光电器件技术与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈克香 编

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• 光电子技术
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• 检测技术
• 电子工程
• 应用电路
• 半导体
• 光通信
• 仪器仪表
• 自动化

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121291586

版次：1

商品编码：12011266

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-08-01

用纸：胶版纸

页数：160

字数：256000

正文语种：中文

内容简介

本书分为5章，首先介绍光电器件的基础知识和光电器件的发展趋势，然后介绍光电检测器件、半导体激光器件、光电成像器件和光电显示器件等光电器件的结构、符号、工作原理、工作特性和各类器件在各方面的应用，特别详细介绍了LED显示屏的组装、调试、安装、维护、维修等。本书为光电专业必修课教材，为学习其他专业课奠定了必要的基础。本书是理论和实践相结合的一体化教材，设计了9个技能实训项目，内容广泛，设计了知识拓展使得内容更丰富。

作者简介

陈克香，1988年毕业于华中师范大学四年制本科物理专业，2002年任电工电子高级讲师，长期在教学一线担任电工电子的专业课程教学，特别注重实践教学，获得电子信息技术高级技师和维修电工的高级技师，1997年开始担任电子电信组教研组长，每周组织教研活动，致力于教学和教学研究，参与了国家和厦门市的课题研究有3个。

目录

第1章 光电器件基础 1
1．1 光电器件概述 1
技能实训1 光电器件和实验室设备认识实验 1
1．2 光电器件基础 4
1．2．1 光电器件的基本类型 4
1．2．2 光电器件的基础知识 6
1．3 光电器件的发展 9
1．3．1 光电器件的发展现状 12
1．3．2 光电器件的发展趋势 13
第2章　光电探测器件 16
2．1　真空光电探测器件―光电倍增管 16
2．1．1 光电倍增管的分类 16
2．1．2 光电倍增管的结构 17
2．1．3 光电倍增管的工作原理 17
2．1．4 光电倍增管的特性 17
2．2　光敏电阻 19
2．2．1 光敏电阻的外形、结构和符号 19
2．2．2 光敏电阻的原理 20
2．2．3 光敏电阻的特性和主要参数 21
2．2．4 光敏电阻的应用 23
2．3　光电二极管 24
2．3．1 光电二极管的结构 24
2．3．2 光电二极管的原理 25
2．3．3 光电二极管的导电特性 25
2．3．4 光电二极管的应用 26
2．4　光电三极管 28
2．4．1 光电三极管的结构 28
2．4．2 光电三极管的原理 29
2．4．3 光电三极管的特性 30
2．4．4 光电三极管的应用 30
2．5　硅光电池 32
2．5．1 硅光电池的结构 32
2．5．2 硅光电池的原理 34
2．5．3 硅光电池的特性测试 34
2．5．4 硅光电池的应用 35
2．6　红外探测器件 37
2．6．1 红外探测器件的结构 38
2．6．2 红外探测器件的工作原理 42
2．6．3 红外探测器件的特性 43
2．6．4 红外探测器件的应用 46
技能实训2 光电倍增管（PMT）暗电流的测试 51
技能实训3 测量光敏电阻的伏安特性和光照特性 55
技能实训4 光电二极管和光电三极管的引脚测试 56
技能实训5 红外探测报警器的制作、调试、安装、运行和维护 58
第3章　半导体激光器件 65
3．1　半导体激光器概述 65
3．1．1 半导体激光器的分类 65
3．1．2 半导体激光器的特点和工作特性 66
3．2　半导体激光器的结构和原理 67
3．2．1　同质结半导体激光器的结构和原理 67
3．2．2　异质结半导体激光器的结构和原理 68
3．3 半导体激光的发展 70
3．3．1 半导体激光器的发展历史 71
3．3．2 大功率激光器的最新进展 72
3．4 激光调制 73
3．4．1 激光调制的种类 73
3．4．2 激光调制方式 75
3．4．3 激光调制的应用实例――激光打印机 75
3．5　半导体激光器的应用 78
3．5．1 半导体激光器在通信和工业上的应用 78
3．5．2 CD、VCD、DVD机的激光头 81
3．5．3 半导体激光器在军事上的应用 82
3．5．4 半导体激光器在医学上的应用 84
技能实训6 激光二极管（LD）伏安（V－I）特性的测量 86
技能实训7 激光二极管电光转换特性（P－I） 88
第4章　光电成像器件 91
4．1 像管 92
4．1．1 变像管 92
4．1．2 像增强器 93
4．2 典型摄像管 97
4．2．1 光导摄像管 97
4．2．2 热释电摄像管 100
4．2．3 分流摄像管 100
4．2．4 二次电子导电式光导摄像管（SEC管） 101
4．2．5 硅电子倍增摄像管 102
4．3 固体成像器件 102
4．3．1 自扫描像敏器件 102
4．3．2 电荷耦合摄像器件（CCD/CMOS图像传感器） 103
第5章 光电显示器件 110
5．1 光电显示器件概述 110
5．1．1 光电显示器件的分类 110
5．1．2 光电显示器件的发展 111
5．2 发光二极管（LED） 111
5．2．1 发光二极管的外形和符号 111
5．2．2 发光二极管的工作原理 111
5．2．3　发光二极管的种类 112
5．2．4　发光二极管的应用 112
5．3 液晶显示器（LCD） 114
5．3．1 液晶 114
5．3．2　液晶显示器 115
5．3．3　液晶显示的优点和缺点 120
5．3．4 液晶显示器的应用和发展趋势 121
5．4　等离子体显示器（PDP） 123
5．4．1 等离子体显示板的发展和结构 124
5．4．2 等离子体显示板的工作原理 126
5．4．3　等离子体显示板的特性 127
5．4．4　等离子体显示板的应用 129
5．5　光电显示器的其他应用 131
5．5．1 电子书阅读器 131
5．5．2 触摸屏 133
技能实训8 LED显示屏的组装、调试、安装、运行和维护 136
技能实训9 制作小点阵液晶显示器件显示时间（年月日时分秒） 148
参考文献 151

前言/序言

随着光电技术的发展，光电技术的应用越来越广泛，深入到生活、工业、农业、军事、医疗等各个方面，企业越来越需要中等职业学校毕业生到光电产品生产部门从事操作和技术工作，很多电子专业和光电专业需要开设“光电器件技术与应用”这门课。但现在中职学生能用的书不多，大多是针对本科生的，为了满足中职学生的认知条件，我们编写了这本中职生能用的《光电器件技术与应用》教材，编写时在内容的安排和深度的把握上，坚持传授必备的理论知识，多结合实际，讲解各领域的应用实例，本书难度适合中职学生使用，也可供从事光电技术的专业人员参考。

本书内容充实，从光电器件的基础知识到各种具体的光电器件，涉及的面十分广泛，为学生后续专业课程的学习奠定了必要的基础。本书的编写有如下几个特点：

1．在内容的选取上，以知识够用为原则，坚持与生产实际紧密结合，以能力为本位，注重新知识、新技术、新工艺的讲解。

2．在教材的体系设计上，以坚持知识和技能的科学性为基础，追求教学内容的合理性、实用性和适用性，理论知识的学习和技能相互融合，设计了9个技能实训项目，以及知识拓展、应用提示等，教师和学生可以双向互动，适合中职学生的身心发展规律。

3．在教材的形式上，根据中职学生的身心特点和内容特点，采用图文并茂的形式，将烦琐的知识用图表形式呈现出来，易教、易学。

4．为方便教学，本书配备电子教案、PPT课件和练习题解答。

完成本书所需要的课时为64学时，其各章节的学时安排如下表所示：

教 学 章 节 建 议 学 时

第1章 光电器件基础 12

第2章　光电探测器件 16

第3章　半导体激光器件 12

第4章　光电成像器件 12

第5章　光电显示器件 12

建议实训操作与理论教学穿插进行，多采用实物教具、图片，多联系实际。

本书第1章由魏克慧编写，第2、3、4章由陈克香编写，第5章由许志华编写。感谢魏克慧老师和许志华老师的辛苦编写。

本书疏漏之处，恳请读者批评指正。

陈克香

《光电器件技术与应用》书籍简介 本书致力于深入探讨光电器件的核心技术原理、关键制造工艺以及在当今科技浪潮中日益广泛且深刻的应用。我们旨在为读者构建一个全面而系统的知识框架，帮助理解从基础的光电相互作用到复杂集成器件的设计、性能优化以及在各行各业的实际落地。 第一部分：光电器件基础理论 本部分将奠定读者对光电器件的认知基础，从物理学和材料学的角度剖析其工作机理。 光与物质的相互作用： 我们将从量子力学和电磁学出发，详细阐述光子与电子在半导体材料中的相互作用。这包括光子激发电子产生载流子、载流子复合发光、以及光电导效应等基本现象。我们将深入讨论不同波长光与不同能带结构材料的相互作用特性，例如光吸收、光反射、光透射的机制，以及载流子在禁带中的产生、扩散、漂移过程。 半导体材料学基础： 核心的半导体材料，如硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、磷化铟（InP）及其合金，将成为重点介绍对象。我们将分析它们的晶体结构、能带理论、掺杂特性（N型和P型）、载流子浓度、迁移率、寿命等关键参数。还会探讨III-V族半导体、II-VI族半导体及其化合物在特定光电器件中的优势，比如宽禁带半导体在耐高压、高温和蓝光/紫外光电器件中的应用。 PN结与异质结： PN结是几乎所有半导体光电器件的基础。我们将详细分析PN结的形成、势垒、耗尽区、载流子扩散与漂移、以及在正向和反向偏置下的电学特性。在此基础上，我们将进一步深入到异质结（Heterojunction）的原理，讲解不同半导体材料界面处的能带弯曲、界面态、以及其在提高器件效率和性能方面的作用，例如双异质结LED（DH-LED）的载流子限制作用。 量子力学效应在光电器件中的应用： 随着器件尺寸的不断缩小，量子效应愈发显著。我们将介绍量子阱（Quantum Well）、量子丝（Quantum Wire）和量子点（Quantum Dot）等纳米结构，以及它们如何通过量子限制效应调控材料的光学和电学性质，例如荧光色调的精确控制、激子束缚能的增强等。这为设计高性能、多功能的光电器件提供了理论依据。 第二部分：关键光电器件的原理与设计 本部分将聚焦于当前主流和前沿的光电器件，对其工作原理、结构特点、性能指标进行深入剖析。 发光二极管（LED）： 我们将详细介绍LED的工作原理，包括PN结注入载流子、载流子复合发光、以及量子效率的概念。重点解析不同发光材料（如AlGaInP用于红光、InGaN用于蓝绿光）的选择和掺杂设计对发光波长、颜色纯度和亮度的影响。此外，还将讨论LED的封装技术、散热设计、驱动电路以及提高光提取效率的策略，例如使用内反射层、表面纹理化等。 激光二极管（LD）： LD的核心在于受激辐射。本书将深入讲解LD的结构，包括增益介质、谐振腔、光学镜面等。阐述LD的阈值电流、微分量子效率、光谱特性（单模、多模）、以及线宽等关键参数。我们将分析不同结构的LD，如外延生长激光器（DBR-LD, DFB-LD）、量子阱激光器（QW-LD）等，以及它们在通信、医疗、工业等领域的应用。 光电探测器（PD）： PD是实现光信号电信号转换的关键。我们将详细介绍PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）的工作原理，包括光吸收、载流子产生、收集过程。分析其响应度、噪声等效功率（NEP）、带宽、量子效率等性能指标。还将探讨光电导探测器、光电倍增管（PMT）等不同类型的探测器及其适用场景。 太阳能电池（Solar Cell）： 太阳能电池是实现光能转化为电能的重要装置。我们将深入讲解不同类型的太阳能电池，如单晶硅、多晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池（如CdTe, CIGS）、以及新兴的有机太阳能电池（OPV）、钙钛矿太阳能电池。分析其光电转换效率、开路电压、短路电流、填充因子等核心参数，并探讨如何通过结构优化、材料改进来提高其性能。 光调制器（Modulator）： 光调制器是光通信和光信息处理的核心组件。我们将介绍电光调制器（如LiNbO3调制器）、声光调制器、以及电吸收调制器（EAM）等。深入分析其调制原理、消光比、插入损耗、驱动电压等关键指标，并探讨其在高速光通信系统中的作用。 光电耦合器与光隔离器（Optocoupler & Optical Isolator）： 这类器件在电路隔离和信号传输中扮演重要角色。我们将介绍光电耦合器的基本原理，即通过LED和光电探测器实现电信号的隔离传输。分析其隔离电压、传输速率、电流传输比等参数。光隔离器则主要用于防止激光反向反射对光源造成损害，其原理和结构也将被详细阐述。 集成光电器件与光子集成电路（PIC）： 随着技术的发展，将多种光电器件集成到单个芯片上已成为趋势。我们将介绍光子集成电路的基本概念，包括波导、分束器、调制器、探测器等在硅基、InP基平台上的集成技术。分析其在光通信、数据中心、人工智能等领域的应用前景。 第三部分：光电器件的制造工艺与可靠性 先进的光电器件离不开精密的制造工艺和严格的可靠性保障。 外延生长技术： 对于III-V族半导体光电器件，外延生长是核心工艺。我们将介绍液相外延（LPE）、气相外延（VPE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）等技术，并分析它们在控制材料组分、厚度、结晶质量、掺杂浓度等方面的影响。 光刻与刻蚀技术： 微纳加工是实现器件微型化的关键。我们将介绍光刻技术（如光刻胶、掩模版、曝光、显影）及其不同类型，以及干法刻蚀（如反应离子刻蚀RIE）和湿法刻蚀等技术在图形转移和器件结构形成中的应用。 金属化与互连技术： 导电金属的沉积和互连对器件的电学性能至关重要。我们将介绍溅射、蒸发等金属沉积技术，以及合金化、键合等互连工艺。 器件表征与测试： 掌握光电器件的性能，需要依赖各种先进的表征与测试手段。我们将介绍电学参数测试（如I-V特性、C-V特性）、光学参数测试（如光谱、效率、功率）、以及可靠性测试（如老化试验、环境试验）等。 器件可靠性与失效分析： 提高器件的稳定性和寿命是实际应用中的关键。我们将讨论光电器件常见的可靠性问题，如热应力、电应力、湿度、光老化等，并介绍失效机理分析方法，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等。 第四部分：光电器件的典型应用 本部分将展示光电器件如何渗透到我们生活的方方面面，推动科技进步和社会发展。 光通信： 高速光通信是现代信息社会的基础。我们将重点介绍LD、PD、光调制器在光纤通信系统中的应用，包括长距离传输、数据中心互连、以及5G通信中的光模块。 显示技术： LED在显示领域的应用已成为主流，包括手机屏幕、电视、室内外显示屏等。我们将探讨OLED（有机发光二极管）技术及其在柔性显示、高画质方面的优势。 照明技术： LED照明以其高效率、长寿命、环保等特点，正逐步取代传统照明。我们将分析LED照明的原理、光学设计、色温控制以及在家庭、商业、工业照明中的应用。 生物医学应用： 光电器件在医疗诊断、治疗、成像等方面发挥着越来越重要的作用。例如，激光器在手术、眼科治疗中的应用，光电探测器在血氧仪、血糖仪中的应用，以及生物传感器等。 工业与自动化： 传感器、激光器、机器视觉等光电器件在工业自动化、智能制造、精密测量、遥感等领域有广泛应用。 消费电子产品： 智能手机的摄像头、触摸屏、面部识别传感器，以及各种消费电子产品中的LED指示灯、传感器等，都离不开光电器件的支持。 新兴领域： 介绍光电器件在新能源（如太阳能发电）、环境监测、量子计算、以及航空航天等前沿领域的潜在应用与发展趋势。 本书旨在通过系统性的梳理和深入的讲解，为相关领域的科研人员、工程师、学生提供一份详实的技术参考，并激发读者对光电器件技术及其未来发展的更深层次的思考。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光学成像和显示技术很感兴趣，所以当我在书架上看到这本《光电器件技术与应用》时，立刻被它吸引了。尽管我对器件本身的物理机制了解不深，但这本书却以一种非常易于理解的方式，将复杂的概念娓娓道来。我特别喜欢关于CMOS图像传感器的介绍，作者详细解释了光电二极管、像素结构、读出电路等关键组成部分，并且对比了CCD和CMOS的优劣。看到书中对不同像素隔离技术、填充因子优化等细节的深入剖析，我才明白我们日常使用的手机摄像头和数码相机背后有着如此精妙的设计。此外，书中的LED显示屏和OLED器件章节也让我大开眼界。我从未想过，小小的LED发光二极管背后，竟然蕴含着如此丰富的光学和电学原理，从发光效率到色彩还原，再到功耗控制，每一个参数的优化都至关重要。这本书为我打开了认识现代显示技术新世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的扉页上印着“光电器件技术与应用”几个大字，我当时就觉得这书名听起来挺硬核的，但也充满了对未知领域的探索欲。拿到书后，我最先翻阅的是关于半导体激光器的那几章。虽然我并非半导体物理出身，但作者的讲解逻辑清晰，从PN结的形成讲到能带理论，再到不同结构激光器的激励机制和光谱特性，可谓是层层递进，抽丝剥茧。我尤其对分布式布拉格反射镜（DBR）激光器和量子级联激光器（QCL）的结构设计印象深刻，作者详细阐述了如何通过调控材料组分和结构参数来获得特定的波长和输出功率。书里还配有大量的示意图和实物照片，让我这个门外汉也能大致理解器件的物理原理和制造工艺。虽然我平时主要接触的是更高层面的应用，但通过这本书，我仿佛触摸到了这些神奇的光电器件的“心脏”，对它们如何工作有了更深的认识，也为我后续的研发思路提供了不少启发。

评分☆☆☆☆☆

我是一名业余的电子爱好者，平时喜欢捣鼓一些小玩意，但对于一些核心的电子元件总是知其然不知其所以然。这本书《光电器件技术与应用》正好填补了我的这一空白。我最感兴趣的是其中关于LED和激光二极管的发光原理章节。作者并没有停留于“通电就发光”的层面，而是深入讲解了半导体材料的带隙、pn结的注入发光机制、以及不同材料（如GaAs、GaN）如何决定发光颜色和效率。书中的示意图非常形象，让我很容易就理解了电子-空穴复合产生光子的过程。我还对书中介绍的激光二极管的阈值电流、光输出功率、光谱线宽等参数有了更清晰的认识，这对于我未来在设计一些光学驱动电路时非常有帮助。此外，关于光电耦合器和光电传感器的章节也让我受益匪浅，了解了如何利用光信号来实现隔离和检测，这为我DIY一些自动化控制项目提供了很多思路。总的来说，这本书的讲解方式既有理论深度，又不失趣味性，非常适合像我这样的入门者。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本书纯粹是抱着“涨知识”的心态，平时我对电子元件的了解仅限于“能用就行”的程度。但《光电器件技术与应用》的内容，特别是关于太阳能电池的那部分，却让我对“能用就行”有了全新的认识。书中详细介绍了不同类型的太阳能电池，比如晶硅电池、薄膜电池，甚至还有一些前沿的钙钛矿太阳能电池。我从未想过，一块小小的太阳能板，背后是如此复杂的材料科学和光电转换原理。作者对光吸收、载流子产生与复合、电极设计等细节的描述，让我对如何提高太阳能电池的效率有了直观的理解。我惊讶地发现，原来微小的结构变化和材料配比，就能对能量转换的效率产生如此巨大的影响。这本书让我明白，即使是看似简单的应用，背后也蕴含着深厚的技术积淀和精密的工程设计，也让我开始思考，如何将这些原理应用到更广泛的能源收集领域。

评分☆☆☆☆☆

我是一名初涉光通信领域的研究生，寻找一本能够系统性梳理光电器件基础知识的书籍是我的当务之急。翻阅《光电器件技术与应用》时，我被其内容的全面性所折服。从光电二极管（PIN管）和雪崩光电二极管（APD）的工作原理，到光电探测器的噪声分析和灵敏度评估，再到光调制器的不同类型（如电吸收调制器EAM、马赫-曾德尔调制器MZM）及其工作机制，本书都进行了详尽的阐述。我尤其欣赏作者在讲解光调制器时，对不同材料（如铌酸锂、III-V族半导体）的介电常数和电光效应的深入分析，这让我理解了为何不同材料的调制器在性能上会有显著差异。书中还提到了高速光通信系统中常用的器件，如分布式反馈（DFB）激光器和调频连续波（FMCW）激光器，并对其性能指标进行了量化分析。尽管某些章节涉及的数学推导比较深入，但我相信对于想要深入理解光通信系统底层器件原理的研究者来说，这本书无疑是宝贵的参考。