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第1章　光电探测基础1

1.1　光电系统描述1

1.1.1　光电系统的基本模型2

1.1.2　光源发射增益3

1.1.3　接收光功率6

1.2　光接收机视场7

1.2.1　透镜变换7

1.2.2　探测功率和视场11

1.3　光电探测器的物理效应13

1.3.1　光子效应和光热效应14

1.3.2　光电发射效应15

1.3.3　光电导效应16

1.3.4　光伏效应18

1.3.5　温差电效应20

1.3.6　热释电效应20

1.4　光电转换定律和光电子计数统计21

1.4.1　光电转换定律21

1.4.2　光电子计数统计22

1.5　光电探测器性能参数28

1.6　光电探测器的噪声33

1.6.1　噪声的概念33

1.6.2　噪声的描述34

1.6.3　光电探测器的噪声源36

1.7　辐度学与光度学41

1.7.1　辐射量42

1.7.2　光度量44

1.8　背景辐射46

1.9　探测器主要性能参数测试50

1.9.1　探测器光谱响应率函数的测试方法50

1.9.2　光谱响应率函数的测试53

习题与思考题155

第2章　点探测器57

2.1　光电管57

2.1.1　光阴极材料及其光谱响应57

2.1.2　光电特性和伏安特性64

2.1.3　频率特性及其他特性70

2.1.4　强流管71

2.2　光电倍增管72

2.2.1　倍增极的特性73

2.2.2　工作电压74

2.2.3　光电特性和伏安特性77

2.2.4　噪声特性79

2.2.5　微通道板光电倍增管81

2.3　光电导探测器82

2.3.1　光电转换原理82

2.3.2　工作特性84

2.3.3　几种典型的光敏电阻及派生器件89

2.3.4　使用注意事项92

2.3.5　光电导探测器的偏置方式92

2.4　PN结光伏探测器的工作模式95

2.4.1　光电转换原理95

2.4.2　光伏探测器的工作模式97

2.5　光电池98

2.5.1　短路电流和开路电压99

2.5.2　输出功率和最佳负载电阻100

2.5.3　光谱、频率响应及温度特性102

2.5.4　慢变化光信号探测103

2.5.5　脉动光信号探测106

2.6　光电二极管108

2.6.1　Si光电二极管108

2.6.2　PIN硅光电二极管115

2.6.3　雪崩光电二极管116

2.6.4　紫外光电二极管119

2.6.5　半导体色敏器件121

2.6.6　光电三极管123

2.6.7 HgCdTe光电二极管125

2.6.8　光子牵引探测器125

2.7　光电象限探测器和位敏探测器126

2.7.1　象限探测器126

2.7.2　光电位敏传感器（PSD）128

2.8　光热探测器135

2.8.1　光热探测器的热过程分析135

2.8.2　热敏电阻137

2.8.3　热释电探测器137

习题与思考题2140

第3章　直接探测和外差探测143

3.1　直接探测系统的性能分析144

3.1.1　包络探测144

3.1.2　信噪比特性145

3.1.3　等效噪声功率特性145

3.2　提高输入信噪比的光学方法147

3.2.1　滤波法148

3.2.2　场镜法149

3.3　前置放大器的噪声匹配150

3.3.1　前放噪声等效电路151

3.3.2　噪声系数152

3.3.3　匹配方法153

3.4　阈值探测的光电探测统计157

3.5　相关检测160

3.5.1　相关原理160

3.5.2　锁定放大器165

3.5.3　信噪比改善168

3.6　维纳滤波器168

3.7　匹配滤波器170

3.8　BOXCAR172

3.8.1　取样积分器的工作原理173

3.8.2　取样积分器的主要参数176

3.9　光子计数180

3.9.1　光子计数的原理181

3.9.2　光子计数系统的测量误差185

3.10　光频外差探测的基本原理187

3.10.1　光频外差光路结构187

3.10.2　双光束干涉188

3.10.3　外差信号的特点189

3.11　光频外差探测的信噪比分析191

3.11.1　不计本振噪声191

3.11.2　计入本振噪声192

3.11.3　光电探测器的外差探测极限灵敏度193

3.12　光频外差探测的空间相位条件194

3.12.1　两光束不平行195

3.12.2　两光束平行但不垂直光敏面196

3.13　光频外差探测系统197

3.13.1　降低空间相干条件——艾里斑原理法197

3.13.2　自适应光外差技术200

习题与思考题3203

第4章　像探测器205

4.1　光电成像概论205

4.2　真空摄像管207

4.2.1　真空摄像管结构208

4.2.2　摄像原理209

4.2.3　其他真空摄像管210

4.3 自扫描光电二极管阵列212

4.3.1　SSPD线阵列213

4.3.2　SSPD面阵列220

4.4　CCD摄像器件223

4.4.1　CCD结构和存储电荷原理223

4.4.2　电荷转移工作原理与电极结构226

4.4.3　电荷注入和读出233

4.4.4　CCD图像传感器235

4.5 电荷注入器件CID237

4.6　CMOS图像传感器239

4.6.1　CMOS图像传感器的成像原理及结构240

4.6.2　CMOS图像传感器的优势242

4.6.3　CMOS图像传感器的发展243

4.7　固体图像传感器主要特性参数244

4.7.1　光谱响应特性244

4.7.2　灵敏度244

4.7.3　暗信号及动态范围245

4.7.4　分辨率246

4.7.5　工作频率248

4.7.6　CCD的特性参数248

习题与思考题4250

第5章　光接收机信号检测理论概述251

5.1　信号检测的基本问题251

5.1.1　接收机的任务251

5.1.2　统计判决和假设检验252

5.1.3　代价函数与风险254

5.2　最佳接收机的概念254

5.2.1　最大信噪比准则254

5.2.2　实现最佳接收机的方法255

5.3　信号参量估值理论简介256

5.3.1　信号参量估值模型256

5.3.2　贝叶斯估值258

5.3.3　最大后验概率估值准则258

5.3.4　最大似然估值259

5.4　理想接收机259

5.4.1　后验概率与信息量259

5.4.2　通信和雷达的不同261

习题与思考题5262

参考文献263