光电子技术

为更好地服务于应用型本科院校的教学改革，密切联系电子信息产业行业的实际需求，适应应用型本科院校的专业教学，提高学生的实践动手能力，编写了本教材。本教材是在作者多年来的“光电子技术”“光电检测技术”“光电子学”等课程教学讲义的基础上编写而成的，删减了繁、难、偏、旧的内容，注重理论知识的系统性和针对性，深入浅出，实践性强。本教材加强了专业内容与学生职业发展和行业人才需求的联系，注重培养学生的专业技能，满足不同层次学生的发展需求，突出教材的均衡性和实用性。
本教材在知识体系上，以培养学生实践与创新能力作为重要的目标，注重对学生探索精神、科学思维、实践能力、创新能力的培养。激发学生主动学习、主动实践的热情。本教材由滕道祥、孙言编著，刘冬冬、胡峰、邹维科、李文义、张宁、王克权、种法力、王一如、魏明等老师参与编写。在编写中还参阅了一些专家和学者的文献资料，在此表示感谢！
由于编者水平和条件所限，时间仓促，教材中难免有错误和不足之处，敬请读者批评指正。本教材在编写过程中得到清华大学出版社等单位的大力支持和帮助，在本书出版之际，谨向他们致以*诚挚的谢意！

作者
2021年2月

本教程适用于电子科学与技术、应用物理学、新能源科学与工程等专业的《光电子技术》、《光电检测技术》等课程的教学。本书力求全面介绍现代光电子技术的理论和应用基础，内容紧扣当前光电技术产业发展前沿，以光电检测器件、光源、光电成像器件、光电变换及典型应用为主线。本书在介绍光电检测器件基础原理与特性的同时，更注重光电检测技术实际应用的介绍，*后介绍了光电技术的典型应用实例内容。

滕道祥，教授，江苏省物理学会理事、中国光学学会光学教育专业委员会委员。主持完成省级以上教科研项目7项，发表论文30余篇，国家专利18项，主编教材、专著7部，获2017年江苏省教学成果二等奖。

第1章绪论1
1.1光电子技术概述1
1.2光电子技术发展历史1
1.3光电子技术的特点5
1.4光电检测系统的组成6
思考与习题 18

第2章光电子技术基础9
2.1电磁波谱9
2.2光辐射10
2.3辐射度量与光度量11
2.3.1辐射度量11
2.3.2光度量12
2.4热辐射的基本定律14
2.5半导体物理基础17
2.5.1半导体的特性17
2.5.2能带理论17
2.5.3半导体的导电结构19
2.5.4载流子的运动和PN结21
2.5.5半导体对光的吸收22
2.6光电效应23
2.6.1内光电效应23
2.6.2光电发射效应25
思考与习题227
第3章光电发射器件29
3.1光电管29
3.2光电倍增管31

3.2.1光电倍增管的工作原理与结构31
3.2.2光电倍增管的基本特性34
3.2.3光电倍增管的应用37
思考与习题339
第4章光电导器件41
4.1光敏电阻的原理与分类41
4.2光敏电阻的灵敏度42
4.3光敏电阻的结构44
4.4光敏电阻的特性参数45
4.5光敏电阻的变换电路50
4.6光敏电阻的应用实例55
思考与习题456
第5章光生伏特器件59
5.1光生伏特效应59
5.1.1光电二极管61
5.1.2PIN型光电二极管64
5.1.3雪崩型光电二极管65
5.1.4光电三极管67
5.1.5色敏光生伏特器件71
5.1.6光电池72
5.1.7其他类型的光生伏特器件76
5.1.8光生伏特器件的偏置电路77
5.2太阳能光伏发电79
5.2.1光伏发电的历史及应用81
5.2.2太阳能电池的分类和特性83
5.2.3太阳能电池生产工艺流程92
5.2.4太阳能光伏发电系统的组成97
5.2.5太阳能供电系统的特点及类型101
思考与习题5106
第6章热辐射探测器110
6.1热辐射的一般规律110
6.2热敏电阻112
6.3热电偶114
6.4热电堆探测器116
6.5热释电器件116
思考与习题6120
第7章图像传感器件122
7.1光电成像原理与电视制式123
7.1.1光电成像原理123
7.1.2电视制式124
7.2摄像管124
7.2.1摄像管的工作原理124
7.2.2真空摄像管的分类126
7.3固体摄像器件129
7.3.1CCD130
7.3.2CMOS 图像传感器137
7.3.3CCD与CMOS的对比141
思考与习题7142
第8章电光源144
8.1电光源的分类和特性144
8.1.1电光源的分类144
8.1.2电光源的主要参数145
8.2热辐射光源146
8.2.1白炽灯146
8.2.2卤钨灯（卤素灯）147
8.3低压气体放电光源148
8.3.1低压汞灯（荧光灯）148
8.3.2低压辉光放电光源150
8.3.3低压钠灯152
8.4高压和超高压气体放电光源153
8.4.1高压汞灯153
8.4.2高压钠灯154
8.4.3金属卤化物灯155
8.4.4氙灯157
8.5半导体LED光源158
8.5.1LED的工作原理158
8.5.2LED的分类160
8.5.3常见的发光二极管161
8.5.4LED特性与主要参数169
8.5.5LED芯片的制造工艺177
8.5.6大功率LED封装散热技术178
8.5.7LED驱动电路及设计181
8.5.8白光LED驱动电路184
8.5.9半导体照明灯具系统设计189
8.6等离子体光源193
8.6.1等离子体光源简介194
8.6.2等离子体光源的特点195
8.6.3等离子体光源存在的问题196
思考与习题8196
第9章光电系统设计199
9.1光电系统设计基础和方法199
9.1.1光电信息变换199
9.1.2光电信息变换的基本形式199
9.1.3光电信息变换的类型201
9.2太阳能光伏发电系统设计202
9.2.1太阳能光伏系统设计调研203
9.2.2太阳能光伏系统设计方法概要207
9.2.3太阳能光伏系统成本核算212
9.2.4住宅用太阳能光伏系统简单设计212
9.2.510kW太阳能并网发电系统设计概要214
9.3激光干涉测位移系统设计219
9.3.1激光干涉原理219
9.3.2激光干涉仪221
9.4莫尔条纹测位移系统的设计224
9.4.1莫尔条纹测位移原理224
9.4.2光栅位移传感器225
9.5激光测距系统设计231
9.5.1脉冲法测距231
9.5.2激光相位测距233
9.6外形尺寸检测系统设计236
9.6.1模拟变换检测法237
9.6.2光电扫描检测法239
思考与习题9242
附录A光电子技术专业术语244
附录B光电子技术物理量及常数250
附录C元素周期表251
习题参考答案252
参考文献273

本教材的编写目的是偏向应用、偏向实践，根本目的是方便学生在光电技术方面的毕业设计和就业。本书是在作者十几年的授课教学讲义的基础上编写而成的，内容偏向于光电器件的基本原理和实际应用，在教材中结合实际工程和产业的生产流程，更加贴近生产生活实践。由专业教师和行业管理人员结合企业的相关培训材料共同编写，更好的衔接学生的实际就业。实现企业和学校的良性互动，该教材不仅可以应用于教学过程中同时可以用于指导设计施工。