电工技术深入精通 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

现代光电传感技术及其应用 作者： 张伟、李明 出版社： 机械工业出版社 字数： 约 650,000 字 开本： 16 开 出版时间： 2023 年 10 月 --- 内容简介 本书系统、深入地阐述了现代光电传感技术的理论基础、核心元件、关键技术、先进工艺以及在各个领域的广泛应用。全书内容涵盖了从基础的光学原理到前沿的量子传感，旨在为光电子学、精密仪器、自动化、信息工程等相关领域的科研人员、工程师和高年级本科生、研究生提供一本全面、权威的参考手册和学习指南。 本书严格聚焦于“光电传感”这一核心主题，深入剖析了光与物质相互作用的物理机制，并详细介绍了如何利用这些机制设计、制造和应用高性能的光电传感器件和系统。全书结构严谨，逻辑清晰，理论推导详实，并结合大量工程实例和最新的研究进展，确保内容的实用性和前沿性。 第一篇：光电传感基础理论 (共 4 章) 本篇奠定了全书的理论基石。首先，详细回顾了电磁波理论在光波段的特殊应用，重点讲解了光的产生、传播、干涉、衍射和偏振等基本光学现象，并将其与电子学原理相结合，阐述了光场与电荷的耦合机制。 第 1 章：光的物理基础与量子特性： 深入探讨了光的波粒二象性，引入了光子概念、能级跃迁理论以及半导体材料的光电效应（如光导效应、光伏效应）。详细分析了量子效率、响应时间等关键光电性能指标的理论极限。 第 2 章：半导体光电器件基础： 聚焦于半导体 PN 结、PIN 结构和雪崩结构在光电探测中的应用。详细分析了光电流的产生、载流子的输运过程，并建立了理想光电二极管的等效电路模型，讨论了噪声源（如散粒噪声、热噪声）对探测灵敏度的影响。 第 3 章：光学系统设计与建模： 涵盖了透镜成像理论、光学系统的误差分析（如像差校正）、光纤光学基础（模式理论、损耗机制）以及自由空间光束的传播特性。重点讲解了如何利用光学设计软件（如 Zemax 的原理）进行初步系统布局和性能评估。 第 4 章：信号调理与处理： 讨论了从光信号到可用电信号转换过程中的关键环节。内容包括跨阻放大电路（TIA）的设计原理、低噪声放大器的选择、数字信号采集（ADC/DAC）的技术要求，以及基于 DSP 的初步滤波与解调算法。 第二篇：核心光电器件与技术 (共 6 章) 本篇是本书的实践核心，详细介绍了当前主流和新兴的光电探测器件及其工作原理、制造工艺和性能优化方法。 第 5 章：硅基光电探测器： 重点介绍各类硅基光电二极管（APD、PIN），包括其在可见光和近红外波段的应用。详细讨论了平面工艺与外延工艺对器件性能的影响，以及抗反射涂层和钝化技术在提高量子效率中的作用。 第 6 章：化合物半导体探测器： 针对中长波红外探测，深入研究了 InGaAs、InSb、HgCdTe 等关键材料体系。阐述了晶圆异质外延生长面临的挑战、晶格失配导致的缺陷控制，以及低温工作环境下器件的热管理技术。 第 7 章：高灵敏度与特定用途传感器： 涵盖了特殊结构探测器，例如雪崩光电二极管（APD）的工作机制、单光子雪崩二极管（SPAD）的计时精度和串扰问题，以及光伏效应在光功率监测中的应用。 第 8 章：光电调制与解调技术： 讨论了用于高速通信和传感的调制技术。包括电光调制器（EOM）和声光调制器（AOM）的物理原理、工作带宽限制，以及相干探测和外差探测技术在提高信噪比方面的应用。 第 9 章：光纤传感器原理： 专门探讨光纤在传感领域的独特优势。详细介绍了基于法布里-珀罗（F-P）腔、迈克尔逊干涉仪的光纤传感器，以及光纤布拉格光栅（FBG）的原理、写入工艺、解调方法及其在应变、温度测量中的应用。 第 10 章：微纳光子学与集成传感： 介绍了将光电功能集成到微纳尺度上的技术。包括光波导、谐振腔（如环形谐振器）的设计与优化，以及硅光子集成电路（PIC）在构建小型化、高集成度传感系统中的潜力。 第三篇：光电传感系统集成与应用 (共 5 章) 本篇将理论与器件知识转化为具体的系统解决方案，展示了光电传感技术在现代工程中的实际落地。 第 11 章：机器视觉与图像传感器件： 深入剖析了电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的结构、工作流程和性能差异（如拖影、动态范围）。讨论了拜耳阵列滤波器的原理及色彩还原技术。 第 12 章：激光雷达（LiDAR）系统设计： 系统地介绍了不同体制 LiDAR 的工作原理，包括飞行时间（ToF）测量、连续波（CW）和调制连续波（FMCW）技术。重点分析了测距精度、抗环境光干扰以及多目标分辨能力的设计要点。 第 13 章：光谱测量与分析： 讲解了如何利用光电阵列实现光谱信息的采集。内容包括色度计、光谱仪（如光栅、棱镜分光系统）的设计，以及基于傅里叶变换的红外光谱（FTIR）技术在化学成分分析中的应用。 第 14 章：生物医学光电传感： 探讨了光电技术在生命科学领域的创新应用。例如，脉搏血氧仪（PPG）的生理信号提取、光声成像（PAT）的基础模型，以及荧光寿命成像（FLIM）中的时间分辨探测技术。 第 15 章：环境监测与工业检测： 提供了光电传感在工业自动化和环境安全中的案例。包括光电火焰探测器、气体成分的光学遥感技术（如差分吸收光谱 DAS）、以及基于机器视觉的精密装配检测流程。 附录： 包含常用光电材料的能带结构图、光学常数表、光电响应度计算公式汇编、以及 MATLAB/Python 基础光电仿真代码示例。 本书理论深度与工程实践紧密结合，适合作为高等院校光电信息、电子科学与技术、自动化等专业的进阶教材或参考书，尤其对从事先进传感器研发和系统集成的工程师具有极高的参考价值。本书对前沿技术的把握精准，内容详实，是理解和掌握现代光电传感领域的必备工具书。