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第1章 光电信息技术物理基础 1

1.1光的基本性质及其度量 1

1.1.1光的基本性质 1

1.1.2光辐射的度量 2

1.2半导体物理基础 5

1.2.1半导体的能带 6

1.2.2热平衡载流子 8

1.2.3非平衡载流子 9

1.2.4载流子的运动 11

1.2.5半导体对光的吸收 12

1.2.6半导体的PN结 14

1.2.7半导体与金属的接触 17

1.3光辐射电效应 19

1.3.1光电效应 19

1.3.2热电效应 26

习题与思考题 29

第2章 光辐射信息探测器件 30

2.1光电发射型探测器件 30

2.1.1光电发射材料 30

2.1.2光电倍增管的结构及原理 31

2.1.3光电倍增管的主要特性参数 32

2.1.4光电倍增管的工作电路 35

2.1.5光电倍增管的使用要点 36

2.2半导体光电导型探测器件 37

2.2.1光敏电阻的结构及原理 37

2.2.2几种常用的光敏电阻 38

2.2.3光敏电阻的特性参数 39

2.2.4光敏电阻的特点、应用及使用要点 40

2.3半导体光伏型探测器件 42

2.3.1光电池 42

2.3.2光敏二极管 45

2.3.3 PIN光敏二极管 49

2.3.4雪崩光敏二极管（APD） 50

2.3.5光敏三极管 52

2.3.6 PV器件与PC器件的区别及使用要点 54

2.4半导体组合型光电探测器件 55

2.4.1象限探测器件 56

2.4.2楔环探测器件 56

2.4.3光电位置探测器件（PSD） 57

2.4.4半导体色敏探测器件 59

2.4.5光电耦合器件 60

2.5热电偶与热电堆 61

2.5.1热电偶 61

2.5.2热电堆 62

2.5.3热电偶与热电堆的应用及使用要点 63

2.6热敏电阻 64

2.6.1热敏电阻的类型、结构及原理 64

2.6.2热敏电阻的特性参数 65

2.6.3热敏电阻的参数选择、应用及使用要点 66

2.6.4几种新型热敏电阻 68

2.7热释电探测器件 69

2.7.1热释电探测器件的结构与原理 69

2.7.2热释电探测器件的类型 70

2.7.3热释电器件的特性参数 72

2.7.4热释电探测器对前置放大器的要求 73

2.7.5热释电探测器的应用及使用要点 74

习题与思考题 74

第3章 光电成像器件 76

3.1光电成像器件的类型与电视制式 76

3.1.1光电成像器件的类型 76

3.1.2电视扫描方式及制式 77

3.2电荷耦合器件（CCD） 78

3.2.1 CCD的结构及原理 79

3.2.2 CCD的输入/输出及外围驱动电路 80

3.2.3 CCD的类型 83

3.2.4 CCD的特性参数 86

3.2.5 CCD的应用 90

3.3 CMOS图像传感器 91

3.3.1 CMOS图像传感器的结构及原理 92

3.3.2 CMOS图像传感器的特性参数 94

3.3.3 CMOS图像传感器与CCD的比较 98

3.3.4 CMOS摄像器件的应用 98

3.4自扫描光电二极管阵列（SSPA） 99

3.4.1 SSPA的结构及原理 99

3.4.2 SSPA类型、信号读出及放大电路 99

3.4.3 SSPA与CCD的性能比较 101

3.5接触式图像传感器CIS 101

3.5.1 CIS的结构及原理 101

3.5.2 CIS与CCD的比较 102

3.5.3 CIS的应用 102

3.6直视型光电成像器件-变像管和像增强管 103

3.6.1像管的结构与工作原理 103

3.6.2主要性能参数 104

3.6.3像增强管的级联 104

3.7特种光电成像器件 107

3.7.1红外光电成像器件 107

3.7.2紫外光电成像器件 109

3.7.3 X射线光电成像器件 111

习题与思考题 113

第4章 发光器件 114

4.1常用的普通光源 114

4.1.1光源的基本特性参数 114

4.1.2常用的普通光源 116

4.2发光二极管（LED） 117

4.2.1 LED的结构、原理及特点 117

4.2.2 LED的主要特性参数 118

4.2.3发光二极管的应用 120

4.3固体环保照明光源——白光LED 121

4.3.1白光LED的结构与原理 121

4.3.2白光LED的特点及与现行照明光源的比较 122

4.4高效节能平面分布式固态光源——OLED灯 123

4.4.1 OLED灯的结构与原理 123

4.4.2 OLED灯的特点及与现有光源的比较 124

4.5激光器 124

4.5.1激光的基本特征 125

4.5.2激光的产生 125

4.5.3气、固、液体激光器 127

4.6半导体激光器 129

4.6.1半导体激光器的特点与分类 129

4.6.2半导体激光器的主要特性参数 130

4.6.3几种典型的半导体激光器 132

4.6.4半导体激光器的安全使用 137

4.7光纤激光器 138

4.7.1光纤激光器的结构和原理 138

4.7.2光纤激光器的特点与基本特性参量 139

4.7.3几种典型的光纤激光器 140

4.8光子晶体激光器 143

4.8.1光子晶体 143

4.8.2光子晶体激光器 143

4.8.3光子晶体光纤激光器 145

习题与思考题 146

第5章 光电信息探测电路设计、数据采集与计算机接口 148

5.1光电信息输入电路的设计 148

5.1.1缓变光信号输入电路的设计 148

5.1.2交变光信号输入电路的设计 154

5.2光电信息探测电路频率特性与低噪声设计 156

5.2.1光电信息探测电路的带宽 156

5.2.2光电探测电路频率特性的设计 157

5.2.3光电信息探测电路的低噪声设计 159

5.3光电信息低噪声放大器的设计 162

5.3.1放大器噪声 162

5.3.2低噪声前置放大器的设计 164

5.3.3低噪声运算放大器的选用 168

5.3.4光电探测器件和运算放大器的连接方法 169

5.4光电信息的二值化与量化 170

5.4.1光电信息的二值化处理 170

5.4.2光电信息的量化处理 172

5.5光电信息的数据采集与计算机接口 175

5.5.1光电信号的二值化数据采集与计算机接口 175

5.5.2线阵成像器件图像数据采集与计算机接口 177

5.5.3面阵成像器件图像数据的采集与计算机接口 180

5.6嵌入式系统视频图像的数据采集 182

5.6.1嵌入式技术产品的特点 182

5.6.2线阵CCD图像数据的采集 182

5.6.3面阵CCD图像数据的采集 183

习题与思考题 184

第6章 光电信息变换和检测的技术与方法 186

6.1时变光信息的直接检测技术 186

6.1.1光信息的幅度检测技术 186

6.1.2光信息的频率检测技术 190

6.1.3光信息的相位和时间检测技术 191

6.2时变光信息的调制检测技术 193

6.2.1光信息调制的基本原理与类型 193

6.2.2光信息调制器 195

6.2.3调制信号的解调技术 199

6.3光学图像的扫描检测技术 201

6.3.1扫描的基本原理与分类 201

6.3.2图像扫描技术 202

6.3.3实体扫描技术 204

6.4几何变换的光电检测方法 207

6.4.1光电准直方法 207

6.4.2光电测长方法 209

6.4.3光电编码方法 211

6.5物理变换的光电检测方法 216

6.5.1光电干涉测量的技术方法 216

6.5.2单频光相干的条纹探测方法 218

6.5.3双频光相干的差频探测方法 220

6.5.4差频探测与直接探测法的比较 226

习题与思考题 228

第7章 光电信息传输技术 230

7.1光纤传输技术 230

7.1.1光纤与光缆 230

7.1.2光纤的传光原理 232

7.1.3光纤的连接耦合技术 232

7.1.4光纤传输系统的组成及特点 236

7.1.5光纤传输系统的设计 237

7.2无线光波传输技术 240

7.2.1无线光波传输系统的特点 240

7.2.2无线光波传输系统的组成及工作原理 241

7.2.3无线光波传输技术的难点及其解决办法 242

7.3电线电缆传输技术 243

7.3.1同轴电缆传输技术 243

7.3.2双绞线或双芯线传输技术 247

7.4无线电波传输技术 250

7.4.1微波传输技术 250

7.4.2无线移动视频传输技术 253

习题与思考题 257

第8章 光电信息处理技术 259

8.1光电信息处理的特征、内容及方法 259

8.1.1光电信息处理的特征、方法和目标 259

8.1.2数字图像分析的基本方法及处理的内容 260

8.1.3图像处理的基本方法——像素处理 263

8.2光学图像处理 267

8.2.1光学图像处理的理论基础和方法 267

8.2.2相干光学信息处理 270

8.2.3非相干光学信息处理 274

8.2.4白光信息处理 276

8.3光电图像处理 278

8.3.1光电图像处理与光学图像处理的比较 278

8.3.2视频标准 278

8.3.3视频图像处理的特点与研究内容 281

8.3.4视频滤波 282

8.3.5视频图像的编码压缩 285

8.4基于DSP的数字图像处理 290

8.4.1 DSP及其系统 291

8.4.2 DSP处理系统的设计 293

习题与思考题 295

第9章 光电信息存储技术 296

9.1光盘存储技术 296

9.1.1光盘存储的原理 296

9.1.2光盘存储的类型 297

9.1.3光盘存储器 303

9.2全息存储技术 305

9.2.1全息存储的原理 305

9.2.2全息存储的特点 306

9.2.3全息存储的应用 306

9.3超高密度光电存储技术 307

9.3.1双光子双稳态等三维数字存储技术 307

9.3.2电子俘获存储技术 309

9.3.3光谱烧孔存储技术 309

9.3.4近场光学存储技术 310

9.3.5超高密度光电存储技术的发展趋势 310

9.4其他存储技术 311

9.4.1半导体存储技术 311

9.4.2磁带磁盘存储技术 314

习题与思考题 317

第10章 光电信息显示技术 319

10.1 CRT显示技术 319

10.1.1黑白CRT显示技术 319

10.1.2彩色CRT显示技术 321

10.1.3 CRT显示器的优缺点 324

10.1.4 CRT显示器的发展趋势及应用 324

10.2 LCD显示技术 325

10.2.1 LCD的基本结构及工作原理 325

10.2.2液晶显示器的类型及比较 326

10.2.3大尺寸TFT液晶显示屏 327

10.2.4液晶显示器的优缺点 328

10.3 PDP显示技术 329

10.3.1 PDP的结构、原理与类型 329

10.3.2交流PDP显示板结构 330

10.3.3 PDP显示器的优缺点 331

10.4 LED阵列显示屏技术 331

10.4.1 LED显示屏的结构与原理 332

10.4.2 LED显示屏的特点与类型 332

10.4.3 LED大屏幕显示器 333

10.4.4 LED大屏幕显示器真彩实现 334

10.5 OLED显示技术 334

10.5.1 OLED的基本结构及其发光原理 334

10.5.2 OLED的分类 336

10.5.3 OLED的优缺点 338

10.5.4 OLED与TFT-LCD的比较 338

10.6其他显示技术 339

10.6.1硅基液晶显示技术 339

10.6.2数字微镜器件显示技术 340

10.6.3光阀投影显示技术 342

习题与思考题 345

第11章 光电信息技术的典型应用 346

11.1激光测量技术 346

11.1.1激光测距 346

11.1.2激光多普勒测速 350

11.1.3激光线径的测量 350

11.1.4激光热轧带钢板形测量 351

11.2微弱光电信息检测技术 352

11.2.1相关检测 353

11.2.2锁相放大器 354

11.2.3取样积分器 357

11.2.4光子计数系统 359

11.3光纤传感技术 363

11.3.1光纤传感概述 363

11.3.2基于强度的光纤传感器 364

11.3.3基于相位的光纤传感器 365

11.3.4基于偏振的光纤传感器 368

11.3.5基于频率（或波长）的光纤传感器 368

11.3.6光纤光栅型传感器 369

11.3.7多路复用和分布式光纤传感器 373

11.4视频图像检测技术 377

11.4.1视频图像检测系统的分类及组成 378

11.4.2一维尺寸视频图像测量 379

11.4.3二维尺寸视频图像测量 382

11.4.4三维尺寸视频图像测量 383

11.5视频监控技术 384

11.5.1视频监控系统的组成 384

11.5.2视频监控系统的前端设备 387

11.5.3视频监控系统的控制设备 389

11.5.4视频监控系统的终端设备 390

11.6光谱测量技术 391

11.6.1单色光的产生 391

11.6.2傅里叶变换红外光谱仪 392

11.6.3用CCD检测的光学多通道分析仪 394

习题与思考题 395

各章计算题答案 397

参考文献 399

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