光电检测技术及系统/高等院校光电类专业系列规划教材 [Optoelectric Detection Technology and System] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘华锋 编

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出版社： 浙江大学出版社

ISBN：9787308144599

版次：1

商品编码：11633207

包装：平装

丛书名： 高等院校光电类专业系列规划教材

外文名称：Optoelectric Detection Technology and System

开本：16开

出版时间：2015-03-01

用纸：胶版纸

页数：273

字数

内容简介

　　《光电检测技术及系统/高等院校光电类专业系列规划教材》共分12章。第1章为绪论；第2章介绍光电检测技术与系统的背景材料；第3～6章分别讲述光源、内光电效应器件、光电倍增管、热辐射探测器的工作原理、特性、参数及其典型应用；第7章给出了光信号的调制和扫描方法；第8章介绍光电检测系统的电子线路设计方法；第9章和第10章分别详细论述了光电直接探测系统、光电相干探测系统的原理、参数与应用；第11章是光电成像系统及基应用；第12章是光谱测量系统及应用。

内页插图

目录

第1章 绪论
1.1 光的应用
1.2 光电检测系统概述
1.3 光电检测方法的选择

第2章 光电检测基础
2.1 辐射度学与光度学的基础知识
2.1.1 辐射度学基本物理量
2.1.2 光度学基本物理量
2.2 黑体辐射理论
2.2.1 基尔霍夫定律
2.2.2 黑体辐射的热动力特性
2.3 半导体基础知识
2.3.1 半导体对光的吸收
2.3.2 半导体的吸收光谱
2.3.3 半导体的电导率
2.3.4 载流子的扩散与漂移
2.4 光电探测器的原理及特性
2.4.1 光电效应
2.4.2 光电探测器的种类
2.4.3 光电探测器的性能参数
2.4.4 光电探测器的噪声

第3章 常用光辐射源
3.1 光源的特性参数
3.2 热辐射源
3.3 气体放射光源
3.4 激光器
3.5 LED光源

第4章 内光电效应探测器
4.1 光敏电阻
4.1.1 光敏电阻的结构与基本原理
4.1.2 光敏电阻的类型
4.1.3 光敏电阻的基本特性
4.1.4 光敏电阻的偏置电路
4.1.5 光敏电阻的应用
4.2 光伏探测器
4.2.1 光电池
4.2.2 光电二极管
4.2.3 雪崩光电二极管
4.2.4 光电三极管
4.2.5 位置灵敏探测器
4.2.6 光伏探测器的偏置与输出电路

第5章 外光电效应探测器
5.1 光电管
5.2 光电倍增管（PMT）
5.2.1 PMT的基本结构与工作原理
5.2.2 微通道板PMT
5.2.3 位置灵敏型PMT
5.2.4 PMT性能参数与特性
5.2.5 PMT供电电路设计
5.3 光电倍增管的应用
5.3.1 光子计数器
5.3.2 射线的探测：医学成像上的应用

第6章 红外热探测器
6.1 热电阻
6.2 热电偶
6.2.1 工作原理
6.2.2 热电偶的特性
6.2.3第三导体的引入
6.2.4 标准热电极法则
6.2.5 测辐射热电偶
6.2.6 热电偶冷端温度误差及其补偿
6.2.7 热电偶的应用
6.3 热释电探测器
6.3.1 热释电效应
6.3.2 热释电材料的特性参数
6.3.3 热释电探测器的工作原理
6.3.4 热释电器件的性能
6.3.5 常见热释电探测器的种类
6.3.6 热释电探测器的结构

第7章 光电信号的调制与扫描
7.1 光电信号调制原理
7.1.1 振幅调制
7.1.2 频率调制和相位调制
7.1.3 强度调制
7.1.4 脉冲调制
7.1.5 脉冲编码调制
7.2 直接调制
7.3 强度调制
7.3.1 旋转光闸
7.3.2 光控调制器
7.3.3 光束方向调制
7.3.4 强度调制光电检测系统设计
7.4 相位调制
7.4.1 电光相位调制
7.4.2 电光调制器的电学性能
7.4.3 典型光学干涉仪
7.5 偏振调制
7.5.1 磁光体调制器
7.5.2 磁光波导调制器
7.6 波长调制
7.6.1 光学多普勒频移
7.6.2 激光感生荧光测温
7.7 衍射型光电检测系统
7.7.1 衍射型光电检测系统原理及特点
7.7.2 典型衍射测量方法
7.7.3 测量精度与最大量程
7.8 光束扫描技术
7.8.1 机械扫描
7.8.2 电光扫描
7.8.3 声光扫描

第8章 光电检测电路与信号处理
8.1 光电检测电路设计要求
8.2 光电检测电路的动态计算
8.2.1 光电输入电路的动态计算
8.2.2 光电检测电路的频率特性
8.3 光电检测电路的噪声抑制
8.3.1 放大器的噪声
8.3.2 前置放大器的低噪声设计
8.3.3 光电检测电路的噪声估算
8.4 微弱光信号检测与处理
8.4.1 相关检测
8.4.2 锁定放大器
8.4.3 取样积分

第9章 光电直接探测技术与系统
9.1 光电直接探测系统的基本工作原理
9.2 光电直接探测系统的特性参数
9.2.1 直接探测系统的灵敏度
9.2.2 直接探测系统的视场角
9.2.3 系统的通频带宽度
9.3 直接探测系统的距离方程
9.3.1 被动探测系统的距离方程
9.3.2 主动探测系统的距离方程
9.4 直接检测方式中常用的几种检测方法
9.4.1 直接作用法
9.4.2 差动作用法
9.4.3 补偿测量法
9.4.4 脉冲测量法
9.5 光电直接探测典型系统
9.5.1 补偿式轴径检测系统
9.5.2 利用比较法检测透明薄膜
9.5.3 照度的测量
9.5.4 亮度的测量
9.5.5 莫尔条纹测长系统

第10章 光外差探测技术与系统
10.1 光外差检测原理
10.2 光外差检测特性
10.2.1 多参数信息获取能力
10.2.2 微弱信号探测能力
10.2.3 滤波性能和信噪比
10.2.4 最小可检测功率
10.2.5 影响光外差检测灵敏度的因素
10.3 光外差检测使用的光源
10.3.1 基于塞曼效应的He-Ne激光器
10.3.2 双纵模He-Ne激光器
10.3.3 声光调制器移频
10.3.4 光学机械移频
10.4 光外差探测典型系统
10.4.1 外差干涉测长系统
10.4.2 外差干涉测角系统
10.4.3 光纤陀螺测角系统
10.4.4 相干光通信
10.4.5 多普勒测速系统

第11章 图像探测技术与系统
11.1 CCD与CMOS基本工作原理
11.1.1 电荷耦合器件（CCD）的基本原理
11.1.2 CCD的特性
11.1.3 CMOS图像传感器的基本原理
11.1.4 CM（1）S图像传感器与CCD图像传感器的比较
11.2 ICCD／EMCCD／sCMOS
11.2.1 ICCD
11.2.2 EMCCD
11.2.3 sCMOS
11.3 图像传感器的典型应用
11.3.1 采用衍射法测量小孔或细丝直径
11.3.2 用于高精度二维位置测量
11.3.3 文字和图像识别
11.3.4 CCD用于平板位置的检测

第12章 光谱检测技术与系统
12.1 基于色散分光光谱探测技术
12.1.1 色散分光光谱技术原理
12.1.2 色散分光光谱技术应用
12.2 基于相干探测光谱检测技术（傅里叶光谱技术）
12.2.1 傅里叶光谱技术原理
12.2.2 傅里叶光谱技术应用
参考文献

前言/序言

光学世界的触角：探测、识别与应用 光，作为信息传递的载体，其无处不在的特性决定了光学在现代科技中扮演着核心角色。从微观世界的精密测量到宏观世界的遥感监测，从消费电子的互动体验到工业生产的自动化控制，光学检测技术及其系统正以前所未有的深度和广度渗透于我们生活的方方面面。本书并非一本关于“光电检测技术及系统”的教材，而是聚焦于光电技术在更广泛层面的应用与探索，旨在揭示光如何成为我们观察、理解和改造世界的关键工具。 一、 光的本质与交互：理解信号的源头 要深入理解光电技术的应用，首先需要对光本身的性质有基本的认识。光并非仅仅是眼睛所能捕捉的色彩和亮度，它是一种电磁波，具有频率、波长、偏振等多种特性，这些特性携带着丰富的信息。当光与物质相互作用时，便会产生一系列可被探测的现象，例如光的吸收、反射、折射、散射、衍射、干涉以及光电效应等。正是这些物理过程，为光电检测提供了基础。 例如，在材料科学中，利用光的吸收光谱可以分析物质的化学成分；在医学成像中，X射线或近红外光的穿透与衰减特性，能够帮助我们“透视”人体内部的结构；在环境监测领域，不同波长光的散射信号，能够指示空气中的颗粒物浓度。理解这些基本的光与物质的交互机理，是解锁光学应用潜力的第一步。 二、 光的“眼睛”：多样化的探测原理与器件 如同人类拥有眼睛来感知世界，光电技术的发展离不开各种能够“捕捉”光的“眼睛”——光电探测器。这些探测器种类繁多，各具特色，适用于不同的应用场景。 光电导器件（Photoconductive Devices）： 这类器件的导电性会随着光照强度的增加而改变。例如，硫化镉（CdS）光敏电阻，在光照下电阻减小，常用于简单的光控开关、照度计等。 光伏器件（Photovoltaic Devices）： 最典型的代表是太阳能电池。当光照射到半导体结上时，会在内部产生光生电动势，从而产生电流。这种原理不仅用于能量转换，也广泛应用于光电传感器，如光电二极管，能够将光信号转化为电信号，用于测量光强、速度等。 光电倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）： PMT能够探测极其微弱的光信号，其核心在于内部的电子倍增机制，能够将单个光子引发的光电效应放大到可测量的电流。这使得PMT在天文观测、高能物理、荧光分析等领域有着不可替代的作用。 CCD与CMOS图像传感器（Image Sensors）： 这是现代成像技术的核心。CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）传感器将光信号转化为数字信号，让我们能够捕捉二维图像。从智能手机的摄像头到专业级的数码相机，再到科学研究中的高分辨率成像设备，它们都依赖于这些先进的图像传感器技术。 红外探测器（Infrared Detectors）： 能够探测红外辐射，广泛应用于夜视、热成像、遥感、安防等领域。根据工作原理，有热敏型（如热电堆、热释电探测器）和光子型（如碲镉汞、量子阱红外探测器）等。 其他专用探测器： 还有许多针对特定需求设计的探测器，如紫外探测器、X射线探测器、高能粒子探测器等，它们共同构成了我们能够“看见”更广阔电磁频谱的工具集。 三、 光的“大脑”：信号处理与系统集成 仅仅探测到光信号是不足够的，更重要的是如何将这些原始信号转化为有用的信息，并构建出完整的应用系统。这就涉及到信号处理、信息提取与系统集成。 信号的预处理与增强： 原始的光信号往往伴随着噪声，需要进行滤波、放大、数字化等预处理，以提高信噪比和信号质量。例如，图像去噪、对比度增强等。 信息提取与特征识别： 从处理后的信号中提取关键信息是核心环节。这可能包括测量光强的变化、分析光谱特征、识别图像中的目标、检测运动轨迹等。机器学习和人工智能算法在这一领域正发挥着越来越重要的作用，能够从海量数据中挖掘隐藏的模式和规律。 数据融合与多模态分析： 结合来自不同光源、不同探测器或不同成像方式的信息，能够获得更全面、更准确的认识。例如，将可见光图像与红外图像融合，可以更有效地识别目标。 系统设计与优化： 一个完整的光电应用系统，不仅包括光源和探测器，还需要光学系统（如透镜、反射镜）、机械结构、控制系统、数据采集与处理单元等。系统的设计需要考虑光路设计、器件选型、功耗、成本、可靠性等多种因素，并进行优化以满足特定应用的需求。 四、 光学的触角：广阔的应用领域 光电技术作为一种通用技术，其应用已经渗透到各个领域，深刻地改变着我们的生活和工作方式。 消费电子与通信： 智能手机的摄像头、屏幕显示技术（LCD, OLED）、光纤通信、激光打印机、条形码扫描仪等，都离不开光电技术。 工业与制造： 机器视觉在自动化生产线上的质量检测、尺寸测量、产品分拣；激光加工（切割、焊接、打标）；自动化导航与定位；无损检测等。 医疗健康： 医学影像（CT, MRI, PET, 超声）、内窥镜检查、激光手术、光动力疗法、生物芯片、体外诊断等。 科学研究： 天文观测、粒子物理实验、光谱分析、显微成像（光学显微镜、电子显微镜）、激光雷达（LIDAR）用于地质勘探与环境监测。 安全与国防： 夜视设备、红外热成像仪、目标识别系统、激光制导武器、光电对抗、安防监控等。 交通与测绘： 自动驾驶汽车的传感器（激光雷达、摄像头）、导航系统、地理信息系统（GIS）、遥感测绘等。 环境监测与保护： 卫星遥感监测大气成分、地表变化；水质、空气污染的在线监测；森林火灾预警等。 五、 未来的展望 随着科技的不断进步，光电技术正朝着更高的灵敏度、更快的速度、更强的集成度、更低的成本和更广泛的功能方向发展。微纳光学、量子光学、智能光学、生物光子学等新兴领域的崛起，预示着光电技术将迎来更加令人激动的发展。未来，我们可以期待更加智能化、个性化、非侵入性的光学解决方案，它们将继续拓展我们感知世界、改造世界的边界。 本书将从这些更广阔的视角出发，探讨光作为一种 fundamental 的物理现象，如何通过各种技术手段被捕捉、被解析、被利用，从而驱动着现代社会的不断进步。我们将不仅仅聚焦于“技术”本身，更关注“技术”背后所蕴含的科学原理、工程实践以及它们对人类社会产生的深远影响。

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作为一名在校学习光学工程专业的学生，一本能够涵盖光电检测技术基础理论和实际应用的书籍，对我来说是极其宝贵的。我之前在实验室接触过一些光电探测设备，但对于它们内部的原理和工作流程，总感觉有些模糊。我非常希望能在这本书中找到对各种光电探测器，如光电二极管、光电倍增管、以及各种半导体探测器等，进行详细介绍的部分。我希望能够深入了解它们的物理结构、工作原理、性能参数（如灵敏度、响应时间、噪声等），以及它们各自的优缺点和适用范围。此外，书中关于光电检测系统的整体设计流程，从光源选择、光学元件设计、到探测器选择和信号处理，都应该有清晰的阐述。我希望通过这本书，能够建立起一个完整的知识框架，理解一个光电检测系统是如何一步步构建起来的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引人，沉静的蓝色基调搭配着醒目的金色书名，给人一种专业且权威的感觉。拿到手里，厚实感更是让我对接下来的阅读充满了期待。我是一名初入光电领域的研究生，之前对这方面了解的零散且不成体系，希望能通过这本书建立起扎实的理论基础。在翻阅目录的时候，我就被里面丰富的内容所吸引，从最基础的光学原理，到各种先进的光电探测器件，再到各种应用系统，几乎涵盖了光电检测领域的方方面面。尤其是关于CCD、CMOS传感器原理及其信号处理的部分，我之前只在一些文献中零星看到，希望能在这本书中得到系统性的讲解，这对于我后续的实验设计和数据分析至关重要。此外，书中关于激光雷达、光学显微镜等典型系统的介绍，也让我跃跃欲试，希望能将理论知识与实际应用相结合，从而更好地理解光电技术在各个领域的强大威力。我对书中关于噪声分析和误差抑制的章节尤其感兴趣，因为在实际的光电系统中，这些问题往往是制约性能的关键，如何有效地处理这些问题，提升测量精度，是我一直在探索的方向。这本书的出版，无疑为我提供了这样一个宝贵的学习资源，我非常期待在接下来的日子里，能够深入地研读它，从中汲取知识的养分，为我的学术研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对光学和电子学都有所了解的读者，我一直在寻找一本能够将这两者完美结合，并深入浅出地讲解光电检测技术的书籍。这本书，从它的书名来看，正是我所期望的。我特别关注书中关于光电信号的产生、传输、处理和显示的整个流程的详细阐述。我希望能够理解从光信号输入，经过探测器转换为电信号，再经过放大、滤波、模数转换，最终形成我们能够理解的信息（如图像、数据等）的整个过程。书中关于不同信号处理技术的介绍，例如傅里叶变换、小波变换等，以及它们在光电信号处理中的应用，也是我非常感兴趣的部分。我希望这本书能够帮助我建立起一个完整的信号处理思维，从而更好地理解和应用光电技术。

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作为一名即将毕业的光电工程专业的本科生，我一直在寻找一本能够帮助我巩固所学知识，并为我进入研究生阶段的学习打下坚实基础的教材。这本书，从它的书名和在专业教材系列中的定位，我就知道它会是一本值得我认真对待的读物。我尤其关注书中关于光电成像系统部分的介绍，因为我之前的课程设计就涉及到了这方面的内容，但总感觉有些浅尝辄止，没有完全理解其背后的深层原理。我希望这本书能够详细阐述图像传感器的工作机制，包括像素结构的特点、光电转换的过程、以及如何从模拟信号转换为数字信号。此外，书中关于图像处理算法的介绍，例如降噪、边缘增强、以及目标识别等，也是我非常感兴趣的部分。我希望能学习到这些算法的数学原理和实际应用，以便我能够更好地分析和处理采集到的光电信号。同时，我也对书中关于不同类型光电探测器的比较和选择提供了指导性意见的部分抱有很高的期望，因为在实际项目中，选择合适的探测器是至关重要的。这本书能否提供这方面的系统性梳理，将对我今后的职业发展有着重要的意义。

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作为一名对光电技术抱有浓厚兴趣的爱好者，我一直在寻找一本能够系统介绍光电检测技术发展脉络和未来趋势的书籍。这本书，从它的名字来看，就似乎承载着这样的使命。我特别希望书中能够追溯光电探测技术的起源和发展历史，介绍那些里程碑式的发现和发明，以及它们是如何逐步演变到今天的。了解历史，才能更好地理解现在，并预测未来。此外，我也对书中关于光电检测技术在未来新兴领域的应用展望，例如太空探索、新能源技术、以及先进通信系统等，充满了期待。我希望能够通过这本书，拓宽我的视野，了解光电技术是如何塑造我们未来的世界的。这本书能否提供这样一种宏观的视角，将决定我是否能够从中获得深刻的启发。

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对于任何一个对光电世界充满好奇心的人来说，这本书都应该是一本不容错过的入门之作。我尤其欣赏书中能够将深奥的物理原理用通俗易懂的语言进行阐释，并且通过大量的图示和实例，帮助读者理解抽象的概念。我希望书中能够详细讲解光子的基本性质，以及光与物质相互作用的各种方式，例如光电效应、光致发光、以及光散射等。这些基本原理是理解所有光电探测技术的基础。同时，我也对书中关于不同类型光源的介绍，例如LED、激光器等，以及它们的光学特性和应用场景的分析，非常感兴趣。我希望能了解到如何根据不同的探测需求，选择最合适的光源，从而实现最优化的测量效果。这本书的出现，让我对光电技术从“望而生畏”变得“跃跃欲试”，我非常期待能够通过它，一步一步地揭开光电世界的神秘面纱。

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在我眼中，一本真正的好书，不仅能提供知识，更能引发思考，启发创新。这本书，从它的书名来看，就具有极强的专业性和深度。我尤其关注书中关于光电检测系统的性能评估和标定部分。在实际应用中，如何准确地评估一个光电系统的性能，如何进行科学的标定，以确保测量结果的可靠性，是至关重要的。我希望书中能够提供详细的评估指标，以及具体的标定方法和流程。此外，我也对书中关于光电检测系统中常见故障的排除和维护的讨论，抱有很大的期望。作为一名实践者，我希望能够从中学习到一些“实战经验”，以便在遇到问题时能够快速有效地解决。这本书能否成为我解决实际工程问题的“宝典”，将是我评价它的重要标准。

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在我看来，一本优秀的教材不仅要传授知识，更要激发读者的学习兴趣和探索欲望。这本书，从它的书名来看，就充满了科技感和未来感。我特别关注书中关于智能光电检测系统的内容。如今，人工智能与光电技术的结合越来越紧密，我希望书中能够详细介绍如何将机器学习、深度学习等AI技术应用于光电信号的处理和分析，从而实现更智能、更自动化的检测。例如，如何利用AI算法来提高图像识别的精度和速度，如何实现对复杂光电信号的特征提取和模式识别。此外，我也对书中关于光电系统在物联网（IoT）和工业自动化领域的应用案例充满了期待。我希望能了解光电技术是如何为这些新兴领域赋能的，从而为我未来的职业发展提供新的思路和方向。这本书能否提供这些前沿性的内容，将决定它是否能够成为我学习路上的“引路明灯”。

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我一直对光电技术在科学研究和工业生产中的重要作用深感敬佩，而这本书恰好聚焦于这一核心领域。我尤其关注书中关于光电检测在精密测量和科学仪器研发中的应用。我希望书中能够详细介绍各种高精度光电测量技术，例如干涉测量、衍射测量、以及时间分辨光谱技术等，并阐述它们如何应用于材料表征、生物医学成像、以及环境监测等领域。同时，我也对书中关于如何构建和优化光电检测系统的讨论抱有浓厚的兴趣。如何有效地抑制各种噪声源，如何提高信号的信噪比，如何实现对微弱信号的精确探测，这些都是在实际研究中经常遇到的难题。这本书能否提供解决这些难题的理论指导和工程实践经验，将直接影响我对其的评价。

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