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第一章绪论
光电检测技术是对待测光学量或由非光学待测物理量转换成光学量,通过光电变换和电路处理的方法进行检测的一门光电信息技术。在本章中,我们将要学习到典型光电检测系统的基本组成及各组成部分的功能和光电检测技术的特点及应用领域。
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●1.1光电检测系统的基本组成
一个典型的光电检测系统包含5个基本组成单元,它们在系统中的功能定位各异。我们给出2个示例更清晰直观的展现光电检测系统的功能框图。
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●1.2光电检测技术主要特点及用途
光电检测技术将光学技术和电子技术相结合实现对各种被测物理量的检测。它具有10个特点,主要应用于5个领域,未来发展趋势表现在7个方面。
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第二章光学变换基础与系统设计
光信号获取和优化是光电检测系统要解决的首要问题。在本章中,我们将在介绍光辐射物理知识和光调制物理原理的基础上,根据光度量学和辐射度量学阐释光电检测技术中常用光源和光学变换系统的工作原理和功能特点。
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●2.1光的基本性质
光是微粒呢,还是电磁波呢?这是一个历史性的问题!
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●2.2光的发射和吸收
光从哪里来?光又要到哪里去?这不仅仅是一个哲学问题!
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●2.3光在介质中的传播
有两种光学介质值得人们玩味,一种是非均匀介质,另一种则是均匀介质。大气是非均匀介质,光纤纤芯是均匀介质。光在这两种光学介质中传播会经历些什么?我们拭目以待!
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●2.4光的度量
对光的度量随着人们对光的认识建立了2套度量体系,1套是主观的,另1套则是客观的!
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●2.5光的调制
在光电检测系统中,常常需要使光辐射的强度、振幅、频率或相位按一定要求进行有规律的变化,这个变化过程就称为光的调制。光也是一种信号!它的调制和信号调制原理其实没啥太大区别!
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●2.6光源
上帝说:要有光,于是便有了光。其实不是这样的……
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●2.7目视光学系统
在光电检测领域光靠人眼观看是远远不够的!和人眼配合使用的,可直接扩大人眼视觉能力的光学系统常常能发挥巨大的作用!
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●2.8光调制单元
你知道吗?光调制分内调制和外调制。在光电检测系统中,这些调制器件到底具有怎样的特点呢?在本节你将找到答案。
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第三章光电传感与检测器件
光电传感和检测器件是光电检测系统中实现从光信号到电信号转换的关键组成元件。在本章中,我们首先介绍3种基本的光电效应。光辐射有热反应,热可能会生电,我们再介绍3种热电效应。同学们了解了这些物理效应之后,将进一步学习包括热电探测器在内的4大类光电传感与检测器件,深入了解它们的结构特点、工作原理和性能评价指标。
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●3.1光电效应
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象!赫兹于1887年就发现了光电效应,但光电效应的物理解释却经历了较为漫长的历史,直到爱因斯坦来了……
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●3.2光电探测器的性能评价
同学们,当你拿到一款光电探测器,你能搞清楚厂家给出的产品性能参数吗?本节课我们将带大家一起了解光电探测器的性能指标以及噪声影响。
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●3.3光子探测器
光子探测器是基于光量子与物质相互作用的物理原理而开发的一类光电探测器。它们是光电子发射探测器和半导体光电探测器。
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●3.4热电探测器
热电探测器是基于光辐射与物质相互作用的热效应而开发的一类光电探测器。它们是测辐射热敏电阻、测辐射热电偶和热释电探测器。
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第四章光电成像原理与技术
光电成像技术是适应信息社会需要而迅速发展的一门光电检测技术,是目前光电技术发展的最高阶段。在本章中,我们在介绍光电图像的数学物理描述基础上,主要讲解真空像管和固体图像成像器件如CCD和CMOS图像传感器的结构特点、工作原理和性能评价指标。
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●4.1光电成像基本原理
图像在物理上是客观三维景物随时间(或者说是光照情况)、温度以及色彩变化的一种二维分布表示。图像,尤其是光电图像的物理描述显得尤为重要。
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●4.2光电成像器件的性能评价
增益、灵敏度、惰性、传递函数、信噪比和探测度等等,这些是你掌握图像器件必不可少的知识门槛。
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●4.3像管
如果没有当初像管的发明,很难想象大家究竟能不能看到电视?本节课我将带大家一起认识电视行业的鼻祖即显像管电视的核心元件——像管!
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●4.4固体成像器件
2类固体成像器件值得同学们认真学习!它们是CCD和CMOS成像器件,有关它们的结构、原理、性能、特点和应用是本节课学习的重点。
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第五章光电检测电路
光电检测电路由光电器件、输入电路和前置放大器组成。光电器件把被测光信号转化成电信号,而输入电路则为光电器件提供正常的工作条件,进行电参量的变化,如将电流或电阻变化转化为电压信号,同时完成和前置放大器的电路匹配。前置放大器则对微弱的电信号进行放大处理。在本章中,我们主要介绍光电输入电路的静态和动态计算。光电检测电路噪声估算、光电信号的放大电路以及光电信号的数据采集与微机接口电路则留待同学们自行学习。
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●5.1光电检测电路的设计要求
针对具体的光电检测案例,掌握光电探测器的5个选择要点和光电检测电路的4个设计要求非常必要!
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●5.2缓变光信号检测电路设计与分析
缓慢变化的光信号通常采用直流电路进行检测,直流电路的设计重点在于进行静态计算。对于种类繁多的光电器件,我们根据这些器件的伏安特性分作恒流源型、光伏型、可变电阻型三种基本类型进行静态电路分析。
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●5.3交变光信号检测电路设计与分析
在许多场合下,光电检测电路接收到的信号是随时间变化的。在分析和设计交变光信号检测电路时,需要确定检测电路的动态工作状态以及频率特点。
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第六章典型光电检测应用系统
光电检测技术是各种检测技术中的重要组成部分。随着新型光电传感和光电成像器件的研发,以及电子技术和微机技术的发展,近年来光电检测技术的应用越来越广,几乎渗透到几乎所有的工业和科研领域。在本章中,我们将列举4种典型的光电检测技术应用案例。
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●6.1红外光电检测技术
红外线,肉眼看不见。但红外检测技术在光电检测技术应用领域却占有重要地位。
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●6.2激光检测技术
激光,很刺眼!但激光检测技术在光电检测技术应用领域却具有举足轻重的意义。
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●6.3光纤传感与检测技术
光纤,很常见!但光纤传感与检测技术在光电检测技术应用领域也发挥支撑作用。
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●6.4光谱技术
光谱,听说过!实际光谱技术在光电检测技术领域应用非常广泛。