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第1章 绪论1

1.1 光的应用1

1.2 光电检测系统概述2

1.3 光电检测方法的选择4

第2章 光电检测基础7

2.1 辐射度学与光度学的基础知识7

2.1.1 辐射度学基本物理量7

2.1.2 光度学基本物理量10

2.2 黑体辐射理论13

2.2.1 基尔霍夫定律13

2.2.2 黑体辐射的热动力特性13

2.3 半导体基础知识15

2.3.1 半导体对光的吸收15

2.3.2 半导体的吸收光谱16

2.3.3 半导体的电导率18

2.3.4 载流子的扩散与漂移19

2.4 光电探测器的原理及特性19

2.4.1 光电效应20

2.4.2 光电探测器的种类25

2.4.3 光电探测器的性能参数26

2.4.4 光电探测器的噪声32

第3章 常用光辐射源35

3.1 光源的特性参数36

3.2 热辐射源37

3.3 气体放射光源38

3.4 激光器41

3.5 LED光源46

第4章 内光电效应探测器48

4.1 光敏电阻49

4.1.1 光敏电阻的结构与基本原理49

4.1.2 光敏电阻的类型50

4.1.3 光敏电阻的基本特性51

4.1.4 光敏电阻的偏置电路54

4.1.5 光敏电阻的应用55

4.2 光伏探测器56

4.2.1 光电池57

4.2.2 光电二极管60

4.2.3 雪崩光电二极管64

4.2.4 光电三极管67

4.2.5 位置灵敏探测器69

4.2.6 光伏探测器的偏置与输出电路73

第5章 外光电效应探测器79

5.1 光电管81

5.2 光电倍增管（PMT）81

5.2.1 PMT的基本结构与工作原理81

5.2.2 微通道板PMT87

5.2.3 位置灵敏型PMT88

5.2.4 PMT性能参数与特性90

5.2.5 PMT供电电路设计98

5.3 光电倍增管的应用102

5.3.1 光子计数器102

5.3.2 射线的探测：医学成像上的应用106

第6章 红外热探测器110

6.1 热电阻111

6.2 热电偶114

6.2.1 工作原理114

6.2.2 热电偶的特性115

6.2.3 第三导体的引入115

6.2.4 标准热电极法则116

6.2.5 测辐射热电偶117

6.2.6 热电偶冷端温度误差及其补偿117

6.2.7 热电偶的应用119

6.3 热释电探测器120

6.3.1 热释电效应120

6.3.2 热释电材料的特性参数121

6.3.3 热释电探测器的工作原理121

6.3.4 热释电器件的性能123

6.3.5 常见热释电探测器的种类125

6.3.6 热释电探测器的结构126

第7章 光电信号的调制与扫描129

7.1 光电信号调制原理130

7.1.1 振幅调制130

7.1.2 频率调制和相位调制131

7.1.3 强度调制132

7.1.4 脉冲调制132

7.1.5 脉冲编码调制133

7.2 直接调制133

7.3 强度调制136

7.3.1 旋转光闸137

7.3.2 光控调制器138

7.3.3 光束方向调制146

7.3.4 强度调制光电检测系统设计147

7.4 相位调制148

7.4.1 电光相位调制149

7.4.2 电光调制器的电学性能149

7.4.3 典型光学干涉仪151

7.5 偏振调制153

7.5.1 磁光体调制器154

7.5.2 磁光波导调制器154

7.6 波长调制155

7.6.1 光学多普勒频移155

7.6.2 激光感生荧光测温156

7.7 衍射型光电检测系统157

7.7.1 衍射型光电检测系统原理及特点157

7.7.2 典型衍射测量方法159

7.7.3 测量精度与最大量程163

7.8 光束扫描技术164

7.8.1 机械扫描165

7.8.2 电光扫描165

7.8.3 声光扫描167

第8章 光电检测电路与信号处理171

8.1 光电检测电路设计要求171

8.2 光电检测电路的动态计算171

8.2.1 光电输入电路的动态计算172

8.2.2 光电检测电路的频率特性174

8.3 光电检测电路的噪声抑制179

8.3.1 放大器的噪声179

8.3.2 前置放大器的低噪声设计182

8.3.3 光电检测电路的噪声估算184

8.4 微弱光信号检测与处理186

8.4.1 相关检测186

8.4.2 锁定放大器188

8.4.3 取样积分190

第9章 光电直接探测技术与系统193

9.1 光电直接探测系统的基本工作原理193

9.2 光电直接探测系统的特性参数194

9.2.1 直接探测系统的灵敏度194

9.2.2 直接探测系统的视场角197

9.2.3 系统的通频带宽度204

9.3 直接探测系统的距离方程206

9.3.1 被动探测系统的距离方程206

9.3.2 主动探测系统的距离方程207

9.4 直接检测方式中常用的几种检测方法209

9.4.1 直接作用法209

9.4.2 差动作用法209

9.4.3 补偿测量法211

9.4.4 脉冲测量法212

9.5 光电直接探测典型系统213

9.5.1 补偿式轴径检测系统213

9.5.2 利用比较法检测透明薄膜214

9.5.3 照度的测量215

9.5.4 亮度的测量216

9.5.5 莫尔条纹测长系统217

第10章 光外差探测技术与系统225

10.1 光外差检测原理225

10.2 光外差检测特性227

10.2.1 多参数信息获取能力227

10.2.2 微弱信号探测能力227

10.2.3 滤波性能和信噪比227

10.2.4 最小可检测功率228

10.2.5 影响光外差检测灵敏度的因素229

10.3 光外差检测使用的光源231

10.3.1 基于塞曼效应的He-Ne激光器231

10.3.2 双纵模He-Ne激光器231

10.3.3 声光调制器移频231

10.3.4 光学机械移频232

10.4 光外差探测典型系统232

10.4.1 外差干涉测长系统232

10.4.2 外差干涉测角系统234

10.4.3 光纤陀螺测角系统235

10.4.4 相干光通信237

10.4.5 多普勒测速系统238

第11章 图像探测技术与系统241

11.1 CCD与CMOS基本工作原理241

11.1.1 电荷耦合器件（CCD）的基本原理241

11.1.2 CCD的特性244

11.1.3 CMOS图像传感器的基本原理246

11.1.4 CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较249

11.2 ICCD/EMCCD/sC.MOS251

11.2.1 ICCD251

11.2.2 EMCCD252

11.2.3 sCMOS254

11.3 图像传感器的典型应用255

11.3.1 采用衍射法测量小孔或细丝直径255

11.3.2 用于高精度二维位置测量256

11.3.3 文字和图像识别258

11.3.4 CCD用于平板位置的检测258

第12章 光谱检测技术与系统260

12.1 基于色散分光光谱探测技术261

12.1.1 色散分光光谱技术原理261

12.1.2 色散分光光谱技术应用261

12.2 基于相干探测光谱检测技术（傅里叶光谱技术）268

12.2.1 傅里叶光谱技术原理268

12.2.2 傅里叶光谱技术应用270

参考文献274