光电变换与检测技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《光电变换与检测技术》分为两大部分。第一部分（第1章-第5章）为光电信息变换内容，介绍有关光电器件的基本知识，各种光电探测器件、成像器件和热电探测器件的工作原理与特征，偏置电路及典型应用；介绍各种光电信息变换的方式、类型及其原理。第二部分（第6章~第12章）结合科研和生产的实际，介绍了辐射信号检测、零件尺寸检测、位移检测、光谱检测、光子计数技术、光纤传感技术及光电新技术等。
　　《光电变换与检测技术》作为应用型教材在内容上反映了科研和生产的新技术，理论分析简洁，概念清晰，理论与实际密切相结合，有宜于应用型人才的培养。
　　《光电变换与检测技术》适用专业较广，可作为光信息科学与技术、电子科学与技术、光电子技术、光电信息工程、测控技术与仪器、科学电子与技术、电子信息与电气类专业教学用书，也可作为光电科技领域技术人员的参考书。

内页插图

目录

绪论

第1章 光电信息变换的基本知识
1．1 光的两重性
1．1．1 电磁波谱和光谱
1．1．2 光的粒子性（或量子性）
1．2 入射光的基本度量单位
1．2．1 通量单位
1．2．2 照度单位
1．2．3 辐射度参数与光度参数关系
1．3 常用光源
1．3．1 半导体发光二极管
1．3．2 半导体激光器
1．4 光调制
1．4．1 调制光的优点
1．4．2 光调制的方法
1．5 光电效应
1．5．1 光电导效应
1．5．2 光生伏特效应
1．5．3 外光电效应
1．6 光电器件的基本特性
1．6．1 灵敏度
1．6．2 光谱响应
1．6．3 频率响应
思考题与习题

第2章 光电探测器件
2．1 光敏电阻
2．1．1 光敏电阻的结构及种类
2．1．2 光敏电阻的基本工作原理
2．1．3 光敏电阻的偏置电路
2．2 光生伏特器件
2．2．1 光生伏特器件的基本原理
2．2．2 半导体光电管
2．2．3 光电管的基本电路
2．2．4 光电池
2．2．5 光生伏特器件组合件
2．2．6 光电位置敏感器件（PSD）
2．3 真空光电倍增管
2．3．1 真空光电倍增管的基本原理
2．3．2 真空光电倍增管的输出特性
2．3．3 光电倍增管的供电电路
2．4 光电耦合器
2．4．1 光电耦合器的基本原理
2．4．2 光电耦合器的基本电路
2．4．3 光电耦合器的应用
思考题与习题

第3章 热电探测器件
3．1 热电探测器件的基本原理
3．2 热敏电阻
3．3 热电偶与热电堆探测器
3．4 热释电器件
思考题与习题

第4章 光电成像器件
4．1 光电成像器件的类型
4．1．1 直接显示型光电成像器件
4．1．2 间接显示型光电成像器件
4．2 光电成像器件的基本特性
4．2．1 光谱响应
4．2．2 转换特性
4．2．3 分辨力
4．3 变像管和像增强器
4．3．1 变像管和像增强器的工作原理
4．3．2 变像管
4．3．3 像增强器
4．3．4 像管的特性
4．3．5 高压电源
4．4 摄像管
4．4．1 摄像管的一般原理
4．4．2 视像管
4．4．3 视像管靶
4．4．4 光电发射式摄像管
4．4．5 摄像管的基本电路
4．5 电荷耦合摄像器件
4．5．1 CCD的MOS结构及工作原理
4．5．2 电极结构及工作原理
4．5．3 电荷传输
4．5．4 电荷注入与电荷检取
4．5．5 CCD摄像器件
思考题与习题

第5章 光电信息变换
5．1 光电信息变换的类型
5．1．1 光电传感器的基本形式
5．1．2 光电信息变换的工作原理
5．1．3 光电器件选择
5．2 模拟光电信息变换
5．2．1 简单式变换
5．2．2 温度补偿
5．2．3 差接式变换
5．2．4 光外差式变换
5．3 模-数光电信息变换
5．3．1 激光扫描直径信息变换
5．3．2 光电转速信息变换
5．3．3 激光干涉信息变换
5．3．4 光栅莫尔条纹信息变换
5．3．5 编码器角度代码信息变换
思考题与习题

第6章 辐射信号检测
6．1 缓变信号探测
6．1．1 光学结构
6．1．2 调制盘
6．1．3 调制盘对背景信号的空间滤波
6．2 脉冲信号探测
6．2．1 探测阈值及信噪比
6．2．2 滤波器带宽的选择
6．3 辐射温度检测
6．4 脉冲法测距
6．5 相位法测距
6．5．1 相位法测距的基本原理
6．5．2 测尺频率的选择
6．5．3 差频测相
思考题与习题

第7章 零件尺寸检测
7．1 模拟变换检测法
7．1．1 光通量变换法
7．1．2 光电投影法
7．2 模-数变换检测法
7．2．1 光学扫描法
7．2．2 电扫描法
思考题与习题

第8章 位移检测
8．1 激光干涉位移检测
8．1．1 激光干涉仪原理
8．1．2 光电接收和数字显示电路
8．2 光栅位移检测
8．2．1 光栅位移传感器
8．2．2 光栅线位移检测
8．2．3 莫尔条纹信号的电子细分
8．2．4 光栅角位移检测
思考题与习题

第9章 光谱检测
9．1 概述
9．1．1 光电光谱检测框图
9．1．2 光谱信息变换
9．1．3 光谱检测器
9．1．4 微机系统
9．2 光谱信息变换
9．2．1 光谱形成器
9．2．2 衍射光栅
9．3 光谱信号检测典型应用
9．3．1 红外分光光度计
9．3．2 光多通道分析仪
思考题与习题

第10章 光子计数技术
10．1 光子计数器的原理
10．2 光子计数器中的光电倍增管
10．3 放大器与鉴别器
10．3．1 前置放大器
10．3．2 脉冲幅度鉴别器
10．4 光子计数器的检测法
思考题与习题

第11章 光纤传感技术
11．1 光导纤维的基本知识
11．1．1 光纤传光原理
11．1．2 光纤的分类
11．1．3 光纤的基本特性
11．2 光纤传感器的基本原理和类型
11．3 非功能型光纤传感器
11．4 功能型光纤传感器
思考题与习题

第12章 光电信息技术应用
12．1 光存储技术
12．2 光盘存储
12．3 光盘驱动器
12．4 蓝光刻录
12．5 光电鼠标
12．6 扫描仪
12．6．1 扫描仪的功能
12．6．2 扫描仪的构成和工作原理
12．7 激光打印机
12．7．1 激光打印机的特点
12．7．2 激光打印机的组成
12．7．3 激光打印机原理
12．7．4 激光打印机工作过程
12．7．5 激光打印机中的关键技术
12．8 复印机
12．9 条形码
12．10 激光计算机简介
12．11 光纤照明
12．12 2008年北京奥运会光电技术应用简介
思考题与习题

附录I 项目制作基础思考题
附录II 创新设计制作参考项目
附录III 光电器件特性参数表
附录IV 成像器件参数表

参考文献

《光学成像原理与应用》 内容简介 本书深入探讨了光学成像的基本原理，从光的波动性和粒子性出发，详细阐述了成像过程中涉及的各种光学现象，包括光的传播、反射、折射、衍射、干涉以及偏振等。在此基础上，本书系统介绍了各类光学成像系统的设计、构成与工作方式，并结合大量实际应用案例，展现了光学成像技术在科学研究、工业生产、医疗健康、环境保护以及日常生活等领域的广泛价值与重要作用。 第一章 光的基础理论 本章将从最基础的光学概念入手，为后续的成像原理奠定坚实的理论基础。 1. 光的本性：波动与粒子 光的波动性： 详细介绍光的干涉、衍射和偏振等现象，以及它们如何证明光的波动本质。我们将探讨杨氏双缝干涉实验、菲涅尔衍射和夫琅和费衍射的原理，并通过数学模型进行推导，理解光波的叠加和传播特性。 光的粒子性： 阐述光电效应、康普顿散射等现象，揭示光的粒子性，即光子的概念。我们将学习能量守恒和动量守恒在光子相互作用中的应用。 波粒二象性： 融合波动性和粒子性，解释在不同条件下光会呈现出哪种特性，以及这种二象性在现代物理学中的意义。 2. 光的传播与几何光学 光的直线传播： 介绍光在均匀介质中沿直线传播的基本定律，以及它在形成影子、日食月食等现象中的应用。 反射定律： 详细讲解入射角、反射角和反射面法线的关系，并分析平面镜和球面镜的成像原理。我们将推导球面镜成像公式，并探讨镜面反射在光学仪器中的应用，如望远镜、显微镜等。 折射定律（斯涅尔定律）： 深入研究光从一种介质进入另一种介质时传播方向的改变，以及折射率的概念。我们将分析棱镜的折射作用、全反射现象及其在光纤通信和光学仪器中的应用。 透镜成像： 详细介绍凸透镜和凹透镜的成像原理，包括焦距、物距、像距与放大率的关系。我们将推导薄透镜成像公式，并分析单透镜和多透镜系统的成像特点，为后续的复杂光学系统打下基础。 3. 光的干涉与衍射 干涉原理： 解释相干光源的概念，以及相干光波叠加时产生相长干涉和相消干涉的条件。我们将分析薄膜干涉、迈克耳孙干涉仪等经典干涉实验，并探讨干涉在测距、光谱分析等领域的应用。 衍射原理： 阐述光波在传播过程中遇到障碍物或孔缝时发生的弯曲现象。我们将学习菲涅尔衍射和夫琅和费衍射的区别，分析单缝、双缝、圆孔和光栅的衍射图样，并探讨衍射在光谱仪、全息术等技术中的关键作用。 4. 光的偏振 偏振的产生： 介绍线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，以及偏振的各种产生方式，如反射、折射、散射和通过双折射材料等。 偏振的检测与应用： 讲解使用偏振片检测偏振光的方法，并深入探讨偏振在液晶显示器（LCD）、光学仪器（如偏振显微镜、偏振光测量仪）、摄影滤镜、3D电影等领域的广泛应用。 第二章 光学成像系统的基本原理 本章将基于第一章的光学基础理论，深入探讨各种光学成像系统的核心原理与设计要素。 1. 成像系统的构成要素 光学元件： 详细介绍各种光学元件，如透镜（球透镜、非球面透镜）、反射镜（平面镜、球面镜、非球面镜）、棱镜、滤光片、光阑等，以及它们在成像过程中扮演的角色。 光学系统： 分析由多个光学元件组合构成的成像系统，如物镜、目镜、中间成像系统等。我们将理解系统设计中的关键考量，如像差的校正、视场角、焦距、放大率等。 2. 成像过程中的关键参数 分辨率（Resolving Power）： 深入理解成像系统的分辨率极限，以及它受到衍射极限和像差的影响。我们将介绍瑞利判据和艾里圆的概念，并探讨如何通过优化系统设计来提高分辨率，例如使用更大的孔径、更短的波长等。 景深（Depth of Field）： 解释景深的概念，即成像系统能够清晰成像的物体空间深度。我们将分析光圈大小、焦距以及对焦距离对景深的影响，并探讨其在摄影、显微镜等应用中的重要性。 视场角（Field of View）： 定义成像系统的视场角，即系统能够成像的角度范围。我们将分析不同类型成像系统的视场角特性，以及它如何影响成像的覆盖范围。 曝光与亮度： 探讨成像过程中光线的强度、曝光时间和光圈大小之间的关系，以及它们如何影响成像的亮度。 3. 成像质量的评价与像差 像差（Aberrations）： 详细介绍各种常见的几何像差，包括球差、彗差、像散、场曲和畸变，以及它们的形成原因和对成像质量的影响。我们将学习如何通过优化元件形状、组合以及使用特殊材料来校正这些像差。 色差（Chromatic Aberrations）： 解释由于介质对不同波长光折射率不同而导致的颜色失真，包括单色像差和复色像差。我们将学习消色差透镜的设计原理，以获得更精确的色彩还原。 成像质量评价指标： 介绍一些常用的成像质量评价方法，如调制传递函数（MTF）、点扩散函数（PSF）等，并理解它们如何定量描述成像系统的性能。 4. 成像系统的分类 按成像原理分类： 区分几何光学成像系统（如照相机、望远镜、显微镜）和物理光学成像系统（如全息成像、相干成像）。 按应用领域分类： 简要介绍针对不同应用场景设计的成像系统，如生物显微镜、天文望远镜、医学成像设备（CT、MRI）、遥感成像系统等。 第三章 现代光学成像技术的应用 本章将聚焦于光学成像技术在各个领域的具体应用，展现其强大的功能和深远的影响。 1. 科学研究中的应用 显微成像： 光学显微镜： 详细介绍复式显微镜、倒置显微镜、荧光显微镜、共聚焦显微镜等，以及它们在生命科学、材料科学等领域的应用，如观察细胞结构、研究微观粒子动态等。 超分辨率成像： 探讨突破衍射极限的技术，如STED显微镜、PALM/STORM显微镜，以及它们在揭示纳米尺度生命过程中的关键作用。 天文观测： 望远镜： 介绍折射望远镜、反射望远镜（牛顿式、卡塞格林式等）以及空间望远镜（如哈勃望远镜），以及它们在观测遥远星体、研究宇宙演化中的贡献。 光谱分析： 阐述利用光学方法分析天体发出的光，从而获取其成分、温度、运动状态等信息。 光谱分析技术： 分光仪与光谱仪： 介绍光栅光谱仪、棱镜光谱仪等，以及它们在物质成分分析、化学计量学、环境监测等领域的应用。 拉曼光谱、红外光谱等： 介绍利用不同光谱技术对物质进行分子结构和化学键的分析。 2. 工业生产与质量控制 机器视觉： 阐述机器视觉系统如何利用光学成像技术实现自动化检测、尺寸测量、缺陷识别、目标跟踪等，广泛应用于汽车制造、电子组装、食品包装等行业。 表面检测： 介绍光学测量设备，如三维扫描仪、轮廓仪，用于检测产品表面的平整度、粗糙度、三维形貌等。 光刻技术： 探讨光刻技术在半导体制造中的关键作用，以及其对成像分辨率和精度的极高要求。 3. 医疗健康领域 医学影像： 内窥镜技术： 介绍光学内窥镜、电子内窥镜，用于微创诊断和手术，如胃镜、肠镜、腹腔镜。 眼科诊断： 介绍眼底相机、裂隙灯显微镜等，用于眼部疾病的检查和诊断。 生物医学成像： 探讨荧光成像、多光子成像等技术在细胞和组织水平的生物学研究和疾病诊断中的应用。 光学治疗： 简要介绍激光手术、光动力疗法等与光学成像紧密相关的治疗技术。 4. 信息存储与显示 光学存储： 介绍CD、DVD、蓝光光盘等光学存储介质的读写原理，以及其在信息存储领域的作用。 显示技术： 液晶显示器（LCD）： 讲解偏振光、背光源以及液晶材料的工作原理。 OLED显示： 介绍有机发光二极管显示技术的特点。 投影技术： 阐述各种投影仪的工作原理，如DLP、LCD投影。 5. 环境保护与遥感 遥感成像： 介绍卫星遥感、航空遥感技术，利用光学相机获取地表信息，用于资源勘探、环境监测、灾害预警、城市规划等。 大气监测： 探讨利用光学技术监测大气污染物、研究气候变化。 水体监测： 介绍利用光学方法分析水体质量、监测海洋生态。 结论 《光学成像原理与应用》旨在为读者构建一个全面、深入的认识框架，理解光学成像现象的本质，掌握各种成像系统的设计与分析方法，并清晰地认识到光学成像技术在推动现代科技进步、改善人类生活品质方面所扮演的关键角色。本书内容严谨，逻辑清晰，图文并茂，力求让读者在理论学习与实际应用之间建立起坚实的桥梁。