本書是以光電信號傳遞為主線,面向光電探測器件集成化的信號處理類教材。全書共分6章,第1章講述光電信號處理的集成化趨勢;第2章是光電轉(zhuǎn)換的光電探測器基礎(chǔ),介紹已經(jīng)面世和正在研制的光電探測;第3章介紹典型光電采集電路;第4章介紹光電信號處理的基本放大電路和噪聲分析;第5章是基于濾光器的微弱信號探測技術(shù);第6章是圖像傳感器光電信號的量化處理。 本書可作為光電子相關(guān)專業(yè)的高年級學(xué)生以及碩博士學(xué)位課程教材,也可供有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。
本書對底層工藝有一定的介紹,并兼顧光電信號采集與處理的系統(tǒng)表述。圍繞著集成和發(fā)展的遠(yuǎn)景,強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)電路結(jié)構(gòu),反映光學(xué)與電子學(xué)的結(jié)合。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,光電信號采集與處理已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究中的各個方面,也正在成長為當(dāng)今光電信息技術(shù)中重要的領(lǐng)域之一。 光電信號采集與處理技術(shù)對光學(xué)測量、光通信、信號處理、過程監(jiān)控、圖像采集處理及圖像分析等行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了積極的促進(jìn)作用。 客觀上,光電信號采集與處理技術(shù)是光電子學(xué)的一個重要應(yīng)用,它其實(shí)是在不斷將光學(xué)、電子學(xué)、計算機(jī)等學(xué)科發(fā)展的成就和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行綜合運(yùn)用,朝著先進(jìn)的光電信號采集處理形式的方向邁進(jìn)。教材應(yīng)該能反映出光學(xué)與電子學(xué)的結(jié)合,逐漸形成光電互利互補(bǔ)的新型光電器件的設(shè)計思路。 出于對這一趨勢的把握,本書對底層工藝有一定的介紹,并兼顧光電信號采集與處理的系統(tǒng)表述。圍繞著集成和發(fā)展的遠(yuǎn)景,強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)電路結(jié)構(gòu)。編者基于這樣的一個著眼點(diǎn),構(gòu)思并編寫了本書。編者在課堂內(nèi)外與青年學(xué)子的交流反饋,也是進(jìn)行此項(xiàng)編寫工作的緣由之一。 在編寫過程中,華中科技大學(xué)研究生院不僅資助了本書的出版,還在編寫過程提供了很多幫助。資料整理中也借鑒了華中科技大學(xué)以及國內(nèi)相關(guān)的教學(xué)資源。研究生黃霖發(fā)和江遠(yuǎn)兩位花費(fèi)了很多時間,幫助查找資料、核對稿件,以及查遺補(bǔ)漏等。如果沒有這些幫助,恐怕我也不會完成本書的編寫,在此一并表示感謝。 本書由華中科技大學(xué)王雙保副教授編寫。華中科技大學(xué)的元秀華教授和曾延安副教授百忙之中審閱了全書,并提出了寶貴的意見,在此表示衷心的感謝。 本書適于作為高等院校光電子、儀器儀表、自動化等專業(yè)教材,也可作為從事光學(xué)、光電儀器、激光技術(shù)、自動控制等專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。 由于光電領(lǐng)域持續(xù)高速的發(fā)展,在書稿完成之時,就已經(jīng)感覺很多的不足,只能說是拋磚引玉吧。只有不停歇地消化和傳播知識,才能不誤學(xué)生韶華。由于作者水平所限,本書不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正。 編者 2022年12月
華中科技大學(xué)光電子工程系副教授。1990-1994年,蘭州大學(xué)材料科學(xué)系,本科;1994-1997年,蘭州大學(xué)材料科學(xué)系,碩士研究生;1997-2000年,北京中科院物理所,凝聚態(tài)物理博士研究。2000-2002年,日本通產(chǎn)省電子技術(shù)綜合研究所光電部、神奈川せ-ステム技研株氏會社STA獎學(xué)金資助博士后研究員。主要研究方向?yàn)閭鞲胁牧吓c光電檢測技術(shù),一直從事氧化物探測材料以及微光機(jī)電(MOEMS)傳感器件與光電檢測技術(shù)方面的研究。在薄膜器件、陣列器件以及光電檢測技術(shù)等方面做了較多的研究。作為主要研究者參加了非制冷探測器VOx材料的研制、非制冷VOx紅外焦平面制備工藝研究、新型大容量微波開關(guān)制備、基于圖形襯底的高效白光LED外延芯片產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)研究等國家863項(xiàng)目與國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。在光電傳感材料與器件的研究方面,共發(fā)表研究論文50余篇,大部分被SCI收錄。2000-2002年,在日本產(chǎn)業(yè)綜合研究院第2研究所光技術(shù)部,從事光電探測材料與器件的設(shè)計與制作,獲得日本平成12年度該類器件光電轉(zhuǎn)化的*高紀(jì)錄。2003-2004年,在華中科技大學(xué)工作期間,所開展的紅外VOx探測材料的研究,為團(tuán)隊(duì)日后各類器件研究奠定了紅外探測材料的堅實(shí)基礎(chǔ)。2004-2008年,主要從事光電檢測系統(tǒng)方面的設(shè)計與研制工作,在溫度、濕度,水質(zhì)、大氣、金屬成分等檢測等領(lǐng)域都有涉及。2008-2010年,在意大利都靈理工大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院從事訪問學(xué)者研究,主攻玻璃材料以及光纖傳感技術(shù),研究了磁光玻璃材料與器件,獲得了2項(xiàng)歐洲專利,國內(nèi)授權(quán)專利7項(xiàng)。
第1章光電信號處理概述(1)
1.1光電信號處理趨勢(1)
1.2光電信號處理(4)
1.3光電噪聲(18)
1.4集成電路工藝基礎(chǔ)(30)
思考題(42)
第2章光電探測器與信號噪聲模型(43)
2.1光電探測器的物理基礎(chǔ)(43)
2.2光電導(dǎo)探測器(49)
2.3光伏探測器(58)
2.4光熱探測器(76)
2.5新型光電探測器(81)
2.6光電探測器組件和光電圖像傳感器(85)
2.7典型光電探測器的信號與噪聲模型(106)
思考題(117)
第3章光電信號采集(118)
3.1信號采樣原理(118)
3.2采樣開關(guān)電路(121)
3.3光電信號采樣實(shí)例(129)
3.4信號采樣中的噪聲分析(141)
思考題(145)
第4章光電信號放大與噪聲分析(146)
4.1放大器基礎(chǔ)(146)
4.2基本放大電路(152)
4.3光電信號放大器實(shí)例(166)
4.4低噪聲放大器設(shè)計(180)
思考題(195)
第5章光電信號的濾波處理(197)
5.1濾波器(197)
5.2微弱信號檢測(211)
5.3微弱信號處理方法(213)
5.4鎖定放大器(225)
思考題(251)
第6章光電信號量化處理(253)
6.1光電信號的量化處理(253)
6.2CCD光電信號的量化(256)
6.3CMOS圖像信號(270)
6.4CMOS圖像信號的片上量化(277)
6.5CMOS數(shù)字圖像信號處理(284)
6.6CMOS圖像傳感器接口技術(shù)(293)
思考題(298)
參考文獻(xiàn)(299)