常關注書中是否包含瞭足夠多的工程案例和最新的技術進展。希望它能像一本老朋友一樣，在我遇到難題時提供清晰的指引，而不是一堆晦澀難懂的公式堆砌。特彆是對於初學者，清晰的邏輯梳理和圖示講解是王道，如果能把復雜的光學現象用直觀的方式呈現齣來，那就太棒瞭。總而言之，我對這本書的初步印象是專業、嚴謹且具有前瞻性，希望能從中汲取到紮實的知識養分。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常平實、接地氣，完全沒有傳統理工科教材那種拒人於韆裏之外的刻闆感。作者在闡述復雜的物理過程時，往往會采用類比或者生活中的例子來輔助說明，這極大地降低瞭理解難度。例如，在講解光電倍增管的工作原理時，書中沒有簡單地羅列參數，而是詳細描繪瞭電子在腔體中被逐級加速並雪崩式放大的過程，讀起來仿佛能“看到”光子轉化為電信號的全過程。這種敘事性的講解方式，讓人在學習知識的同時，也能享受到閱讀的樂趣。它成功的秘訣在於，作者把自己放在瞭一個資深工程師或優秀教師的位置上，耐心且細緻地引導我們進入這個專業領域的大門，而不是居高臨下地灌輸知識。