光電技術(第4版)（簡體書）

本書為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。本書系統地介紹了光電技術的基本概念、各種光電器件的工作原理與特性、發展趨勢和典型應用等。主要內容包括：光電技術基礎，光電導器件，光生伏特器件，光電發射器件，熱輻射探測器件，發光器件與光電耦合器件，光電信息變換，圖像信息的光電變換，光電信號的數據采集與計算機接口技術，光電信息變換技術的典型應用，光電技術的新發展，以及光電信息綜合實驗、課程設計與畢業設計等。本書可作為高等學校光電信息科學與工程、測控技術與儀器、空間科學與技術、海洋技術、測繪工程、機械電子工程、公安圖像技術、生物醫學工程等專業本科生及研究生教材，也可作為光電技術領域科技人員的參考書。

光電技術屬￿信息科學的一門重要技術，是將光學技術、現代微電子技術、精密機械及計算機技術有機結合起來的新技術，已成為獲取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。它引入許多電子信息技術中的各種基本概念，如將調製與解調、放大與振盪、倍頻與差頻等技術移植到光頻段，產生了光頻段的電子技術。這一先進技術使人類能更有效地擴展自身與“機器”的視覺能力，使視覺波長響應範圍不斷擴展，長波限延伸到亞毫米波，短波限延伸至紫外、X射線、γ射線，乃至高能粒子；響應速度也在飛速提高，現在可以記錄飛秒級超快速現象（如核反應、航空器發射）的變化過程；應用範圍擴展到國民經濟與國防科技和人類探索星際科學的各個領域。
隨著自動化與智能化的發展，智能製造已經成為國家創新發展的重要發展方向，光電技術在智能製造領域不斷佔有舉足輕重的作用，新型光電傳感器不斷湧現，光電技術新方法在智能製造設備中的應用也在迅猛發展。例如，利用半導體激光器與物理光學技術構成的各種光源已經得到廣泛應用，幾千萬像元CCD與CMOS圖像傳感器已在工業和民用領域隨處可見，熱成像技術、THz技術也被廣泛應用于安檢、軍事工程和工業智能化領域，量子通信與量子計算機為人類認識世界發揮重要作用。光電技術已成為信息科學技術領域的重要技術。
光電技術的內容涉及光電信息與能量的轉換、光電傳感、檢測、特種光源、計算機數據采集和處理等內容，它使基於人眼的“光學檢測技術”發展成為智能化的光電檢測技術。
本書為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。
本書第1、2、3版分別於2005、2008、2013年出版，期間承蒙廣大高校師生的厚愛，先後有百餘所高等院校將本書選做教材或指定參考書，並得到讀者大量的使用和反饋信息，提出很好的意見與建議，為第4版的編寫幫助很大。
這次的第4版，作者在總結多年的教學經驗基礎上，適應當前“新工科”育人要求而編寫。在保持第3版基本內容和特色的基礎上，內容上主要有以下幾個方面的變化：
(1)貫徹教育部近期推出的一系列提高學生動手動腦能力的舉措和加強實踐教學環節的有關精神，從培養創新人才的角度對各章“思考題與習題”進行了較大的修改與補充，目的是增強學生自主學習的積極性，擴展知識面，強化應用意識，提高創新思維。對第6、10、12章的內容進行了較大的改動。增加了“光電信息綜合實驗”的內容。有些內容不必安排在課內講授，是為教師與學生提供的參考，有利於對光電技術內容的系統掌握。
（2）刪掉了“習題解答”內容，希望讀者不受約束，充分利用所學的知識，開動腦筋，自主找到“思考題與習題”答案，而且很多習題答案是多解的，尤其設計性的習題。對於各章較難的思考題與習題，作者會給出解題思路放在電子課件中。
(3) 對各章內容的闡述有所變更。本書所做的其他修訂有百餘處，其中大部分改動是使論述更為準確、嚴謹，易於閱讀和理解，進一步提高教材質量。
本書具有以下特點：
● 內容全面，體系完整，結構合理，重點突出，注重應用，適應更加廣泛的專業教學需要。
● 注重內容的科學性與先進性，適度增加現代光電技術應用內容，使經典理論與現代科技內容相輔相成，循序漸進，便於組織教學。
● 例題與習題的選擇密切聯繫當今科技發展方向，使學生能充分感受課程的重要價值，提高學習的積極性。
● 配有免費電子課件，幫助教師與學生掌握光電技術的重點內容；書中章節前標“*”的內容可根據本專業的特點選用。
本書由天津大學王慶有主編並統稿。具體寫作分工為：天津大學黃戰華編寫第12章，並對全書的編寫提出寶貴意見和建議；首都師範大學張存林編寫第11章；天津工業大學尚可可編寫第7章；天津工業大學宋振明、顧宏編寫第6章部分內容；其餘章節均由王慶有編寫。
西安工業大學劉纏牢教授對書稿進行了認真細緻的審校並提出了許多寶貴建議，在此表示衷心的感謝。本書在編寫過程中參考了大量的國內外資料，特對這些文獻的作者表示感謝。
本書在編寫過程中還得到天津大學光電信息工程系許多同志和研究生的大力支持和幫助，在此特向他們表示誠摯的謝意。
感謝電子工業出版社韓同平編輯在本書編輯、出版過程中的辛勤工作和熱情幫助。
由於作者水平有限，書中難免出現錯誤和不足，誠望讀者批評指正。
作者聯繫方式：wqy@tjueducn；QQ：2801051329

第1章光電技術基礎
11光輻射的度量
111與光源有關的輻度參數與光度參數
112與接收器有關的輻度參數及光度參數
12光譜輻射分佈與量子流速率
121光源的光譜輻射分佈參量
122量子流速率
13物體熱輻射
131黑體輻射定律
*132輻射體的分類及其溫度錶示
14輻度參數與光度參數的關係
141人眼的視覺靈敏度
142人眼的光譜光視效能
143輻射體光視效能
15半導體對光的吸收
151物質對光吸收的一般規律
152半導體對光的吸收
16光電效應
161內光電效應
162外光電效應
思考題與習題1
第2章光電導器件
21光敏電阻的原理與結構
22光敏電阻的基本特性
23光敏電阻的變換電路
231基本偏置電路
232恒流電路
233恒壓電路
234例題
24光敏電阻的應用實例
思考題與習題2
第3章光生伏特器件
31矽光電二極管
311矽光電二極管的工作原理
312光電二極管的基本特性
32其他類型的光生伏特器件
321PIN型光電二極管
322雪崩光電二極管
323矽光電池
324光電三極管
325色敏光生伏特器件
326光生伏特器件組合件
*327光電位置敏感器件（PSD）
33光生伏特器件的偏置電路
331反向偏置電路
332零伏偏置電路
34半導體光電器件的特性參數與應用選擇
341半導體光電器件的特性參數
342半導體光電器件的應用選擇
思考題與習題3
第4章光電發射器件
41光電發射陰極
411光電發射陰極的主要特性參數
*412光電陰極材料
42真空光電管與光電倍增管的工作原理
421真空光電管的原理
422光電倍增管的基本原理
*423光電倍增管的結構
43光電倍增管的基本特性
44光電倍增管的供電電路
45光電倍增管的典型應用
451光譜探測領域的應用
*452時間分辨熒光免疫分析中的應用
思考題與習題4
第5章熱輻射探測器件
51熱輻射的一般規律
511溫度變化方程
512熱電器件的最小可探測功率
52熱敏電阻與熱電堆探測器
521熱敏電阻
522熱電偶探測器
*523熱電堆探測器
53熱釋電器件
531熱釋電器件的基本工作原理
532熱釋電器件的靈敏度
533熱釋電器件的噪聲
534熱釋電器件的類型
535典型熱釋電器件
54熱探測器概述
思考題與習題5
第6章發光器件與光電耦合器件
61LED的基本工作原理與特性
611LED的發光機理
612LED的特性參數
613驅動電路
62LED的應用
621LED綠色照明光源
622LED在顯示方面的應用
63光電耦合器件
631光電耦合器件的結構與電路符號
632光電耦合器件的特性參數
64光電耦合器件的應用
思考題與習題6
第7章光電信息變換
71光電信息變換的分類
711光電信息變換的基本形式
712光電信息變換的類型
72光電變換電路的分類
721模擬光電變換電路
722模-數光電變換電路
73幾何光學方法的光電信息變換
731長、寬尺寸信息的光電變換
732位移信息的光電變換
733速度信息的光電變換
74物理光學方法的光電信息變換
741干涉方法的光電信息變換
742衍射方法的光電信息變換
75時變光電信息的調製
751調製的基本原理與類型
752信號的調製
753調製信號的解調
思考題與習題7
第8章圖像信息的光電變換
81圖像傳感器簡介
82光電成像原理與電視制式
821光電成像原理
822電視制式
83電荷耦合器件
831線陣CCD圖像傳感器
832面陣CCD圖像傳感器
84CMOS圖像傳感器
841CMOS圖像傳感器的結構原理
842典型CMOS圖像傳感器
85紅外熱成像
86圖像的增強與變相
861工作原理及其典型結構
862性能參數
*863像增強器的級聯
思考題與習題8
第9章光電信號的數據采集與計算機接口技術
91光電信號的二值化處理
911單元光電信號的二值化處理
912序列光電信號的二值化處理
92光電信號的二值化數據采集與接口
93光電信號的量化處理與A/D數據采集
931單元光電信號的量化處理
932單元光電信號的A/D數據采集
933序列光電信號的量化處理
934序列光電信號的A/D數據采集與計算機接口
94視頻信號的A/D數據采集
941基於 PC總線的圖像採集卡
942基於PCI總線的圖像採集卡
思考題與習題9
第10章光電技術的典型應用
101用於長度量的測量與控制
1011板材定長裁剪系統
1012鋼板寬度的非接觸自動測量
102物體直線度與同軸度的測量技術
1021激光准直測量原理
1022不直度的測量
1023不同軸度的測量
103階梯面高度差的非接觸測量技術
1031階梯面高度差的定義
1032利用一字線激光突顯階梯面高度差
1033階梯面高度差測量精度、穩定性與測量範圍
104表面粗糙度的檢測方法
1041測量原理
1042檢測實驗裝置
1043實驗方法
105激光多普勒測速技術
1051多普勒測速原理
1052激光多普勒測速儀的組成
1053激光多普勒測速技術的應用
1054多普勒全場測速技術
106光電搜索、跟蹤與制導應用
1061搜索儀與跟蹤儀
1062激光制導
1063紅外跟蹤制導
107光學傳遞函數檢測技術
1071OTF的基本概念
1072測定OTF的掃描調製法
1073光電傅裡葉分析OTF測定儀
108光學系統透過率測試技術
1081透過率
1082望遠系統透過率的測量
1083照相物鏡透過率的測量
109印刷出版工業中的光電技術
1091激光照排系統
1092激光雕刻凸版和凹版機
1093激光打印機和複印機
1094光盤存儲
1010醫用圖像傳感器檢測技術
10101X射線圖像增強器
10102醫用圖像傳感器的應用
思考題與習題10
第11章光電技術的新發展
111泵浦探測技術
112頻率上轉換光電探測技術
113光電技術的發展趨勢
1131光電技術的若干進展
1132光電技術的應用
1133世界光電子技術發展趨勢
思考題與習題11
本章參考文獻
第12章光電信息綜合實驗與設計
121光電信息綜合實驗
1211非接觸測量物體位置與振動參數實驗系統的原理
1212非接觸測量物體位置與振動參數實驗的內容
1213數據分析與實驗總結
122光電技術課程設計
1221輻射體光譜分佈與探測器的光譜響應
1222光纖光功率計的課程設計
1223典型光電技術課程設計案例
123畢業設計
1231紅外遙控開關的設計
1232應用線陣CCD實現鋼珠的自動篩選
參考文獻