An Introduction to Optoelectronic Sensors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Cutolo, Antonello

出品人:

页数:570

译者:

出版时间:

价格:$ 140.12

装帧:

isbn号码:9789812834126

丛书系列:

图书标签:

• 光电传感器
• 传感器
• 光电子学
• 检测技术
• 仪器仪表
• 电子工程
• 物理学
• 应用科学
• 工程技术
• 光学

探秘光电传感：从基础到前沿的深度解析 本书是一部深入剖析光电传感技术的权威著作，旨在为读者构建一个全面且扎实的光电传感知识体系。我们从最基础的光学原理出发，逐步深入到半导体物理、光电器件的工作机制，再到各种先进的光电传感器的设计、应用与前沿发展。全书内容详实，逻辑清晰，兼具理论深度与实践指导意义，无论您是相关专业的研究生、工程师，还是对光电技术充满好奇的学习者，都能从中获益匪浅。 第一部分：光电传感的基石——光学与半导体物理 光电传感的核心在于“光”与“电”的相互作用。因此，我们首先会回溯光学的基础知识，重点梳理与光电传感密切相关的部分。从光的波粒二象性、光的传播、反射、折射，到干涉、衍射和偏振等现象，我们将一一进行详尽的讲解，确保读者对光的本质有清晰的认识。在此基础上，我们将深入探讨光与物质的相互作用，特别是光与半导体材料的交互方式，这为理解光电转换过程奠定了基础。 接着，本书将重点讲解半导体物理的核心概念。我们将介绍半导体的能带理论，分析本征半导体和外延半导体的载流子特性。p-n结的形成、二极管的特性，以及肖特基结的构建都将得到细致的阐述。理解这些基本半导体器件的形成机理和电学特性，是理解后续各种光电器件工作原理的关键。我们还会讨论载流子的输运机制，包括漂移和扩散，以及掺杂对半导体性能的影响。此外，对半导体中的光吸收和光发射过程的深入分析，将为理解光电探测器和发光器件的原理做好铺垫。 第二部分：核心光电器件解析 掌握了光学和半导体物理的基础后，我们便进入本书的核心部分——对各类光电器件的详细解析。 光电探测器：捕捉光的使者 光电探测器是将光信号转化为电信号的关键器件。我们将从最基本的光电导管（photoconductive detector）和光电二极管（photodiode）讲起。对于光电导管，我们将详细解释其工作原理，包括在光照下材料电导率的变化，以及影响其响应速度和灵敏度的因素。对于光电二极管，我们会深入剖析其不同工作模式（如光导模式和光生伏打模式）下的工作特性，讨论其响应时间、量子效率、探测率等关键性能指标，并介绍不同类型的光电二极管，如PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD），阐述它们在性能上的优势和适用场景。 光电效应器件：从光到电的直接转换 光电倍增管（photomultiplier tube, PMT）作为一种高灵敏度的光电探测器，也将得到重点介绍。我们将详细解析其内部结构，包括光电阴极、倍增级以及阳极的协同工作机制，解释电子倍增的过程，并探讨其在探测微弱光信号方面的独特优势。 CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）图像传感器是现代成像技术的核心。本书将深入剖析它们的成像原理，解释像素如何接收光子并将其转化为电荷，以及电荷如何被传输和读取。我们将对比分析CCD和CMOS传感器的结构、工作方式、性能差异（如灵敏度、噪声、功耗、集成度等），以及它们各自的应用领域。 发光器件：将电能转化为光能 与探测器相反，发光器件负责将电信号转化为光信号。发光二极管（light-emitting diode, LED）是目前最普遍的光源之一。我们将详细阐述LED的发光机理，包括PN结的复合发光过程，不同材料的LED如何产生不同颜色的光，以及影响LED效率和亮度的关键因素。此外，本书还会讨论激光二极管（laser diode）的工作原理，包括粒子数反转、受激发射等关键概念，并分析其在通信、测量和工业领域的应用。 光电耦合器：隔离与信号传输 光电耦合器（optical isolator/coupler）在实现电路隔离方面发挥着重要作用。我们将解析其基本结构和工作原理，介绍不同类型的光电耦合器，如光电二极管型、光电三极管型、可控硅型等，并重点分析其在抑制噪声、保护电路以及实现信号传输方面的应用。 第三部分：光电传感器的设计与应用 在掌握了各种基本光电器件的原理后，本书将进一步探讨如何将这些器件集成设计成功能各异的光电传感器，并介绍它们在各个领域的广泛应用。 传感器设计原理与关键参数 我们将讨论传感器设计的核心原则，包括如何根据应用需求选择合适的光电器件，如何进行光学设计（如透镜、滤光片、准直器等），如何设计信号处理电路（如放大、滤波、模数转换等），以及如何优化传感器的整体性能。我们将重点讲解影响传感器性能的关键参数，如灵敏度、分辨率、线性度、稳定性、响应时间、动态范围以及噪声抑制等，并提供相应的测试方法和优化策略。 不同领域的光电传感器应用 光电传感器已经渗透到我们生活的方方面面。本书将选取几个代表性的领域，进行深入的应用案例分析： 工业自动化与测量： 介绍用于距离测量、位移检测、物体识别、颜色传感、流量测量等的光电传感器，如激光测距仪、光电开关、条形码阅读器、色彩传感器等。 医疗诊断与监测： 探讨脉搏血氧仪、血糖监测仪、内窥镜、生物识别传感器等在医疗领域的光电应用。 通信与信息技术： 详细介绍光纤通信中的光电探测器和激光器，以及光通信系统中的关键光电器件。 环境监测与遥感： 分析用于气体检测、水质监测、大气成分分析、卫星遥感等的光电传感器。 消费电子与日常生活： 讲解手机摄像头、自动对焦系统、光照传感器、接近传感器、指纹识别等在消费电子产品中的光电应用。 安全与安防： 介绍红外热成像仪、运动检测传感器、安防摄像头等在安全领域的应用。 第四部分：光电传感器的前沿技术与发展趋势 科技的进步永无止境，光电传感领域也充满了蓬勃的生命力。本部分将聚焦光电传感器的前沿技术和未来发展趋势，为读者勾勒出该领域的发展蓝图。 微纳光电器件与集成 我们将介绍微纳加工技术如何赋能光电器件的小型化、高性能化和集成化。例如，微机电系统（MEMS）与光电器件的结合，集成光电子学（photonic integration）的发展，以及片上系统（SoC）中光电传感器的集成。 新型光电器件与材料 本书将介绍近年来涌现出的新型光电器件，如有机光电器件（OPD）、钙钛矿光电器件、量子点光电器件等。我们将讨论这些新型器件在柔性电子、可穿戴设备、低成本制造等方面的潜力。同时，也会探讨新型半导体材料、纳米材料在光电转换效率、光谱响应范围、器件性能提升方面的最新研究进展。 人工智能与光电传感器的融合 人工智能（AI）的崛起正在深刻地改变着各个领域，光电传感器也不例外。我们将探讨如何将AI算法应用于光电传感器的信号处理、特征提取、目标识别和决策制定中，从而实现更智能、更精准的传感系统。例如，基于深度学习的图像识别、智能化的环境监测系统、人机交互中的手势识别等。 先进的光电传感技术 我们将触及一些更先进的光电传感技术，如光谱成像、激光雷达（LiDAR）的最新发展、光声成像、光动力疗法中的传感应用等。这些技术正在开辟新的应用领域，并为我们理解和改造世界提供前所未有的能力。 第五部分：实验与实践指导 理论知识的学习固然重要，但实践经验更是不可或缺。本部分将提供一些基础的实验和实践指导，帮助读者将书本知识转化为实际操作能力。我们将建议一些基本的实验项目，例如使用万用表测量光电二极管的伏安特性曲线，使用示波器观察光电探测器的响应信号，搭建简单的光电开关电路等。此外，我们还会提供一些相关的软件工具和仿真平台的介绍，鼓励读者进行仿真模拟，加深对器件和系统的理解。 结论 《探秘光电传感》致力于为读者呈现一个全面、深入、前沿的光电传感知识盛宴。从基础理论到前沿技术，从核心器件到实际应用，本书力求以清晰的逻辑、详实的论述和丰富的案例，引领读者踏上这场激动人心的光电探索之旅。我们相信，通过阅读本书，您将能够深刻理解光电传感器的奥秘，掌握其核心技术，并能够自信地将其应用于未来的学习、研究和工程实践中。

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