《光电检测技术》.docx

文档供参考，可复制、编制，期盼您的好评与关注！光电检测技术绪论第1节光电技术一、概述a) 主要争论光与电之间的转换b) 接收器件/放射器件/光电探测器件二、光电技术的进展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一、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。二、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。光电检测系统中信息必需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） 把握跟踪型（3） 图像分析型三、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，就是固体中打算其电学性质的电子系统直 接吸取入射光能，使固体的电学性质发生转变的现象。例如：光电子放射效应、光电导效应、光生伏特效应等。1、光电器件具有选择性的吸取2、光电器件器件通常具有灵敏度高，惰性小， 响应速度快四、光电技术的应用和进展(1) 有广泛的适用范围(2) 有较高的信号检测力气(3)有较强的信息运算力气1 / 11第一章 光电器件的物理根底1-1光的概念与度量学中的参量一、电磁波谱与光子能量公式二、辐射量与光度量三、辐射量与光度量的换算1、 光谱量与积重量2、 光谱光视效能 K()与光谱光视效率 V()四、朗伯余弦定律1-2半导体根底学问一、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、光辐射与半导体的相互作用1、本征吸取2、非本征吸取(杂质吸取、自由载流子吸取、激子吸取和晶格吸取)四、非平衡状态下的载流子1、产生与复合五、载流子的输运2、复合与非平衡载流子寿命1-3 光电转换的物理根底光电效应一、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、光电子放射二、光电效应分类a) 外光电效应b) 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)三、光电效应的物理现象一光电导效应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) 光电导的光谱分布二光生伏特效应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、光磁电效应三光电放射效应1、光电放射原理2、光电放射的根本定律3、光电放射长波限上述探测器件所依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 光电器件的分类文档供参考，可复制、编制，期盼您的好评与关注！其次章 光电探测器件2-1 光电器件的性能参数4 / 11一、光电器件的探测灵敏度响应度 二、响应时间和频率响应（1） 脉冲响应特性法（2） 频率响应特性三、噪声等效功率 NEP(最小可测功率) 四、探测度 D 与比探测度 D*五、量子效率一、真空光电管2-2 真空光电管和光电倍增管PMT二、光电倍增管(Photomultiplier Tube)一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) 光电倍增管组成二光电倍增管具体构造a) 光电阴极(Photo cathode)b) 电子光学系统c) 倍增系统Dynodes d) 阳极三光电倍增管分类四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五微变等效电路六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、光电倍增管使用留意要点23 典型光电导器件光敏电阻一、光敏电阻原理与构造1、原理2、构造3、典型光敏电阻二、光敏电阻的根本特性1 . 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、暗电阻和暗电流三、光敏电阻的特点 四、光敏电阻的电路1、根本偏置电路2、恒流电路3、恒压电路五、光敏电阻的应用一、光电池2-4光生伏特器件一构造原理二光电池的分类三符号及电路四特性(光电特性/伏安特性/输出功率/转换效率/光谱特性/温度特性/)五应用(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)六硅光电池组合件二、光电二极管1、与一般二极管相比:2、与光电池相比：一根本构造与原理二性能参数(伏安特性/光照特性/光谱特性/暗电流与噪声/频率特性/等效电路)三其他类型的光电二极管(肖特基结光电二极管/集中层 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)四光电二极管的应用三、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四、特别形式的结型光电器件一色敏光生伏特器件二线阵列光生伏特器件组合件三楔环探测器四光电位置敏感器件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加器一、像增加器/变像器a) 工作原理及典型构造b) 性能参数c) 像增加器的级联二、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一节半导体发光二极管LED1、发光二极管的发光机理1PN 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光源其次节半导体激光器laser diode, LD)一、LD 的发光原理1、受激辐射 2、粒子数反转 3、谐振腔二、半导体激光器的构造三、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一、光电耦合器件的构造与电路符号二、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力气4响应速度快5有用性强6既具有耦合特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规律门电路3隔离4可控硅把握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一、光电检测器件的选择二、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三、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2节光电检测电路的动态设计一、输入电路动态工作状态的计算1、光电二极管沟通检测电路2、光电池沟通检测电路二、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一、光通量的幅度测量一单通道测量系统二双通道测量系统差动法，补偿法，比较法和交替法 二、光通量的频率测量一波数测量：干预条纹计数、莫尔条纹计数二频率测量：测量物体的速度、用于转数的测量三、光通量的相位和时间测量一相位测量：光电光波的测距二时间测量：激光测距第2节时变光信号的调制和解调一、调制的根本原理二、光学调制的分类三、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、相敏检波和调信任号的解调3、相敏检波原理第 3 节简洁光学目标的空间定位一、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文档供参考，可复制、编制，期盼您的好评与关注！第八章相干光光电信号变换方法第1节相干光信息及相干探测一、光学干预和相干光信息分类1、光学干预和干推测量2、干推测量中的调制和解调、迈克尔逊干预仪多普勒效应3、相干光信息分类二、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一、单频光的相位调制光学干预仪二、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、干预条纹跟踪法三、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） 直接调频法一、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 效应和转动差频二、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、双频激光干预仪3、用声光移频器件实现的激光外差测振仪三、直接光频调制和外差检测半导体激光器的直接频率调制10 / 11文档供参考，可复制、编制，期盼您的好评与关注！第九章微弱光信号检测技术第1节相关检测原理一、 相关函数二、 相关检测第2节锁定放大器1、锁定放大器的工作原理2、利用锁相放大器测量弱光电信号第3节取样积分器1、定点式取样积分器2、扫描式取样积分器3、应用第4节光子计数技术一、光子技术器工作原理1、弱光下光电倍增管中的光电流2、光子计数器的组成3、背景补偿的光子计数系统二、光子计数方法的特点和主要技术指标11 / 11