光电检测技术与应用(第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭培源 著

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出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512403987

商品编码：29895385962

包装：平装

出版时间：2011-08-01

基本信息

书名：光电检测技术与应用(第二版)

定价：25.00元

作者：郭培源

出版社：北京航空航天大学出版社

出版日期：2011-08-01

ISBN：9787512403987

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书系统全面地介绍了光电检测技术的基本概念、各种光电检测器件的工作原理及其特性和典型应用。《光电检测技术与应用(第2版)》共分9章，主要内容包括绪论、光电检测器件工作原理及特性、半导体光电检测器件及应用、光电信号检测电路、光电直接检测系统、光外差检测系统、光纤传感检测技术、光电信号的数据采集与微机接口、光电检测技术的典型应用。
　　本书注重理论与实际相结合，一方面注重光电检测技术的基本概念和基本原理的讲述，另一方面着重介绍光电检测技术的应用成果。《光电检测技术与应用(第2版)》既可作为高等院校的光电信息工程、光电子科学与技术、测控技术与仪器、机械电子工程、生物医学工程、光机电一体化等专业的本科生及研究生教学用书，也可作为相关专业的科研人员和工程技术人员的参考用书。

目录

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章 绪论
　1.1 信息技术与光电检测技术
　1.2 光电检测与光电传感器概念
　1.2.1 检测与测量的概念
　1.2.2 光电传感器与敏感器的概念
　1.3 光电检测系统的组成及特点
　1.4 光电检测方法及应用发展趋势
　思考题与习题
　
第2章 光电检测器件工作原理及特性
　2.1 光电检测器件的物理基础
　2.1.1 光电导效应
　2.1.2 杂质光电导效应
　2.1.3 光生伏特效应
　2.1.4 光热效应
　2.2 光电检测器件的特性参数
　思考题与习题
　
第3章 半导体光电检测器件及应用
　3.1 光敏电阻
　3.1.1 光敏电阻的结构及其工作原理
　3.1.2 光敏电阻特性参数
　3.1.3 光敏电阻的应用
　3.2 光生伏特器件
　3.2.1 光电池
　3.2.2 光电二极管与光电三极管
　3.2.3 发光器件
　3.2.4 光电耦合器件
　3.2.5 光电位置敏感器件
　3.2.6 光热辐射检测器件
　3.2.7 各种光电检测器件的性能比较
　思考题与习题
　
第4章 光电信号检测电路
　4.1 光电检测电路的设计要求
　4.2 光电信号输入电路的静态计算
　4.2.1 恒流源型器件光电信号输入电路
　4.2.2 光伏型器件光电信号输入电路
　4.2.3 可变电阻型器体光电信号输入电路
　4.3 光电信号检测电路的动态计算
　4.3.1 光电信号输入电路的动态计算
　4.3.2 光电检测电路的频率特性
　4.4 光电信号检测电路的噪声
　4.4.1 检测电路的噪声等效处理
　4.4.2 典型光电检测电路的噪声估算
　4.5 前置放大器
　4.5.1 放大器的噪声
　4.5.2 前置放大器的低噪声设计
　4.5.3 检测器件和放大电路的连接
　4.6 光电检测电路举例
　思考题与习题
　
第5章 光电直接检测系统
　5.1 光电直接检测系统的基本工作原理
　5.2 光电直接检测系统的基本特性
　5.2.1 直接检测系统的信噪比
　5.2.2 直接检测系统的检测极限及趋近方法
　5.2.3 直接检测系统的视场角
　5.2.4 系统的通频带宽度
　5.3 直接检测系统的距离方程
　5.3.1 被动检测系统的距离方程
　5.3.2 主动检测距离方程
　5.4 光电直接检测系统举例
　5.4.1 莫尔条纹测长仪
　……
　
第6章 光外差检测系统
第7章 光纤传感检测技术
第8章 光电信号的数据采集与微机接口
第9章 光电检测技术的典型应用
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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光学世界的探索者：光电检测技术与应用 在现代科技飞速发展的浪潮中，光电检测技术如同一双锐利的眼睛，穿透层层迷雾，揭示物质的微观奥秘，丈量世界的宏观尺度。它以光为媒，以电为载体，构建起连接物理世界与信息世界的桥梁，在科学研究、工业生产、医疗健康、环境保护乃至日常生活等方方面面，扮演着不可或缺的关键角色。本书《光电检测技术与应用（第二版）》正是这样一部引领读者深入探索光学世界，掌握光电检测核心原理与前沿应用的权威指南。 一、 光电检测技术的基石：原理与基础 本书的精髓，在于其对光电检测技术底层原理的深度剖析。它并非简单罗列技术名词，而是循序渐进，从最基础的光学现象讲起，为读者构建起坚实的理论框架。 光的本质与传播： 从经典的光的波动说、微粒说，到现代的光子概念，本书详细阐述了光的电磁波特性，包括光的干涉、衍射、偏振、散射等现象。这些基础知识是理解后续光电转换过程的关键。读者将学习到光的传播路径如何受介质折射率、表面形貌等因素影响，以及如何利用这些特性进行测量。 光与物质的相互作用： 光的本质是能量，当它与物质相遇时，会发生吸收、透射、反射、荧光、磷光等一系列复杂的相互作用。本书将深入探讨这些相互作用的物理机制，例如光子的能量如何被原子或分子吸收并引发跃迁，能量如何以光子或其他形式释放。理解这些机制，对于设计和选择合适的检测原理至关重要。 光电转换机理： 这是光电检测技术的真正核心。本书详细介绍了各种光电转换器件的工作原理，包括： 光电导效应： 阐述半导体材料在光照下电导率发生变化的原理，及其在光敏电阻、光电二极管等器件中的应用。 光伏效应： 深入讲解PN结在光照下产生电动势的原理，这是太阳能电池和光电二极管探测器的工作基础。 光电倍增效应： 介绍光电倍增管（PMT）如何通过光电发射和二次电子倍增实现对微弱光的超灵敏探测。 热电效应： 讲解温度变化引起电动势的原理，以及在红外探测器中的应用。 光致变色、光致发光等现象： 探讨材料在光照作用下颜色或发光特性的改变，及其在某些特定检测场景中的应用。 信号处理与增强： 光电信号往往微弱且易受干扰。本书将详细介绍信号放大、滤波、去噪等关键信号处理技术，包括模拟信号处理和数字信号处理方法。读者将学习到如何从复杂背景中提取有效信息，提高测量精度和信噪比。 二、 光电检测技术的实现：核心器件与系统 理论知识的掌握，最终要落实到实际的器件和系统上。本书不仅介绍原理，更侧重于实际应用中的关键器件及其系统构成。 各类光电器件详解： 光电探测器： 详细介绍不同类型的光电探测器，如光电二极管（PIN、雪崩光电二极管APD）、光电倍增管（PMT）、光电导管、热电堆、红外焦平面探测器（如碲镉汞、氧化钒等）。重点分析它们的响应速度、灵敏度、光谱响应范围、动态范围等关键性能参数，并指导读者如何根据具体应用选择合适的探测器。 光源： 介绍各种用于光电检测的光源，包括激光器（气体激光器、半导体激光器、固体激光器）、LED、卤素灯、氙灯等。分析不同光源的光谱特性、功率、相干性、稳定性和方向性，以及它们在不同应用中的优势与局限。 光学元件： 讲解各种用于光路设计的关键光学元件，如透镜、反射镜、棱镜、滤光片（吸收滤光片、干涉滤光片）、光纤、光栅等。阐述它们的成像原理、光路设计原则，以及如何通过组合实现光束的聚焦、准直、分光、衰减等功能。 光电检测系统的构成： 本书将引导读者理解一个完整的光电检测系统是如何搭建的。这通常包括： 光源单元： 提供稳定、特定光谱的光。 样品/被测对象： 待检测的物质或现象。 光学系统： 负责光的收集、聚焦、准直、分光等。 光电器件： 将光信号转换为电信号。 信号处理与数据采集单元： 对电信号进行放大、滤波、模数转换等处理。 数据分析与显示单元： 对采集到的数据进行分析、处理，并以直观的方式呈现。 本书将通过大量的实例，讲解不同类型光电检测系统的设计思路和关键技术，例如如何优化光路以提高信噪比，如何选择合适的电子线路以实现低噪声放大。 三、 光电检测技术的广泛应用：行业实例解析 理论的深度与器件的广度，最终体现在技术在现实世界中的强大生命力。本书的另一大亮点，在于其对光电检测技术在各行各业的广泛应用的详细阐述。 工业检测与质量控制： 无损检测： 利用透射、反射、荧光等原理，检测产品内部缺陷、表面瑕疵，如X射线成像、超声成像（结合光电转换）、涡流探伤（利用电磁感应与光反馈）、红外热成像检测设备内部过热点或结构异常。 尺寸测量与形貌分析： 利用激光三角测量、光学扫描、共聚焦显微镜等技术，实现高精度尺寸测量、表面粗糙度分析、三维形貌重建，广泛应用于精密加工、零部件检测。 颜色与光谱分析： 色度计、光谱仪在食品、纺织、涂料、印刷等行业用于颜色匹配、质量评估、成分分析。 机器视觉： 结合图像传感器、光源和图像处理算法，实现自动化生产线上的目标识别、定位、缺陷检测、产品分拣等。 科学研究与精密测量： 光谱分析： 原子光谱、分子光谱、质谱（结合光电检测）等技术，是研究物质成分、结构、化学反应过程的有力工具。 光学显微成像： 从普通光学显微镜到荧光显微镜、共聚焦显微镜、超分辨显微镜，光电检测技术使得对微观世界（细胞、分子）的观察和研究成为可能。 激光雷达（LiDAR）： 在地理测绘、自动驾驶、环境监测等领域，LiDAR通过发射激光脉冲并测量反射回波的时间，精确测量距离和构建三维环境模型。 光通信： 光纤通信系统中的光电探测器是接收和解码光信号的关键。 医疗健康领域： 医学成像： CT、MRI（利用部分光电转换技术）、PET（利用闪烁体和光电倍增管）、内窥镜、内窥镜的LED照明和图像采集。 生物信号监测： 血氧仪（通过光吸收测量血红蛋白饱和度）、心电图（部分设备结合光信号监测）、脉搏传感器。 诊断与治疗： 生化分析仪中的光谱检测、激光手术设备中的光束控制和能量监测、光动力疗法。 环境保护与安全监测： 大气污染物监测： 利用吸收光谱、荧光光谱等技术，实时监测空气中的SO2、NOx、O3等有害气体。 水质监测： 浊度计、溶解氧传感器、光谱分析仪用于检测水体中的悬浮物、化学污染物。 火焰探测与气体泄漏检测： 红外火焰探测器、紫外火焰探测器、气体传感器（部分原理与光电效应相关）用于安全预警。 安防监控： 视频监控系统中的图像传感器，夜视设备中的红外成像技术。 四、 前沿发展与未来展望 本书不仅关注经典技术，更着眼于光电检测技术的未来发展趋势，为读者描绘科技前沿的画卷。 微纳光电器件： 随着纳米技术的进步，微型化、集成化的光电器件正在兴起，如微机电系统（MEMS）集成光电传感器、纳米光子器件等，将带来更小巧、更高效、更智能的检测系统。 新型探测材料与技术： 新型半导体材料、有机半导体材料、二维材料（如石墨烯）在光电转换方面的优异性能，为开发更高灵敏度、更宽光谱响应范围的探测器提供了可能。 智能光电系统： 结合人工智能（AI）和机器学习，光电检测系统将具备更强的自主学习、智能识别和预测能力，例如在图像识别、异常检测方面。 多模态融合： 将不同类型光电检测技术，甚至与声、磁、电等其他传感技术进行融合，构建更全面、更鲁棒的检测系统，以应对复杂多变的检测场景。 生物光子学与光遗传学： 光电技术在生命科学领域的应用日益深入，例如利用光信号调控生物分子功能，实现更精密的生物学研究和疾病治疗。 结语 《光电检测技术与应用（第二版）》是一本集理论深度、技术广度与应用价值于一体的专业书籍。它不仅是电气工程、光学工程、仪器科学与技术等相关专业学生学习的宝贵教材，也是科研人员、工程师在实际工作中解决问题、创新设计的得力助手。通过深入学习本书，读者将能够透彻理解光电检测技术的精妙之处，掌握从基础原理到前沿应用的完整知识体系，从而成为光学世界的敏锐观察者和科技创新的积极践行者。本书旨在为读者提供一个全面、系统、深入的光电检测技术知识平台，激发对光电世界的无限探索热情。

评分☆☆☆☆☆

我之前一直在从事工业自动化领域的工作，对于光电检测的应用场景有着非常广泛的了解，但总觉得在理论深度上有所欠缺。这本《光电检测技术与应用（第二版）》正好弥补了我的这一遗憾。它在讲解每一项技术时，都会深入到其背后的物理原理，例如，在介绍激光雷达（LiDAR）的原理时，书中不仅仅罗列了常见的TOF（Time-of-Flight）和FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）两种体制，而是详细阐述了它们各自的优缺点、信号处理方法以及在不同应用场景下的适用性。我曾经在某个自动驾驶感知系统的项目中，就遇到过关于如何选择合适的LiDAR方案的难题。这本书中对不同LiDAR技术的精度、测距范围、扫描速率以及抗干扰能力的详细对比分析，直接帮助我们做出了更优化的技术决策，并且为我们后续的系统集成和算法开发奠定了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书在光电检测系统的设计方面，也给出了非常系统性的指导。它不仅仅是列举各种元器件，而是从整体设计的角度出发，考虑如何进行系统集成、如何优化参数、如何进行性能评估。我记得在一次项目中，我们需要设计一个用于目标识别的光电传感器系统，其中涉及到图像采集、特征提取和目标分类等多个环节。在书中关于图像处理和模式识别的部分，作者详细介绍了各种图像增强算法、边缘检测算法以及常见的分类器（如SVM、神经网络）的原理和适用场景。更重要的是，它还讨论了不同算法在实时性、计算量和识别精度上的权衡，以及如何在硬件资源有限的情况下进行最优选择。这对于我们这些需要平衡性能和成本的设计者来说，是无价的。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚接触光电领域的学生，原本对这个学科充满了好奇，但又觉得很多概念都比较抽象，不容易理解。直到我读了这本《光电检测技术与应用（第二版）》，才真正感觉找到了指路明灯。作者在讲解每一个原理的时候，都会从最基础的物理概念讲起，比如，在介绍光电倍增管时，它会先从真空管的工作原理讲起，然后引入光电阴极、倍增极等概念，一步步地构建起整个器件的工作模型。并且，书中还配有大量的示意图和实际产品照片，这让我更容易将抽象的理论与具体的硬件联系起来。我尤其喜欢书中关于低照度成像技术的部分，它详细介绍了各种提高信噪比的方法，比如热噪声抑制、读出噪声降低以及信号平均等，这些内容对于我未来从事相关的科研工作非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在光学仪器研发一线摸爬滚打多年的老兵，手里头过的教材和参考书也不少了。这本《光电检测技术与应用（第二版）》，可以说是近期让我眼前一亮的一本。它在内容编排上，有一个显著的特点，就是将理论和实践紧密结合。不是那种“两张皮”的写法，而是让你在学习基础概念的同时，就能立刻看到这些概念是如何在实际应用中落地生根的。我印象最深的是关于光纤传感器的部分。书中不仅仅介绍了不同类型光纤传感器的基本原理，比如布拉格光栅（FBG）、马赫-曾德尔干涉仪（MZI）等，还详细阐述了它们在温度、压力、应变等物理量的测量精度上的差异，以及在恶劣环境下（如高温、高压、腐蚀性介质）的应用考量。这对于我们这些需要开发能在各种复杂工况下工作的传感器的工程师来说，是极其宝贵的经验。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一开始拿到这本《光电检测技术与应用（第二版）》并没有抱太高的期望，市面上同类书籍实在太多，很多都只是老调重弹。然而，当我翻开第三章关于激光测距技术的部分，我立刻被吸引住了。作者不仅详细介绍了脉冲激光测距和相位式激光测距的原理，还深入分析了影响测量精度的各种因素，比如大气湍流、目标表面反射率、探测器响应时间以及信号处理算法等。让我印象深刻的是，书中提供了一种基于卡尔曼滤波的噪声抑制方法，在实际应用中，这种方法确实能显著提高弱信号的测量稳定性。我曾在某个项目的早期阶段，尝试过简单的阈值判别法来提取回波信号，效果非常差，总是误判。这本书的出现，简直是雪中送炭，让我对如何构建一个更鲁棒的激光测距系统有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本教科书，更像是一本经验宝典。作者在理论讲解的同时，穿插了大量的工程实践案例，这些案例的细节之丰富，让我仿佛置身于实验室或生产线上。举个例子，在讲述CCD和CMOS成像传感器时，书中详细对比了它们在像素结构、读出方式、功耗以及噪声特性上的差异，并结合实际应用场景，如高速摄影、低照度成像等，分析了不同类型传感器的优劣势。我曾经在设计一款用于野外科学考察的便携式光谱仪时，就纠结于应该选择CCD还是CMOS。这本书里关于动态范围、量子效率以及响应速度的详细对比分析，直接帮助我做出了更合理的硬件选型，大大缩短了前期技术论证的时间。而且，它在讲解过程中，还会提到一些行业内的“潜规则”或者说是一些经验性的技巧，这些是纯理论书籍很难学到的。

评分☆☆☆☆☆

作为一个长期在光学工程领域摸爬滚打的工程师，手捧这本《光电检测技术与应用（第二版）》，感觉就像找到了失散多年的战友，里面的内容，很多都是我曾经在项目中最头疼、最需要解决的关键问题。我尤其欣赏这本书在基础理论讲解上的扎实，它没有简单地堆砌公式，而是深入浅出地阐述了各个光电检测原理背后的物理机制。比如，在谈到光电导效应时，作者花了大量篇幅解释了半导体材料的能带结构、载流子产生与复合过程，以及光照强度如何影响其电导率。我记得在一次红外成像系统的开发中，我们曾因为对探测器材料的本征吸收和缺陷吸收理解不够透彻，导致背景噪声抑制效果一直不理想。翻看这本书，关于不同掺杂浓度和晶体缺陷对探测器性能的影响，以及如何通过退火等工艺手段来优化材料的电学和光学特性，给了我非常清晰的思路和改进方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于理解光电检测系统中的关键组件，比如各类光源（LED、激光器）和探测器（光电二极管、光电倍增管、CMOS/CCD等）的特性，以及它们之间的匹配关系，有非常独到的见解。我特别欣赏作者在分析不同类型光电探测器时的细致入微。例如，在讨论光电倍增管（PMT）时，书中不仅介绍了其工作原理，还细致地分析了其在不同电压下的增益、暗电流、响应速度以及空间分辨率等参数的变化趋势，并且给出了选择PMT时需要考虑的实际问题，比如高压电源的稳定性、抗磁场干扰等。我曾经在设计一个微弱荧光信号检测系统时，就因为对PMT的增益饱和效应理解不足，导致在信号强度稍大时测量结果失真。这本书的这部分内容，让我茅塞顿开，并及时调整了系统设计，避免了严重的后果。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对一些更抽象的光学概念，比如相干性、衍射等，总觉得有些难以把握，特别是当它们与实际的检测应用联系起来时。然而，这本《光电检测技术与应用（第二版）》在这方面做得非常出色。它用通俗易懂的语言，结合大量生动的图示，将这些复杂的物理现象解释得淋漓尽致。例如，在讲全息术部分，作者并没有停留在理论公式的推导，而是花了很大的篇幅来讲解如何选择合适的记录介质，如何控制曝光和显影过程，以及不同类型全息图（如体藏全息图、表面全息图）在应用上的区别。这对于我理解如何设计高精度的三维成像系统，或者如何制作用于防伪的光学元件，都提供了非常清晰的指导。我曾经在尝试制作一些微纳结构的衍射光学元件时，屡屡失败，总是达不到预期的衍射效率。翻看这本书，关于衍射效率与光栅线宽、衍射级次以及光栅材料折射率等参数的关系分析，以及如何通过优化光刻和刻蚀工艺来提高衍射效率，对我来说简直是醍醐灌顶。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种在光电检测领域摸索多年的老工程师来说，时不时地回头梳理一下基础理论，以及了解最新的技术发展动向，是保持技术先进性的重要途径。这本《光电检测技术与应用（第二版）》在这两方面都做得相当到位。它在基础理论部分，对经典的光电检测原理进行了深入的剖析，例如，在讲解光电导效应时，作者不仅给出了详细的物理模型，还讨论了不同半导体材料（如CdS、CdSe、PbS等）的光电特性，以及它们在不同光谱范围的应用。让我印象深刻的是，书中还提到了关于光电探测器饱和效应和弛豫时间对测量精度的影响，这在我进行高速、高灵敏度信号检测时，是非常关键的考量点。