《光电检测技术》word版

1、.光电检测技术绪 论第1节 光电技术1、 概述a) 主要研究光与电之间的转换b) 接收器件/发射器件/光电探测器件2、 光电技术的开展a) 半导体集成电路b) 光纤传感器和光波导第2节 光电技术的特点及应用1、 光电系统a) 光电能量系统、光电信息系统b) 光电系统的主要类型（1） 光-电型应用最广泛（2） 光-电-光型（3） 电-光-电型（4） 光电混合型（5） 电光混合型c) 光电系统根本模型 i. 光电系统通常分为主动式和被动式两类。ii. 光接收机可以分为两种根本类型，即功率探测接收机和外差接收机。2、 光电检测所谓光电检测，指的是对光信号的调制变换和接收解调两个主要方面。光电检测系统

2、中信息必须经过两个根本的变换环节，调制与解调。光电检测系统分类（1） 测量检查型（2） 控制跟踪型（3） 图像分析型3、 光电器件凡能探测某种电磁辐射自射线到红外线的各种电子器件，都应归入光电探测器件。主要是固体的光电效应，就是固体中决定其电学性质的电子系统直接吸收入射光能，使固体的电学性质发生改变的现象。例如：光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。1、 光电器件具有选择性的吸收2、 光电器件器件通常具有灵敏度高，惰性小， 响应速度快4、 光电技术的应用和开展(1) 有广泛的适用范围(2) 有较高的信号检测才能(3) 有较强的信息运算才能第1章 光电器件的物理根底1-1 光的概念与度量学

3、中的参量1、 电磁波谱与光子能量公式2、 辐射量与光度量3、 辐射量与光度量的换算1、 光谱量与积分量2、 光谱光视效能K与光谱光视效率V4、 朗伯余弦定律1-2 半导体根底知识一、半导体的能带理论1、原子能级与晶体能带2、本征半导体I型3、杂质半导体二、热平衡状态下的载流子三、光辐射与半导体的互相作用1、本征吸收2、非本征吸收杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收四、非平衡状态下的载流子1、产生与复合2、复合与非平衡载流子寿命五、载流子的输运1-3 光电转换的物理根底光电效应1、 光电效应辐射电子运动状态发生变化光电导效应、光生伏特效应、光电子发射2、 光电效应分类a) 外光电效应b)

4、 内光电效应光电导效应、光生伏特效应、丹倍效应和光磁电效应3、 光电效应的物理现象（1） 光电导效应a) 光电导率b) 本征半导体的光电导效应c) 杂质半导体的光电导效应d) 光电导体的灵敏度e) 光电导的弛豫f) 光电导的光谱分布（2） 光生伏特效应 PN结的光生伏特效应异质结的光生伏特效应肖特基结的光生伏特效应4、 丹倍效应5、 光磁电效应（3） 光电发射效应1、 光电发射原理 2、 光电发射的根本定律3、 光电发射长波限上述探测器件所根据的物理效应的共同特性是 1光电效应的有、无只与入射光的波长、频率有关，与入射光的强度无关； 光电效应的产生，唯一的取决于入射光的波长、频率以及器件的能级

5、构造 2光电效应的强弱既与入射光的强度有关，也与入射光的波长、频率有关。 入射光的强弱反映入射光子数的多少；入射光的波长、频率不同，器件对其的响应度不同。1-4光电器件的分类第二章 光电探测器件2-1 光电器件的性能参数1、 光电器件的探测灵敏度响应度2、 响应时间和频率响应（1） 脉冲响应特性法（2） 频率响应特性3、 噪声等效功率 NEP最小可测功率4、 探测度D与比探测度D* 5、 量子效率2-2 真空光电管和光电倍增管PMT1、 真空光电管2、 光电倍增管Photomultiplier Tube（1） 光电倍增管工作原理及组成a) 光电倍增管工作原理b) 光电倍增管工作过程c) 光电倍

6、增管组成（2） 光电倍增管详细构造a) 光电阴极Photo cathodeb) 电子光学系统c) 倍增系统Dynodes d) 阳极（3） 光电倍增管分类（4） 光电倍增管的主要参量与特性1、 灵敏度阴极灵敏度/阳极灵敏度2、 电流放大倍数增益3、 光电特性4、 伏安特性5、 暗电流ID6、 噪声与噪声等效功率（5） 微变等效电路（6） 光电倍增管的应用电路1、 供电电路2、 光电倍增管的接地方式3、 信号输出（1） 负载电阻输出（2） 运放输出4、 光电倍增管使用注意要点23 典型光电导器件光敏电阻1、 光敏电阻原理与构造1、 原理2、 构造3、 典型光敏电阻2、 光敏电阻的根本特性1 .

7、光电导灵敏度Sg2、 光电特性3、 伏安特性4、 温度特性5、 时间响应6、 噪声特性7、 光谱响应8、 暗电阻和暗电流3、 光敏电阻的特点4、 光敏电阻的电路1、 根本偏置电路2、 恒流电路3、 恒压电路5、 光敏电阻的应用2-4 光生伏特器件1、 光电池（1） 构造原理（2） 光电池的分类（3） 符号及电路（4） 特性光电特性/伏安特性/输出功率/转换效率/光谱特性/温度特性/（5） 应用1、光电池用作太阳能电池2、光电池用作检测元件3 、光电池零伏偏置电路（6） 硅光电池组合件2、 光电二极管1、 与普通二极管相比:2、 与光电池相比：（1） 根本构造与原理（2） 性能参数伏安特性/光照

8、特性/光谱特性/暗电流与噪声/频率特性/等效电路（3） 其他类型的光电二极管肖特基结光电二极管/扩散层PN结光电二极管/耗尽层型PN结光电二极管/PIN型2DUL型光电二极管/雪崩型光电二极管（4） 光电二极管的应用3、 光电三极管1、 伏安特性2、 光电三极管的输出电路与微变等效电路4、 特殊形式的结型光电器件（1） 色敏光生伏特器件（2） 线阵列光生伏特器件组合件（3） 楔环探测器（4） 光电位置敏感器件PSDPSD器件的工作原理、一维PSD、二维PSD、PSD的主要特性第四章 光电成像器件与应用第1节 光电成像原理1、 摄像机的根本原理2、 图像的分割与扫描3、 电视制式4、 PAL彩色

9、电视制式5、 扫描方式第2节 摄像管1、 氧化铅摄像管的构造2、 摄像管的性能指标a) 光电转换特性b) 光谱响应特性c) 时间响应特性d) 输出信噪比e) 动态范围 第3节 电荷耦合器件CCD1、 电荷存储2、 电荷耦合3、 CCD电极的构造4、 电荷的注入和检测光注入和电注入5、 CCD的特性参数6、 线阵CCD摄像器件7、 面阵CCD图像传感器8、 应用实例9、 应用技术（1） 视频信号的二值化处理（2） 视频信号的二值化数据采集与接口（3） 视频信号的量化处理与A /D数据采集（4） 照明系统（5） 远心光路第4节 CMOS图像传感器1、 CMOS成像器件组成2、 CMOS成像器件的像

10、敏单元构造3、 典型CMOS图像传感器SXGA型彩色面阵CMOS成像器件a) 原理构造b) 特性第5节 其他成像器件像管包括变像器和图像增强器1、 像增强器/变像器a) 工作原理及典型构造b) 性能参数c) 像增强器的级联2、 夜视技术与红外热像仪1、 微光夜视仪，2、微光电视，3、热成像夜视仪第五章 发光器件与光耦器件第1节 半导体发光二极管LED1、 发光二极管的发光机理（1） PN结注入发光2异质结注入发光2、 根本构造（1） 面发光二极管2边发光二极管3、 LED的特性参数（1） 发光光谱和发光效率（2） 时间特性与温度特性（3） 发光亮度与电流的关系（4） 最大工作电流（5） 伏安特

11、性（6） 寿命（7） 响应时间4、 驱动电路5、 发光二极管的应用（1） 数字、文字及图像显示2指示、照明3光源第2节 半导体激光器laser diode, LD 1、 LD的发光原理1、 受激辐射2、粒子数反转3、谐振腔2、 半导体激光器的构造3、 主要特性1、 注入电流和输出功率的关系2、 半导体激光的光谱线宽3、 半导体激光的纵模4、 半导体激光器的远场特性及偏振态5、 半导体激光的调制特性6、 温度对半导体激光器的影响 第三节 光电耦合器件1、 光电耦合器件的构造与电路符号2、 光电耦合器的特点1具有电隔离的功能2信号传输方式3具有抗干扰和噪声的才能4响应速度快5实用性强6既具有耦合特

12、性又具有隔离特性三、光电耦合器件的特性参数1电流传输比2输入输出间的寄生电容3最高工作频率fm4脉冲上升时间tr和下降时间tf5输入与输出间隔离电压BVCFO6输入与输出间的绝缘电阻RFC四、光电耦合器件的应用举例1电平转换2逻辑门电路3隔离4可控硅控制电路中的应用第六章 光电检测电路的设计第1节 光电检测电路的静态设计1、 光电检测器件的选择2、 光电检测电路的设计任务1、 恒流源型光电器件输入电路的静态计算（1） 图解计算法2解析计算法2、 光伏型光电器件输入电路的静态计算3、 可变电阻型光电器件输入电路的静态计算3、 检测器件和放大电路的连接1、 电流放大型2、电压放大型3、阻抗变换型第

13、2节 光电检测电路的动态设计1、 输入电路动态工作状态的计算1、 光电二极管交流检测电路 2、 光电池交流检测电路2、 光电检测电路的频率特性 第3节 光电系统的噪声1、 热噪声2、 散粒噪声3、 产生复合噪声4、 1/f噪声5、 温度噪声第7章 非相干光光电信号变换方法第1节 时变光信号的直接测量1、 光通量的幅度测量（1） 单通道测量系统（2） 双通道测量系统差动法，补偿法，比较法和交替法2、 光通量的频率测量（1） 波数测量：干预条纹计数、莫尔条纹计数（2） 频率测量：测量物体的速度、用于转数的测量3、 光通量的相位和时间测量（1） 相位测量：光电光波的测距（2） 时间测量：激光测距第2

14、节 时变光信号的调制和解调1、 调制的根本原理2、 光学调制的分类3、 典型的调制方法1、 连续波调制：1光信号的振幅调制、2光信号的频率调制 2、脉冲调制：四、调制信号的解调1、直线律检波和调幅信号的解调2、相敏检波和调相信号的解调3、相敏检波原理第3节 简单光学目的的空间定位一、几何中心检测法1、单通道像空间分析器以静态光电显微镜为例2、扫描调制式像分析器与静态光电显微镜3、差动式像分析器与动态光电显微镜4、极值检测：激光lamb凹陷稳频二、亮度中心检测法第4节 几何参量的光电检测一、激光扫描技术二、轴向位移信息的光电变换1、光焦点法2、非点像差法像散法3、像点轴外偏移的像偏移法第八章 相

15、干光光电信号变换方法第1节 相干光信息及相干探测1、 光学干预和相干光信息分类1、 光学干预和干预测量2、 干预测量中的调制和解调、迈克尔逊干预仪多普勒效应3、 相干光信息分类2、 非相干探测和相干探测 1、 非相干探测的原理和特性 2、 外差探测的原理和特点1外差探测原理，2突出的特点3匹配条件4外差信号的检测 第2节 相干信号的相位调制与检测1、 单频光的相位调制光学干预仪2、 干预条纹的检测方法1、 条纹光强检测法2、 干预条纹比较法3、 干预条纹跟踪法3、 二次相位调制与干预图分析1、 条纹扫描干预法2、 正弦相位时间调制干预法第3节 相干光的频率调制和检测（1） 参量调频法（2） 固定频移法（3） 直接调频法1、 运动参量的频率调制和零差检测1、 光学多普勒效应和运动差频检测（1） 光学多普勒频移分析（2） 差动Doppler技术2、 激光Doppler测速原理3、 Sagnac效应和转动差频2、 固定频移的频率调制和外差检测1、 固定频移的形成塞曼效应、声光效应、旋转波片、旋转光栅2、 双频激光干