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绪论1

第一章光探测器的物理基础4

1.1 光电效应和光热效应4

1.1.1 光电效应4

1.1.2 光热效应11

1.2 光—电转换的基本规律14

1.2.1 光—电转换过程的简单描述14

1.2.2 光—电转换过程的半经典理论15

1.2.3 探测方式19

1.3 光探测器的特性参数19

2.1.1 光电子计数统计特性27

2.1 光电子计数统计27

第二章光电子计数统计与光探测器噪声27

2.1.2 光电子计数变量K的数字特征29

2.1.3 量子效率η30

2.1.4 单色点探测30

2.2. 光电变换过程的统计分析31

2.2.1 光探测器输出过程——散粒噪声过程31

2.2.2 理想光探测器的输出光电流及噪声34

2.3 光电探测器的噪声及其谱密度35

2.3.1 噪声的统计特性36

2.3.2 噪声功率谱密度36

2.4.1 散粒噪声39

2.4 光探测器的噪声39

2.3.3 噪声相关性39

2.4.2 热噪声40

2.4.3 产生-复合噪声42

2.4.4 温度噪声43

2.4.5 电流噪声(I/f噪声)44

第三章光电子发射探测器46

3.1 光电子发射46

3.1.1 金属的光电子发射46

3.1.2 半导体的光电子发射47

3.1.3 实用光电阴极49

3.1.4 负电子亲和势(NEA)光电阴极50

3.2.1 真空光电二极管51

3.2 光电二极管51

3.2.2 充气光电二极管52

3.3 光电倍增管53

3.3.1 光电倍增管的工作原理53

3.3.2 倍增极56

3.3.3 光电倍增管的基本特性58

3.3.4 光电倍增管的供电电路61

3.4 微通道板63

3.4.1 微通道板的结构及工作原理64

3.4.2 微通道板的增益与自饱和65

3.4.3 微通道板的噪声67

3.4.4 微通道板的应用67

3.5.1 闪烁计数器电路68

3.5 应用举例68

3.5.2 薄膜测量电路69

3.5.3 光电显微镜变换电路70

第四章光电导探测器72

4.1 光电导探测器的工作原理72

4.1.1 光电导探测器的光电流72

4.1.2 光电导探测器的工作模式及等效电路74

4.2 光电导探测器的噪声75

4.3 光电导探测器的性能参数76

4.3.1 响应率76

4.3.3 比探测率77

4.3.2 光谱特性77

4.3.4 温度特性78

4.3.5 频率响应及响应时间78

4.4 实用光电导探测器80

4.4.1 本征型光电导探测器80

4.4.2 杂质型光电导探测器89

第五章光伏探测器92

5.1 光伏探测器的工作原理92

5.1.1 光照下理想P-n结方程及特性曲线92

5.1.2 光伏探测器的等效电路93

5.2 光伏探测器的噪声94

5.3.1 响应率95

5.3.2 比探测率95

5.3 光伏探测器的性能参数95

5.3.3 光谱特性96

5.3.4 频率响应及响应时间97

5.3.5 温度特性98

5.4 常用光伏探测器98

5.4.1 p-n结光电二极管99

5.4.2 PIN光电二极管101

5.4.3 雪崩光电二极管(APD)103

5.4.4 光电三极管106

5.4.5 碲镉汞(HgCdTe)、碲锡铅(PbSnTe)红外光伏探测器112

5.4.6 锑化铟(InSb)红外光伏探测器113

5.4.7 其它光伏探测器113

5.4.8 固体成像器件120

第六章热探测器130

6.1 热探测器的一般原理130

6.1.1 热探测器的热回路130

6.1.2 热探测器的最小可探测功率131

6.2 热释电探测器132

6.2.1 热释电探测器的工作原理132

6.2.2 热释电探测器的特性134

6.2.3 热释电材料139

6.2.4 几种常用的热释电探测器140

6.2.5 热释电探测器的应用142

6.3 测辐射热电偶和热电堆143

6.3.1 测辐射热电偶的工作原理143

6.3.2 测辐射热电偶的特性144

6.3.3 测辐射热电堆145

6.4.1 热敏电阻测辐射热计的工作原理146

6.4 测辐射热计146

6.4.2 热敏电阻测辐射热计的特性148

6.5 其它类型的热探测器151

第七章光探测器的偏置与放大153

7.1 放大器噪声153

7.1.1 放大器E？—I?噪声模型153

7.1.2 放大器噪声系数154

7.1.3 最佳源电阻R?156

7.1.4 电阻温度与噪声156

7.1.5 晶体管的噪声特性157

7.2.1 光探测器常用偏置电路160

7.2 光探测器的偏置160

7.2.2 光伏探测器常用偏置电路161

7.2.3 光电导探测器常用偏置电路162

7.2.4 其它光探测器的偏置电路163

7.3 光探测器的前置放大器164

7.3.1 光探测器前置放大器的特点164

7.3.2 光探测低噪声放大技术165

7.4 常用光探测器的偏置与前置放大举例169

7.4.1 光电导探测器的偏置与前置放大器举例169

7.4.2 光伏探测器的偏置与前置放大器举例170

7.4.3 热释电探测器的阻抗变换与前置放大174

8.1.1 直接探测的基本物理过程177

8.1 直接探测的基本工作原理177

第八章直接探测方法177

8.1.2 直接探测系统的信噪比178

8.1.3 直接探测系统的噪声等效功率(NEP)179

8.2 接收光学系统及背景辐射180

8.2.1 接收光学系统180

8.2.2 光探测器对应的视场及背景辐射182

8.2.3 光探测器与光纤耦合184

8.3 光探测器的内增益对直接探测系统性能的影响184

8.4 信号处理方法对直接探测系统性能的影响186

8.4.1 电子系统的带宽187

8.4.2 强度调制的副载波直接探测系统188

8.5.1 光功率测量190

8.5 直接探测方法应用举例190

8.5.2 条形码阅读器192

8.5.3 激光数码唱机193

8.6 直接探测系统灵敏度的计算196

8.6.1 模拟信号直接探测系统196

8.6.2 数字信号直接探测系统199

第九章光外差探测方法205

9.1 光外差探测的基本原理205

9.1.1 基本原理205

9.1.2 光外差探测的信噪比和噪声等效功率208

9.2 光外差探测的空间条件和频率条件216

9.2.1 光外差探测的空间条件216

9.2.2 用聚焦透镜降低空间准直要求218

9.2.3 光外差探测的频率条件219

9.3 光零差探测220

9.3.1 光零差探测的基本原理220

9.3.2 光零差探测的信噪比和噪声等效功率220

9.4 三频光外差探测221

9.4.1 三频光外差探测的基本原理221

9.4.2 三频光外差探测的信噪比和最小可探测功率223

9.5 光通道对光外差探测的影响224

9.5.1 大气湍流对光外差探测的影响224

9.5.2 信号光偏振态起伏对光外差探测的影响226

9.6.1 CO2激光外差通信系统227

9.6 光外差探测技术的应用227

9.6.2 激光雷达230

9.6.3 相干光纤通信系统232

9.6.4 相位型光纤传感器234

第十章微弱信号检测技术237

10.1 探测系统的实际灵敏度及等效噪声带宽237

10.2 相关检测原理239

10.2.1 相关函数239

10.2.2 相关检测241

10.3 锁定放大器244

10.3.1 锁定放大器的工作原理244

10.3.2 锁定放大器的主要参数246

10.4 取样积分器247

10.4.1 取样积分器的工作原理248

10.4.2 取样积分器的主要参数252

10.4.3 多通道取样平均254

10.5 光子计数器255

10.5.1 光子计数方法255

10.5.2 光子计数器的工作原理257

10.6 光学多道分析仪258

10.6.1 并行检测器258

10.6.2 光多道分析仪(OMA)261

10.6.3 光多道分析仪的应用261

11.1 基本探测电路264

11.1.1 光电开关电路264

第十一章应用264

11.1.2 恒定光探测电路265

11.1.3 调制光探测电路266

11.1.4 光电三极管的逻辑电路267

11.1.5 光电二极管比较电路267

11.2 应用举例268

11.2.1 高速光纤通信系统268

11.2.2 光电测距仪270

11.2.3 表面光洁度的相关检测271

11.2.4 二维温度分布的测定273

11.2.5 红外成像雷达274

11.2.6 光电开关275

11.2.7 入侵报警器277