光电测试技术（第3版）

绪论

第1章 光辐射体与光辐射探测器件

1.1 辐射度学与光度学基础

1.1.1 辐射度学与光度学的基本物理量

1.1.2 辐射度学与光度学的基本定律

1.1.3 光辐射量计算举例

1.1.4 光辐射在大气中的传播

1.2 光辐射体

1.2.1 人工光辐射体（光源）的基本性能参数

1.2.2 自然光辐射体

1.2.3 人工光辐射体

1.3 光辐射探测器件

1.3.1 光辐射探测器件的性能参数

1.3.2 光子探测器

1.3.3 热探测器件

思考题与习题1

第2章 光学系统测试技术

2.1 光电系统的对准和调焦技术

2.1.1 目视系统的对准和调焦

2.1.2 光电对准技术

2.1.3 光电调焦技术

2.2 焦距的测量

2.2.1 概述

2.2.2 放大率法

2.2.3 附加透镜法

2.2.4 精密测角法

2.2.5 莫尔偏折法

2.3 星点检验

2.3.1 星点检验的理论基础

2.3.2 星点检验条件

2.4 分辨率测试技术

2.4.1 衍射受限系统的分辨率

2.4.2 分辨率测试方法

2.5 光度学量测试技术

2.5.1 积分球及其应用

2.5.2 光学系统像面照度均匀性测试技术

2.5.3 光学系统透过率测试技术

2.5.4 光学系统杂散光分析与测试

2.6 光学传递函数测试技术

2.6.1 光学传递函数测试基础

2.6.2 光学传递函数测试原理及方法

2.6.3 光学传递函数用于像质评价

思考题与习题2

第3章 光学元件特性测试技术

3.1 光学材料特性测试

3.1.1 光学材料折射率的测量

3.1.2 色散系数的测量

3.1.3 光学材料折射率温度系数的测试

3.1.4 光学材料其他参数的测试

3.2 光学元件面形测试技术

3.2.1 刀口阴影法

3.2.2 子孔径拼接测试技术

3.2.3 自由曲面的面形测试技术

3.3 微光学元件参数测试

3.3.1 衍射光学元件衍射效率测试

3.3.2 衍射光学元件表面形貌测量

3.3.3 微透镜阵列焦距测量

3.4 自聚焦透镜参数测试

3.4.1 自聚焦透镜折射率分布测试

3.4.2 自聚焦透镜数值孔径的测量

3.4.3 自聚焦透镜周期长度的测量

3.4.4 自聚焦透镜焦斑直径的测量

思考题与习题3

第4章 色度测试技术

4.1 色度学的基本概念和实验定律

4.1.1 颜色混合定律

4.1.2 色度学中的基本概念

4.1.3 CIE标准色度系统

4.1.4 CIE标准照明体和标准光源

4.2 CIE色度计算方法

4.2.1 色品坐标计算

4.2.2 颜色相加计算

4.2.3 主波长和色纯度计算

4.3 色度的测试方法和应用

4.3.1 颜色的测量方法和仪器

4.3.2 有色光学玻璃的色度测量例

4.3.3 白度的测量

思考题与习题4

第5章 激光测试技术

5.1 激光概述

5.1.1 激光的基本性质

5.1.2 高斯光束

5.2 激光准直技术及应用

5.2.1 激光束的压缩技术

5.2.2 激光准直测试技术

5.2.3 激光准直测试技术的应用

5.3 激光多普勒测速技术

5.3.1 激光多普勒测速技术基础

5.3.2 激光多普勒测速技术的应用

5.4 激光测距技术

5.4.1 激光相位测距

5.4.2 脉冲激光测距

5.5 激光三角法测试技术

5.5.1 激光三角法测试技术基础

5.5.2 激光三角法测试技术的应用

思考题与习题5

第6章 激光干涉测试技术

6.1 激光干涉测试技术基础

6.1.1 干涉原理与干涉条件

6.1.2 影响干涉条纹对比度的因素

6.1.3 共程干涉和非共程干涉

6.1.4 干涉条纹的分析与波面恢复

6.1.5 提高分辨率的方法和干涉条纹的信号处理

6.2 激光斐索型干涉测试技术

6.2.1 激光斐索型平面干涉测量

6.2.2 斐索型球面干涉仪

6.3 波面剪切干涉测试技术

6.3.1 波面剪切干涉技术基本原理

6.3.2 横向剪切干涉仪及应用

6.3.3 径向剪切干涉仪及应用

6.4 激光全息干涉测试技术

6.4.1 全息术及其基本原理

6.4.2 全息干涉测试技术

6.4.3 全息干涉测试技术应用

6.5 激光外差干涉测试技术

6.5.1 激光外差干涉测试技术原理

6.5.2 激光外差干涉测试技术应用

6.6 激光移相干涉测试技术

6.6.1 激光移相干涉测试技术原理

6.6.2 激光移相干涉测试技术的特点

6.6.3 激光移相干涉测试技术应用

思考题与习题6

第7章 激光衍射测试技术

7.1 激光衍射测试技术基础

7.1.1 惠更斯菲涅耳原理

7.1.2 巴俾涅原理

7.1.3 单缝衍射

7.1.4 圆孔衍射

7.2 激光衍射测量方法

7.2.1 间隙测量法

7.2.2 反射衍射测量法

7.2.3 分离间隙法

7.2.4 互补测量法

7.2.5 艾里斑测量法

7.2.6 衍射频谱检测法

7.3 衍射光栅及其应用

7.3.1 衍射光栅的基本特性

7.3.2 衍射光栅的典型应用

思考题与习题7

第8章 其他典型光电测试技术

8.1 莫尔测试技术

8.1.1 莫尔测试技术基础

8.1.2 莫尔形貌（等高线）测试技术

8.1.3 莫尔测试技术的应用

8.2 图像测试技术

8.2.1 图像信息的获取

8.3.2 图像的预处理技术

8.2.3 图像测试技术的应用

8.3 光纤传感技术

8.3.1 光纤传感技术基础

8.3.2 光纤传感技术典型应用

8.4 层析探测技术

8.4.1 层析探测技术基础

8.4.2 层析探测技术应用

8.5 激光共焦扫描显微技术

8.5.1 激光共焦扫描显微技术原理

8.5.2 激光共焦扫描显微技术的应用

8.6 纳米技术中的光电测试技术

8.6.1 扫描隧道显微镜（STM）

8.6.2 扫描近场光学显微镜（SNOM）

8.6.3 光子扫描隧道显微镜（PSTM）

8.6.4 亚纳米零差检测干涉系统

8.6.5 亚纳米外差检测干涉系统

8.6.6 亚纳米X射线干涉测试技术

8.6.7 亚纳米表面增强拉曼散射测试技术

思考题与习题8

参考文献

本书以光电测试方法为主线，较全面地介绍了在光电测试技术中所涉及的基本理论和概念、主要测试原理、测试方法、仪器组成和主要技术特点。

本书除绪论外共8章，绪论介绍了光电测试技术的发展历史、概况、特点，以及在光电测试技术中的数据处理方法；第1章介绍了光电测试技术中的光辐射体和光辐射探测器的基本性能和特点；第2章介绍了光学系统性能的测试技术；第3章介绍了光学元件特性的测试技术；第4章介绍了色度学的基本原理和色度测试技术；第5～7章介绍了激光测试技术，包括激光准直、测速、测距以及干涉、衍射测试技术；第8章介绍了技术成熟应用广泛的莫尔条纹、图像测试、光纤传感、层析探测、共焦扫描显微技术及纳米技术中的光电测试技术等。

上述光电测试技术广泛地应用于工业、农业、文教、卫生、国防、科研和家庭生活等各个领域。

本书主要介绍了光度学的基本理论，讲述了光电测试技术中的光源、光电变换和光学变换的基本原理和方法方面的知识。

目录

第2版前言

第1版前言

上篇技术基础篇

第一章光电测试技术概论3

第一节信息技术与光电测试

技术3

第二节光电测试系统的组成3

第三节光电测试技术的展望及其

特点4

复习思考题16第二章光电测量的光学基础7

第一节光谱光视效能和光度的

基本物理量7

一、光谱光视效能7

二、光度的基本物理量8

第二节光度学基本定律10

一、余弦定律10

二、亮度守恒定律10

三、照度与距离的二次方反比

定律11

第三节光辐射在空气中的传播12

一、大气衰减12

二、空气湍流效应13

第四节光电测试技术中常用的

光学系统14

一、显微光学系统14

二、望远光学系统20

三、摄影系统24

四、投影光学系统26

复习思考题227第三章光电测量系统中的光源

与光源系统28

第一节光源的基本参数28

一、发光效率28

二、寿命28

三、光谱功率谱分布28

四、空间光强分布特性29

五、光源光辐射的稳定性29

六、光源的色温和显色性30

第二节光电测量的常用光源30

一、热辐射光源30

二、气体放电光源32

三、金属卤化物灯33

四、电致发光光源34

五、激光光源37

第三节照明系统42

一、照明系统的设计原则43

二、照明的种类43

第四节光源及照明系统的选择46

复习思考题347第四章光电测试常用器件48

第一节光电器件的性能参数48

一、光电器件的探测灵敏度48

二、响应时间和频率响应49

三、噪声等效功率50

四、探测度D与比探测度D*51

五、量子效率51

第二节光电发射器件52

一、光电发射效应52

二、光电真空器件及其特性56

第三节光电导器件62

一、光电导效应62

二、光敏电阻及其特性65

第四节光伏器件69

一、光伏效应70

二、光电池73

三、光敏二极管76

四、PIN光敏二极管80

五、雪崩光敏二极管81

六、光敏晶体管82

七、光电位置器件84

八、光伏器件的特性与使用要点85

第五节各种光子探测器件的性能

比较和应用选择87

一、接收光信号的方式87

二、各种光子探测器件的性能

比较88

三、光子探测器件的应用选择 88

第六节热电探测器件89

一、热电探测器的一般原理90

二、温差电偶92

三、热敏电阻及其特性94

四、热释电器件96

第七节光电成像器件99

一、像管99

二、真空摄像管102

三、固体摄像器件工作原理及其

参数107

四、CMOS成像器件工作原理

及其参数115

五、CID智能相机119

第八节光调制器件122

一、电光器件122

二、声光器件126

三、磁光器件127

复习思考题4129

第五章光电检测电路131

第一节光电检测电路的设计

要求131

第二节光电检测电路的静态

设计131

一、光敏电阻电路的静态设计132

二、光电倍增管电路的静态

设计136

三、光电池电路的静态设计138

四、光敏二极管电路的静态

设计141

五、光敏晶体管电路的静态

设计144

第三节光电检测电路的

动态设计145

一、光电检测电路的带宽145

二、光电检测电路的频率特性146

第四节光电检测系统的噪声与

抑制151

一、噪声的类型151

二、噪声的等效处理153

三、典型光电检测电路的噪声

估算155

第五节前置放大及光电耦合

电路157

一、前置放大电路的设计157

二、光电耦合电路设计161

三、光电器件与运算放大器的

连接165

第六节光电检测电路应用实例166

一、光电报警电路166

二、光电开关电路168

三、弱光检测电路169

复习思考题5179 下篇应用技术篇

第六章光束的调制与扫描技术185

第一节光调制的基本概念185

一、调制的概念与分类185

二、调制的目的187

三、调制信息的频谱187

第二节光信号的调制方法187

一、振幅调制188

二、频率调制与相位调制189

三、脉冲调制190

四、编码调制190

第三节光调制测量技术191

一、常用外调制技术191

二、直接调制技术199

三、调制信号的解调202

第四节光束扫描测量技术204

一、扫描方法和工作参数204

二、光束扫描测量211

复习思考题6218

第七章非相干信号的光电变换与

检测219

第一节光电信号变换与光电

测量系统概述219

第二节直接检测系统的工作

原理220

第三节随时间变化的光电信

号变换与检测方法221

一、幅值法221

二、频率法223

三、相位和时间测量法224

四、光电测距的作用距离227

第四节随空间变化的光电信号

变换与检测方法229

一、几何中心检测法229

二、几何位置检测法232

三、亮度中心检测法238

复习思考题7240

第八章相干变换与检测方法241

第一节相干变换与检测原理241

一、光学干涉和干涉测量241

二、干涉测量中的调制和解调242

第二节相干信号的相位调制与

检测243

一、相位调制的干涉系统243

二、干涉条纹的检测方法246

三、二次相位调制与干涉图

分析248

第三节相干光外差检测原理与

方法253

一、光学外差检测原理253

二、外差检测的调频方法258

三、外差检测方法262

复习思考题8268

第九章现代光电测试技术269

第一节概述269

第二节激光测量技术269

一、激光干涉测长技术270

二、共光路激光干涉仪测量

技术274

三、激光外差干涉测量技术276

四、激光衍射测量技术283

五、激光测距与跟踪测量技术285

六、近场光学显微镜291

第三节视觉检测技术292

一、视觉检测系统的组成293

二、典型视觉检测系统293

三、视觉检测图像处理基础299

第四节光纤测量技术305

一、光纤测量技术概述305

二、强度调制型光纤测量技术308

三、相位调制型光纤测量技术311

四、偏振调制型光纤测量技术315

五、频率调制型光纤测量技术317

六、光纤光栅传感技术318

复习思考题9322

参考文献323

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。本书共7章，系统地介绍了光电子技术的基本原理与应用基础。第1章、第2章介绍了光辐射的基本定律和光电子技术中常用的光源，讨论了光辐射传播理论及光波在不同介质中的传播特性。第3章介绍了光束的调制方法、扫描原理和几种典型的光调制器。第4章讨论了光辐射探测原理及光辐射探测器的性能。第5章、第6章介绍了光电成像原理与器件、显示技术及相关器件。第7章介绍了光电子技术在国民经济、国防等方面的应用。