光電測(cè)試技術(shù)（第2版）

目錄

第2版前言

第1版前言

上篇技術(shù)基礎(chǔ)篇

第一章光電測(cè)試技術(shù)概論3

第一節(jié)信息技術(shù)與光電測(cè)試

技術(shù)3

第二節(jié)光電測(cè)試系統(tǒng)的組成3

第三節(jié)光電測(cè)試技術(shù)的展望及其

特點(diǎn)4

復(fù)習(xí)思考題16第二章光電測(cè)量的光學(xué)基礎(chǔ)7

第一節(jié)光譜光視效能和光度的

基本物理量7

一、光譜光視效能7

二、光度的基本物理量8

第二節(jié)光度學(xué)基本定律10

一、余弦定律10

二、亮度守恒定律10

三、照度與距離的二次方反比

定律11

第三節(jié)光輻射在空氣中的傳播12

一、大氣衰減12

二、空氣湍流效應(yīng)13

第四節(jié)光電測(cè)試技術(shù)中常用的

光學(xué)系統(tǒng)14

一、顯微光學(xué)系統(tǒng)14

二、望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)20

三、攝影系統(tǒng)24

四、投影光學(xué)系統(tǒng)26

復(fù)習(xí)思考題227第三章光電測(cè)量系統(tǒng)中的光源

與光源系統(tǒng)28

第一節(jié)光源的基本參數(shù)28

一、發(fā)光效率28

二、壽命28

三、光譜功率譜分布28

四、空間光強(qiáng)分布特性29

五、光源光輻射的穩(wěn)定性29

六、光源的色溫和顯色性30

第二節(jié)光電測(cè)量的常用光源30

一、熱輻射光源30

二、氣體放電光源32

三、金屬鹵化物燈33

四、電致發(fā)光光源34

五、激光光源37

第三節(jié)照明系統(tǒng)42

一、照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則43

二、照明的種類43

第四節(jié)光源及照明系統(tǒng)的選擇46

復(fù)習(xí)思考題347第四章光電測(cè)試常用器件48

第一節(jié)光電器件的性能參數(shù)48

一、光電器件的探測(cè)靈敏度48

二、響應(yīng)時(shí)間和頻率響應(yīng)49

三、噪聲等效功率50

四、探測(cè)度D與比探測(cè)度D*51

五、量子效率51

第二節(jié)光電發(fā)射器件52

一、光電發(fā)射效應(yīng)52

二、光電真空器件及其特性56

第三節(jié)光電導(dǎo)器件62

一、光電導(dǎo)效應(yīng)62

二、光敏電阻及其特性65

第四節(jié)光伏器件69

一、光伏效應(yīng)70

二、光電池73

三、光敏二極管76

四、PIN光敏二極管80

五、雪崩光敏二極管81

六、光敏晶體管82

七、光電位置器件84

八、光伏器件的特性與使用要點(diǎn)85

第五節(jié)各種光子探測(cè)器件的性能

比較和應(yīng)用選擇87

一、接收光信號(hào)的方式87

二、各種光子探測(cè)器件的性能

比較88

三、光子探測(cè)器件的應(yīng)用選擇 88

第六節(jié)熱電探測(cè)器件89

一、熱電探測(cè)器的一般原理90

二、溫差電偶92

三、熱敏電阻及其特性94

四、熱釋電器件96

第七節(jié)光電成像器件99

一、像管99

二、真空攝像管102

三、固體攝像器件工作原理及其

參數(shù)107

四、CMOS成像器件工作原理

及其參數(shù)115

五、CID智能相機(jī)119

第八節(jié)光調(diào)制器件122

一、電光器件122

二、聲光器件126

三、磁光器件127

復(fù)習(xí)思考題4129

第五章光電檢測(cè)電路131

第一節(jié)光電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

要求131

第二節(jié)光電檢測(cè)電路的靜態(tài)

設(shè)計(jì)131

一、光敏電阻電路的靜態(tài)設(shè)計(jì)132

二、光電倍增管電路的靜態(tài)

設(shè)計(jì)136

三、光電池電路的靜態(tài)設(shè)計(jì)138

四、光敏二極管電路的靜態(tài)

設(shè)計(jì)141

五、光敏晶體管電路的靜態(tài)

設(shè)計(jì)144

第三節(jié)光電檢測(cè)電路的

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)145

一、光電檢測(cè)電路的帶寬145

二、光電檢測(cè)電路的頻率特性146

第四節(jié)光電檢測(cè)系統(tǒng)的噪聲與

抑制151

一、噪聲的類型151

二、噪聲的等效處理153

三、典型光電檢測(cè)電路的噪聲

估算155

第五節(jié)前置放大及光電耦合

電路157

一、前置放大電路的設(shè)計(jì)157

二、光電耦合電路設(shè)計(jì)161

三、光電器件與運(yùn)算放大器的

連接165

第六節(jié)光電檢測(cè)電路應(yīng)用實(shí)例166

一、光電報(bào)警電路166

二、光電開關(guān)電路168

三、弱光檢測(cè)電路169

復(fù)習(xí)思考題5179 下篇應(yīng)用技術(shù)篇

第六章光束的調(diào)制與掃描技術(shù)185

第一節(jié)光調(diào)制的基本概念185

一、調(diào)制的概念與分類185

二、調(diào)制的目的187

三、調(diào)制信息的頻譜187

第二節(jié)光信號(hào)的調(diào)制方法187

一、振幅調(diào)制188

二、頻率調(diào)制與相位調(diào)制189

三、脈沖調(diào)制190

四、編碼調(diào)制190

第三節(jié)光調(diào)制測(cè)量技術(shù)191

一、常用外調(diào)制技術(shù)191

二、直接調(diào)制技術(shù)199

三、調(diào)制信號(hào)的解調(diào)202

第四節(jié)光束掃描測(cè)量技術(shù)204

一、掃描方法和工作參數(shù)204

二、光束掃描測(cè)量211

復(fù)習(xí)思考題6218

第七章非相干信號(hào)的光電變換與

檢測(cè)219

第一節(jié)光電信號(hào)變換與光電

測(cè)量系統(tǒng)概述219

第二節(jié)直接檢測(cè)系統(tǒng)的工作

原理220

第三節(jié)隨時(shí)間變化的光電信

號(hào)變換與檢測(cè)方法221

一、幅值法221

二、頻率法223

三、相位和時(shí)間測(cè)量法224

四、光電測(cè)距的作用距離227

第四節(jié)隨空間變化的光電信號(hào)

變換與檢測(cè)方法229

一、幾何中心檢測(cè)法229

二、幾何位置檢測(cè)法232

三、亮度中心檢測(cè)法238

復(fù)習(xí)思考題7240

第八章相干變換與檢測(cè)方法241

第一節(jié)相干變換與檢測(cè)原理241

一、光學(xué)干涉和干涉測(cè)量241

二、干涉測(cè)量中的調(diào)制和解調(diào)242

第二節(jié)相干信號(hào)的相位調(diào)制與

檢測(cè)243

一、相位調(diào)制的干涉系統(tǒng)243

二、干涉條紋的檢測(cè)方法246

三、二次相位調(diào)制與干涉圖

分析248

第三節(jié)相干光外差檢測(cè)原理與

方法253

一、光學(xué)外差檢測(cè)原理253

二、外差檢測(cè)的調(diào)頻方法258

三、外差檢測(cè)方法262

復(fù)習(xí)思考題8268

第九章現(xiàn)代光電測(cè)試技術(shù)269

第一節(jié)概述269

第二節(jié)激光測(cè)量技術(shù)269

一、激光干涉測(cè)長技術(shù)270

二、共光路激光干涉儀測(cè)量

技術(shù)274

三、激光外差干涉測(cè)量技術(shù)276

四、激光衍射測(cè)量技術(shù)283

五、激光測(cè)距與跟蹤測(cè)量技術(shù)285

六、近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡291

第三節(jié)視覺檢測(cè)技術(shù)292

一、視覺檢測(cè)系統(tǒng)的組成293

二、典型視覺檢測(cè)系統(tǒng)293

三、視覺檢測(cè)圖像處理基礎(chǔ)299

第四節(jié)光纖測(cè)量技術(shù)305

一、光纖測(cè)量技術(shù)概述305

二、強(qiáng)度調(diào)制型光纖測(cè)量技術(shù)308

三、相位調(diào)制型光纖測(cè)量技術(shù)311

四、偏振調(diào)制型光纖測(cè)量技術(shù)315

五、頻率調(diào)制型光纖測(cè)量技術(shù)317

六、光纖光柵傳感技術(shù)318

復(fù)習(xí)思考題9322

參考文獻(xiàn)323

本書主要介紹了光度學(xué)的基本理論，講述了光電測(cè)試技術(shù)中的光源、光電變換和光學(xué)變換的基本原理和方法方面的知識(shí)。

本書以光電測(cè)試方法為主線，較全面地介紹了在光電測(cè)試技術(shù)中所涉及的基本理論和概念、主要測(cè)試原理、測(cè)試方法、儀器組成和主要技術(shù)特點(diǎn)。

本書除緒論外共8章，緒論介紹了光電測(cè)試技術(shù)的發(fā)展歷史、概況、特點(diǎn)，以及在光電測(cè)試技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理方法；第1章介紹了光電測(cè)試技術(shù)中的光輻射體和光輻射探測(cè)器的基本性能和特點(diǎn)；第2章介紹了光學(xué)系統(tǒng)性能的測(cè)試技術(shù)；第3章介紹了光學(xué)元件特性的測(cè)試技術(shù)；第4章介紹了色度學(xué)的基本原理和色度測(cè)試技術(shù)；第5～7章介紹了激光測(cè)試技術(shù)，包括激光準(zhǔn)直、測(cè)速、測(cè)距以及干涉、衍射測(cè)試技術(shù)；第8章介紹了技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛的莫爾條紋、圖像測(cè)試、光纖傳感、層析探測(cè)、共焦掃描顯微技術(shù)及納米技術(shù)中的光電測(cè)試技術(shù)等。

上述光電測(cè)試技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、文教、衛(wèi)生、國防、科研和家庭生活等各個(gè)領(lǐng)域。

緒論

第1章 光輻射體與光輻射探測(cè)器件

1.1 輻射度學(xué)與光度學(xué)基礎(chǔ)

1.1.1 輻射度學(xué)與光度學(xué)的基本物理量

1.1.2 輻射度學(xué)與光度學(xué)的基本定律

1.1.3 光輻射量計(jì)算舉例

1.1.4 光輻射在大氣中的傳播

1.2 光輻射體

1.2.1 人工光輻射體（光源）的基本性能參數(shù)

1.2.2 自然光輻射體

1.2.3 人工光輻射體

1.3 光輻射探測(cè)器件

1.3.1 光輻射探測(cè)器件的性能參數(shù)

1.3.2 光子探測(cè)器

1.3.3 熱探測(cè)器件

思考題與習(xí)題1

第2章 光學(xué)系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)

2.1 光電系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)和調(diào)焦技術(shù)

2.1.1 目視系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)和調(diào)焦

2.1.2 光電對(duì)準(zhǔn)技術(shù)

2.1.3 光電調(diào)焦技術(shù)

2.2 焦距的測(cè)量

2.2.1 概述

2.2.2 放大率法

2.2.3 附加透鏡法

2.2.4 精密測(cè)角法

2.2.5 莫爾偏折法

2.3 星點(diǎn)檢驗(yàn)

2.3.1 星點(diǎn)檢驗(yàn)的理論基礎(chǔ)

2.3.2 星點(diǎn)檢驗(yàn)條件

2.4 分辨率測(cè)試技術(shù)

2.4.1 衍射受限系統(tǒng)的分辨率

2.4.2 分辨率測(cè)試方法

2.5 光度學(xué)量測(cè)試技術(shù)

2.5.1 積分球及其應(yīng)用

2.5.2 光學(xué)系統(tǒng)像面照度均勻性測(cè)試技術(shù)

2.5.3 光學(xué)系統(tǒng)透過率測(cè)試技術(shù)

2.5.4 光學(xué)系統(tǒng)雜散光分析與測(cè)試

2.6 光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)試技術(shù)

2.6.1 光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)試基礎(chǔ)

2.6.2 光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)試原理及方法

2.6.3 光學(xué)傳遞函數(shù)用于像質(zhì)評(píng)價(jià)

思考題與習(xí)題2

第3章 光學(xué)元件特性測(cè)試技術(shù)

3.1 光學(xué)材料特性測(cè)試

3.1.1 光學(xué)材料折射率的測(cè)量

3.1.2 色散系數(shù)的測(cè)量

3.1.3 光學(xué)材料折射率溫度系數(shù)的測(cè)試

3.1.4 光學(xué)材料其他參數(shù)的測(cè)試

3.2 光學(xué)元件面形測(cè)試技術(shù)

3.2.1 刀口陰影法

3.2.2 子孔徑拼接測(cè)試技術(shù)

3.2.3 自由曲面的面形測(cè)試技術(shù)

3.3 微光學(xué)元件參數(shù)測(cè)試

3.3.1 衍射光學(xué)元件衍射效率測(cè)試

3.3.2 衍射光學(xué)元件表面形貌測(cè)量

3.3.3 微透鏡陣列焦距測(cè)量

3.4 自聚焦透鏡參數(shù)測(cè)試

3.4.1 自聚焦透鏡折射率分布測(cè)試

3.4.2 自聚焦透鏡數(shù)值孔徑的測(cè)量

3.4.3 自聚焦透鏡周期長度的測(cè)量

3.4.4 自聚焦透鏡焦斑直徑的測(cè)量

思考題與習(xí)題3

第4章 色度測(cè)試技術(shù)

4.1 色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

4.1.1 顏色混合定律

4.1.2 色度學(xué)中的基本概念

4.1.3 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)

4.1.4 CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源

4.2 CIE色度計(jì)算方法

4.2.1 色品坐標(biāo)計(jì)算

4.2.2 顏色相加計(jì)算

4.2.3 主波長和色純度計(jì)算

4.3 色度的測(cè)試方法和應(yīng)用

4.3.1 顏色的測(cè)量方法和儀器

4.3.2 有色光學(xué)玻璃的色度測(cè)量例

4.3.3 白度的測(cè)量

思考題與習(xí)題4

第5章 激光測(cè)試技術(shù)

5.1 激光概述

5.1.1 激光的基本性質(zhì)

5.1.2 高斯光束

5.2 激光準(zhǔn)直技術(shù)及應(yīng)用

5.2.1 激光束的壓縮技術(shù)

5.2.2 激光準(zhǔn)直測(cè)試技術(shù)

5.2.3 激光準(zhǔn)直測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

5.3 激光多普勒測(cè)速技術(shù)

5.3.1 激光多普勒測(cè)速技術(shù)基礎(chǔ)

5.3.2 激光多普勒測(cè)速技術(shù)的應(yīng)用

5.4 激光測(cè)距技術(shù)

5.4.1 激光相位測(cè)距

5.4.2 脈沖激光測(cè)距

5.5 激光三角法測(cè)試技術(shù)

5.5.1 激光三角法測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

5.5.2 激光三角法測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

思考題與習(xí)題5

第6章 激光干涉測(cè)試技術(shù)

6.1 激光干涉測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

6.1.1 干涉原理與干涉條件

6.1.2 影響干涉條紋對(duì)比度的因素

6.1.3 共程干涉和非共程干涉

6.1.4 干涉條紋的分析與波面恢復(fù)

6.1.5 提高分辨率的方法和干涉條紋的信號(hào)處理

6.2 激光斐索型干涉測(cè)試技術(shù)

6.2.1 激光斐索型平面干涉測(cè)量

6.2.2 斐索型球面干涉儀

6.3 波面剪切干涉測(cè)試技術(shù)

6.3.1 波面剪切干涉技術(shù)基本原理

6.3.2 橫向剪切干涉儀及應(yīng)用

6.3.3 徑向剪切干涉儀及應(yīng)用

6.4 激光全息干涉測(cè)試技術(shù)

6.4.1 全息術(shù)及其基本原理

6.4.2 全息干涉測(cè)試技術(shù)

6.4.3 全息干涉測(cè)試技術(shù)應(yīng)用

6.5 激光外差干涉測(cè)試技術(shù)

6.5.1 激光外差干涉測(cè)試技術(shù)原理

6.5.2 激光外差干涉測(cè)試技術(shù)應(yīng)用

6.6 激光移相干涉測(cè)試技術(shù)

6.6.1 激光移相干涉測(cè)試技術(shù)原理

6.6.2 激光移相干涉測(cè)試技術(shù)的特點(diǎn)

6.6.3 激光移相干涉測(cè)試技術(shù)應(yīng)用

思考題與習(xí)題6

第7章 激光衍射測(cè)試技術(shù)

7.1 激光衍射測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

7.1.1 惠更斯菲涅耳原理

7.1.2 巴俾涅原理

7.1.3 單縫衍射

7.1.4 圓孔衍射

7.2 激光衍射測(cè)量方法

7.2.1 間隙測(cè)量法

7.2.2 反射衍射測(cè)量法

7.2.3 分離間隙法

7.2.4 互補(bǔ)測(cè)量法

7.2.5 艾里斑測(cè)量法

7.2.6 衍射頻譜檢測(cè)法

7.3 衍射光柵及其應(yīng)用

7.3.1 衍射光柵的基本特性

7.3.2 衍射光柵的典型應(yīng)用

思考題與習(xí)題7

第8章 其他典型光電測(cè)試技術(shù)

8.1 莫爾測(cè)試技術(shù)

8.1.1 莫爾測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

8.1.2 莫爾形貌（等高線）測(cè)試技術(shù)

8.1.3 莫爾測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

8.2 圖像測(cè)試技術(shù)

8.2.1 圖像信息的獲取

8.3.2 圖像的預(yù)處理技術(shù)

8.2.3 圖像測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

8.3 光纖傳感技術(shù)

8.3.1 光纖傳感技術(shù)基礎(chǔ)

8.3.2 光纖傳感技術(shù)典型應(yīng)用

8.4 層析探測(cè)技術(shù)

8.4.1 層析探測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

8.4.2 層析探測(cè)技術(shù)應(yīng)用

8.5 激光共焦掃描顯微技術(shù)

8.5.1 激光共焦掃描顯微技術(shù)原理

8.5.2 激光共焦掃描顯微技術(shù)的應(yīng)用

8.6 納米技術(shù)中的光電測(cè)試技術(shù)

8.6.1 掃描隧道顯微鏡（STM）

8.6.2 掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（SNOM）

8.6.3 光子掃描隧道顯微鏡（PSTM）

8.6.4 亞納米零差檢測(cè)干涉系統(tǒng)

8.6.5 亞納米外差檢測(cè)干涉系統(tǒng)

8.6.6 亞納米X射線干涉測(cè)試技術(shù)

8.6.7 亞納米表面增強(qiáng)拉曼散射測(cè)試技術(shù)

思考題與習(xí)題8

參考文獻(xiàn)