《光電檢測技術(shù)》word版

1、.光電檢測技術(shù)緒 論第1節(jié) 光電技術(shù)1、 概述a) 主要研究光與電之間的轉(zhuǎn)換b) 接收器件/發(fā)射器件/光電探測器件2、 光電技術(shù)的開展a) 半導(dǎo)體集成電路b) 光纖傳感器和光波導(dǎo)第2節(jié) 光電技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用1、 光電系統(tǒng)a) 光電能量系統(tǒng)、光電信息系統(tǒng)b) 光電系統(tǒng)的主要類型（1） 光-電型應(yīng)用最廣泛（2） 光-電-光型（3） 電-光-電型（4） 光電混合型（5） 電光混合型c) 光電系統(tǒng)根本模型 i. 光電系統(tǒng)通常分為主動式和被動式兩類。ii. 光接收機(jī)可以分為兩種根本類型，即功率探測接收機(jī)和外差接收機(jī)。2、 光電檢測所謂光電檢測，指的是對光信號的調(diào)制變換和接收解調(diào)兩個主要方面。光電檢測系統(tǒng)

2、中信息必須經(jīng)過兩個根本的變換環(huán)節(jié)，調(diào)制與解調(diào)。光電檢測系統(tǒng)分類（1） 測量檢查型（2） 控制跟蹤型（3） 圖像分析型3、 光電器件凡能探測某種電磁輻射自射線到紅外線的各種電子器件，都應(yīng)歸入光電探測器件。主要是固體的光電效應(yīng)，就是固體中決定其電學(xué)性質(zhì)的電子系統(tǒng)直接吸收入射光能，使固體的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變的現(xiàn)象。例如：光電子發(fā)射效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)等。1、 光電器件具有選擇性的吸收2、 光電器件器件通常具有靈敏度高，惰性小， 響應(yīng)速度快4、 光電技術(shù)的應(yīng)用和開展(1) 有廣泛的適用范圍(2) 有較高的信號檢測才能(3) 有較強(qiáng)的信息運(yùn)算才能第1章 光電器件的物理根底1-1 光的概念與度量學(xué)

3、中的參量1、 電磁波譜與光子能量公式2、 輻射量與光度量3、 輻射量與光度量的換算1、 光譜量與積分量2、 光譜光視效能K與光譜光視效率V4、 朗伯余弦定律1-2 半導(dǎo)體根底知識一、半導(dǎo)體的能帶理論1、原子能級與晶體能帶2、本征半導(dǎo)體I型3、雜質(zhì)半導(dǎo)體二、熱平衡狀態(tài)下的載流子三、光輻射與半導(dǎo)體的互相作用1、本征吸收2、非本征吸收雜質(zhì)吸收、自由載流子吸收、激子吸收和晶格吸收四、非平衡狀態(tài)下的載流子1、產(chǎn)生與復(fù)合2、復(fù)合與非平衡載流子壽命五、載流子的輸運(yùn)1-3 光電轉(zhuǎn)換的物理根底光電效應(yīng)1、 光電效應(yīng)輻射電子運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、光電子發(fā)射2、 光電效應(yīng)分類a) 外光電效應(yīng)b)

4、 內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、丹倍效應(yīng)和光磁電效應(yīng)3、 光電效應(yīng)的物理現(xiàn)象（1） 光電導(dǎo)效應(yīng)a) 光電導(dǎo)率b) 本征半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)c) 雜質(zhì)半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)d) 光電導(dǎo)體的靈敏度e) 光電導(dǎo)的弛豫f) 光電導(dǎo)的光譜分布（2） 光生伏特效應(yīng) PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)異質(zhì)結(jié)的光生伏特效應(yīng)肖特基結(jié)的光生伏特效應(yīng)4、 丹倍效應(yīng)5、 光磁電效應(yīng)（3） 光電發(fā)射效應(yīng)1、 光電發(fā)射原理 2、 光電發(fā)射的根本定律3、 光電發(fā)射長波限上述探測器件所根據(jù)的物理效應(yīng)的共同特性是 1光電效應(yīng)的有、無只與入射光的波長、頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)； 光電效應(yīng)的產(chǎn)生，唯一的取決于入射光的波長、頻率以及器件的能級

5、構(gòu)造 2光電效應(yīng)的強(qiáng)弱既與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，也與入射光的波長、頻率有關(guān)。 入射光的強(qiáng)弱反映入射光子數(shù)的多少；入射光的波長、頻率不同，器件對其的響應(yīng)度不同。1-4光電器件的分類第二章 光電探測器件2-1 光電器件的性能參數(shù)1、 光電器件的探測靈敏度響應(yīng)度2、 響應(yīng)時間和頻率響應(yīng)（1） 脈沖響應(yīng)特性法（2） 頻率響應(yīng)特性3、 噪聲等效功率 NEP最小可測功率4、 探測度D與比探測度D* 5、 量子效率2-2 真空光電管和光電倍增管PMT1、 真空光電管2、 光電倍增管Photomultiplier Tube（1） 光電倍增管工作原理及組成a) 光電倍增管工作原理b) 光電倍增管工作過程c) 光電倍

6、增管組成（2） 光電倍增管詳細(xì)構(gòu)造a) 光電陰極Photo cathodeb) 電子光學(xué)系統(tǒng)c) 倍增系統(tǒng)Dynodes d) 陽極（3） 光電倍增管分類（4） 光電倍增管的主要參量與特性1、 靈敏度陰極靈敏度/陽極靈敏度2、 電流放大倍數(shù)增益3、 光電特性4、 伏安特性5、 暗電流ID6、 噪聲與噪聲等效功率（5） 微變等效電路（6） 光電倍增管的應(yīng)用電路1、 供電電路2、 光電倍增管的接地方式3、 信號輸出（1） 負(fù)載電阻輸出（2） 運(yùn)放輸出4、 光電倍增管使用注意要點(diǎn)23 典型光電導(dǎo)器件光敏電阻1、 光敏電阻原理與構(gòu)造1、 原理2、 構(gòu)造3、 典型光敏電阻2、 光敏電阻的根本特性1 .

7、光電導(dǎo)靈敏度Sg2、 光電特性3、 伏安特性4、 溫度特性5、 時間響應(yīng)6、 噪聲特性7、 光譜響應(yīng)8、 暗電阻和暗電流3、 光敏電阻的特點(diǎn)4、 光敏電阻的電路1、 根本偏置電路2、 恒流電路3、 恒壓電路5、 光敏電阻的應(yīng)用2-4 光生伏特器件1、 光電池（1） 構(gòu)造原理（2） 光電池的分類（3） 符號及電路（4） 特性光電特性/伏安特性/輸出功率/轉(zhuǎn)換效率/光譜特性/溫度特性/（5） 應(yīng)用1、光電池用作太陽能電池2、光電池用作檢測元件3 、光電池零伏偏置電路（6） 硅光電池組合件2、 光電二極管1、 與普通二極管相比:2、 與光電池相比：（1） 根本構(gòu)造與原理（2） 性能參數(shù)伏安特性/光照

8、特性/光譜特性/暗電流與噪聲/頻率特性/等效電路（3） 其他類型的光電二極管肖特基結(jié)光電二極管/擴(kuò)散層PN結(jié)光電二極管/耗盡層型PN結(jié)光電二極管/PIN型2DUL型光電二極管/雪崩型光電二極管（4） 光電二極管的應(yīng)用3、 光電三極管1、 伏安特性2、 光電三極管的輸出電路與微變等效電路4、 特殊形式的結(jié)型光電器件（1） 色敏光生伏特器件（2） 線陣列光生伏特器件組合件（3） 楔環(huán)探測器（4） 光電位置敏感器件PSDPSD器件的工作原理、一維PSD、二維PSD、PSD的主要特性第四章 光電成像器件與應(yīng)用第1節(jié) 光電成像原理1、 攝像機(jī)的根本原理2、 圖像的分割與掃描3、 電視制式4、 PAL彩色

9、電視制式5、 掃描方式第2節(jié) 攝像管1、 氧化鉛攝像管的構(gòu)造2、 攝像管的性能指標(biāo)a) 光電轉(zhuǎn)換特性b) 光譜響應(yīng)特性c) 時間響應(yīng)特性d) 輸出信噪比e) 動態(tài)范圍 第3節(jié) 電荷耦合器件CCD1、 電荷存儲2、 電荷耦合3、 CCD電極的構(gòu)造4、 電荷的注入和檢測光注入和電注入5、 CCD的特性參數(shù)6、 線陣CCD攝像器件7、 面陣CCD圖像傳感器8、 應(yīng)用實(shí)例9、 應(yīng)用技術(shù)（1） 視頻信號的二值化處理（2） 視頻信號的二值化數(shù)據(jù)采集與接口（3） 視頻信號的量化處理與A /D數(shù)據(jù)采集（4） 照明系統(tǒng)（5） 遠(yuǎn)心光路第4節(jié) CMOS圖像傳感器1、 CMOS成像器件組成2、 CMOS成像器件的像

10、敏單元構(gòu)造3、 典型CMOS圖像傳感器SXGA型彩色面陣CMOS成像器件a) 原理構(gòu)造b) 特性第5節(jié) 其他成像器件像管包括變像器和圖像增強(qiáng)器1、 像增強(qiáng)器/變像器a) 工作原理及典型構(gòu)造b) 性能參數(shù)c) 像增強(qiáng)器的級聯(lián)2、 夜視技術(shù)與紅外熱像儀1、 微光夜視儀，2、微光電視，3、熱成像夜視儀第五章 發(fā)光器件與光耦器件第1節(jié) 半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED1、 發(fā)光二極管的發(fā)光機(jī)理（1） PN結(jié)注入發(fā)光2異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光2、 根本構(gòu)造（1） 面發(fā)光二極管2邊發(fā)光二極管3、 LED的特性參數(shù)（1） 發(fā)光光譜和發(fā)光效率（2） 時間特性與溫度特性（3） 發(fā)光亮度與電流的關(guān)系（4） 最大工作電流（5） 伏安特

11、性（6） 壽命（7） 響應(yīng)時間4、 驅(qū)動電路5、 發(fā)光二極管的應(yīng)用（1） 數(shù)字、文字及圖像顯示2指示、照明3光源第2節(jié) 半導(dǎo)體激光器laser diode, LD 1、 LD的發(fā)光原理1、 受激輻射2、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)3、諧振腔2、 半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造3、 主要特性1、 注入電流和輸出功率的關(guān)系2、 半導(dǎo)體激光的光譜線寬3、 半導(dǎo)體激光的縱模4、 半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場特性及偏振態(tài)5、 半導(dǎo)體激光的調(diào)制特性6、 溫度對半導(dǎo)體激光器的影響 第三節(jié) 光電耦合器件1、 光電耦合器件的構(gòu)造與電路符號2、 光電耦合器的特點(diǎn)1具有電隔離的功能2信號傳輸方式3具有抗干擾和噪聲的才能4響應(yīng)速度快5實(shí)用性強(qiáng)6既具有耦合特

12、性又具有隔離特性三、光電耦合器件的特性參數(shù)1電流傳輸比2輸入輸出間的寄生電容3最高工作頻率fm4脈沖上升時間tr和下降時間tf5輸入與輸出間隔離電壓BVCFO6輸入與輸出間的絕緣電阻RFC四、光電耦合器件的應(yīng)用舉例1電平轉(zhuǎn)換2邏輯門電路3隔離4可控硅控制電路中的應(yīng)用第六章 光電檢測電路的設(shè)計第1節(jié) 光電檢測電路的靜態(tài)設(shè)計1、 光電檢測器件的選擇2、 光電檢測電路的設(shè)計任務(wù)1、 恒流源型光電器件輸入電路的靜態(tài)計算（1） 圖解計算法2解析計算法2、 光伏型光電器件輸入電路的靜態(tài)計算3、 可變電阻型光電器件輸入電路的靜態(tài)計算3、 檢測器件和放大電路的連接1、 電流放大型2、電壓放大型3、阻抗變換型第

13、2節(jié) 光電檢測電路的動態(tài)設(shè)計1、 輸入電路動態(tài)工作狀態(tài)的計算1、 光電二極管交流檢測電路 2、 光電池交流檢測電路2、 光電檢測電路的頻率特性 第3節(jié) 光電系統(tǒng)的噪聲1、 熱噪聲2、 散粒噪聲3、 產(chǎn)生復(fù)合噪聲4、 1/f噪聲5、 溫度噪聲第7章 非相干光光電信號變換方法第1節(jié) 時變光信號的直接測量1、 光通量的幅度測量（1） 單通道測量系統(tǒng)（2） 雙通道測量系統(tǒng)差動法，補(bǔ)償法，比較法和交替法2、 光通量的頻率測量（1） 波數(shù)測量：干預(yù)條紋計數(shù)、莫爾條紋計數(shù)（2） 頻率測量：測量物體的速度、用于轉(zhuǎn)數(shù)的測量3、 光通量的相位和時間測量（1） 相位測量：光電光波的測距（2） 時間測量：激光測距第2

14、節(jié) 時變光信號的調(diào)制和解調(diào)1、 調(diào)制的根本原理2、 光學(xué)調(diào)制的分類3、 典型的調(diào)制方法1、 連續(xù)波調(diào)制：1光信號的振幅調(diào)制、2光信號的頻率調(diào)制 2、脈沖調(diào)制：四、調(diào)制信號的解調(diào)1、直線律檢波和調(diào)幅信號的解調(diào)2、相敏檢波和調(diào)相信號的解調(diào)3、相敏檢波原理第3節(jié) 簡單光學(xué)目的的空間定位一、幾何中心檢測法1、單通道像空間分析器以靜態(tài)光電顯微鏡為例2、掃描調(diào)制式像分析器與靜態(tài)光電顯微鏡3、差動式像分析器與動態(tài)光電顯微鏡4、極值檢測：激光lamb凹陷穩(wěn)頻二、亮度中心檢測法第4節(jié) 幾何參量的光電檢測一、激光掃描技術(shù)二、軸向位移信息的光電變換1、光焦點(diǎn)法2、非點(diǎn)像差法像散法3、像點(diǎn)軸外偏移的像偏移法第八章 相

15、干光光電信號變換方法第1節(jié) 相干光信息及相干探測1、 光學(xué)干預(yù)和相干光信息分類1、 光學(xué)干預(yù)和干預(yù)測量2、 干預(yù)測量中的調(diào)制和解調(diào)、邁克爾遜干預(yù)儀多普勒效應(yīng)3、 相干光信息分類2、 非相干探測和相干探測 1、 非相干探測的原理和特性 2、 外差探測的原理和特點(diǎn)1外差探測原理，2突出的特點(diǎn)3匹配條件4外差信號的檢測 第2節(jié) 相干信號的相位調(diào)制與檢測1、 單頻光的相位調(diào)制光學(xué)干預(yù)儀2、 干預(yù)條紋的檢測方法1、 條紋光強(qiáng)檢測法2、 干預(yù)條紋比較法3、 干預(yù)條紋跟蹤法3、 二次相位調(diào)制與干預(yù)圖分析1、 條紋掃描干預(yù)法2、 正弦相位時間調(diào)制干預(yù)法第3節(jié) 相干光的頻率調(diào)制和檢測（1） 參量調(diào)頻法（2） 固定頻移法（3） 直接調(diào)頻法1、 運(yùn)動參量的頻率調(diào)制和零差檢測1、 光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動差頻檢測（1） 光學(xué)多普勒頻移分析（2） 差動Doppler技術(shù)2、 激光Doppler測速原理3、 Sagnac效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻2、 固定頻移的頻率調(diào)制和外差檢測1、 固定頻移的形成塞曼效應(yīng)、聲光效應(yīng)、旋轉(zhuǎn)波片、旋轉(zhuǎn)光柵2、 雙頻激光干