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单光子成像

作者:[瑞] 彼得·塞茨 等著

出版社:国防工业出版社

出版年:2015-08-01

页数:304

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内容简介

  《单光子成像》是国内外第一本系统介绍单光子成像的著作,书中详细介绍了单光子成像的基本理论和方法,主要内容包括单光子成像器件的结构和性能、X射线探测、宇宙高能粒子探测、测距成像、天文观测、分子生物学等单光子成像技术和方法。


作者简介

  孙志斌,中国科学院国家空间科学中心副研究员。主要研究方向为空间光电子技术和空间科学实验技术等。

 

目录

第1章 光电子噪声基础

1.1 引言

1.2 束缚体系中电磁辐射、电子电荷和能级的量子表征

1.3 泊松分布的基本特性

1.4 辐射与物质的相互作用

1.5 光源的噪声特性

1.5.1 相干光(单模激光器)

1.5.2 热(白炽的)光源

1.5.3 部分相干光(气体放电灯)

1.5.4 发光二极管

1.6 “单光子成像”的意义

1.7 固态物质的能带模型

1.8 电磁辐射的半导体探测

1.8.1 量子效率和能带结构

1.8.2 热平衡和非平衡时的载流子浓度

1.8.3 暗电流

1.8.4 雪崩效应和过噪声系数

1.9 电荷的电子探测

1.9.1 电子及其噪声的基本特性

1.9.2 电子电荷探测的基本电路

1.9.3 单电子电荷探测结论

1.1 0总结:光电探测的物理极限

1.1 0.1 波长敏感范围

1.1 0.2 暗电流和量子效率

1.1 0.3 电子电荷探测

参考文献

第己章图像传感器技木

2.1 固态图像传感器的发展计划和简要历史

2.2 图像传感器结构

2.3 工作原理

2.4 图像传感器件

2.5 图像传感工艺技术

2.6 单光子工艺技术展望

参考文献


第3章混台雪崩光电二辍管阵列成像

3.1 引言

3.2 混合雪崩光电二极管工作原理

3.3 单像素大尺寸混合雪崩光电二极管

3.3.1 器件介绍

3.3.2 性能

3.3.3 应用

3.4 多像素混合雪崩光电二极管阵列

3.4.1 器件介绍

3.4.2 性能测试

3.4.3 应用

3.5 结论及存在的问题

参考文献


第4章电子轰击半导休图像传感器

4.1 引言

4.2 电子轰击半导体的增益过程

4.3 混合光电倍增电子轰击半导体图像传感器

4.3.1 混合光电倍增器增益与噪声分析

4.3.2 混合光电倍增器的时间响应特性

4.3.3 混合光电倍增成像仪

4.4 电子轰击CCD和电子轰击CMOS的电子轰击半导体图像传感器

参考文献


第5章采用真空电子倍增的单光子成像

5.1 引言

5.2 光电阴极

5.2.1 光电阴极的工作原理

5.2.2 多碱光电阴极

5.2.3 Ⅲ~V光阴极

5.3 图像增强器

5.3.1 工作原理

5.3.2 Z用

5.3.3 图像增强器的组成

5.3.4 性能特点

5.3.5 专用图像增强器

5.4 亡电倍增管

5.4.1 作原理

5.4.2 应用

5.4.3 光电倍增管的构成

5.4.4 性能特点

5.5 结论与展望

参考文献


第6章电子倍增电荷耦台器件

6.1 引言

6-2超灵敏电荷耦合器件成像采用碰撞离化

6.3 电子倍增电荷耦合器件的概念

6.3.1 输出放大器噪声

6.3.2 倍增增益的应用

6.3.3 噪声和信噪比

6.3.4 输出信号分布

6.4 基于电子倍增电荷耦合器件的光子计数技术

6.5 背景信号的产生

6.5.1 暗信号

6.5.2 暗信号形成的统计分布

6.5.3 寄生电荷形成

6.6 信号产生效率的提高

6.7 结论

参考文献


第7章单片单光子雪崩二极管:单光子雪崩光电二极管

7.1 简要历史回顾

7.2 基本原理

7.2.1 单光子雪崩光电二极管的结构和工作原理

7.2.2 静止等待状态和雪崩建立

7.2.3 熄灭、扩散和再充电

7.2.4 波形样例

7.2.5 脉冲整形

7.2.6 非相关噪声:暗计数

7.2.7 相关噪声:后脉冲噪声和其他的时间不确定性

7.2.8 灵敏度:光子探测概率

7.2.9 波长鉴别器

7.3 片上单光子雪崩光电二极管的制作

7.3.1 垂直与平面单光子雪崩光电二极管

7.3.2 平面工艺制作方法

7.3.3 单光子雪崩光电二极管的不利参数性能

7.3.4 单光子雪崩光电二极管阵列的不利参数性能

7.4 单光子雪崩光电二极管阵列探测器结构

7.4.1 基本结构

7.4.2 芯片集成结构

7.4.3 列单元结构

7.4.4 像素结构

7.5 单芯片阵列设计的发展趋势

7.6 结论

参考文献

第日章通过噪声*小化实现单光子CMOS成像

8.1 引言

8.2 理论

8.2.1 量子效率和调制传递函数

8.2.2 光电载流子探测概率

8.2.3 加性时域噪声系统

8.2.4 非相关时域噪声源

8.2.5 相关时域噪声源

8.3 放大和带宽控制

8.3.1 放大

8.3.2 带宽控制

8.4 结构

8.4.1 具有钉扎光电二极管列级放大和相关双采样的4T像素

8.4.2 具有钉扎光电二极管列级放大和相关双采样的4T电容式

跨导放大器像素

8.4.3 结构比较

8.5 低噪CMOS图像传感器的优化设计

8.5.1 电子学

8.5.2 光学

8.6 结论

参考文献


第9章低噪声CMOS电子成像休系结构

9.1 引言

9.2 信号读取架构

9.3 相关采样及噪声响应

9.3.1 相关双采样和相关多采样

9.3.2 相关双采样与相关多采样对热噪声和l/f噪声的响应

9.4 采用列相关多采样电路的有源像素CMOS图像传感器的噪声

9.5 单光子探测概率

9.5.1 使用量化器的单光子探测

9.5.2 单光子探测条件

参考文献


第10章带双栅极场效应管和电荷调制器件的低噪声电子成像

10.1 引言

10.2 双栅极FET电荷探测器

10.2.1 悬浮势阱类型

10.2.2 悬浮表面类型

10.3 带有双栅极FET电荷探测器的CCD图像传感器

10.3.1 传感器结构

10.3.2 反馈电荷探测器

10.3.3 测量评估

10.3.4 信号处理

10.4 电荷调制图像像素的应用

10.4.1 像素结构

10.4.2 运行过程

10.4.3 模拟

l0.4.4 结果

10.4.5 区域传感器的应用

10.5 结论

参考文献


第11章能量敏感单光子x射线与粒子成像

11.1 引言

l1.1.1 应用

11.1.2 基本拓扑结构

11.2 粒子传感器件

11.2.1 直接转换传感器件

11.2.2 可见光波段用于耦合到传感器件的闪烁体

11.3 异步电荷脉冲探测电路

11.3.1 电荷敏感放大器

11.3.2 具有整形功能的电荷敏感放大器

11.3.3 带整形的电压缓冲器

11.4 电压脉冲处理电路

11.4.1 能量鉴别方法

11.4.2 信息读取

参考文献

第1己章飞行时间测距成像单光子探潮器

12.1 引言

12.2 飞行时间测量技术与系统

12.2.1 飞行时间系统

12.2.2 直接和间接时间测量技术

12.2.3 光功率计算

12.2.4 直接飞行时间和间接飞行时间的噪声问题

12.3 用于三维飞行时间成像的单光子传感器

l2.3.1 单光子探测器

12.3.2 单光子飞行时间成像的像素结构

12.3.3 非直接飞行时间像素的电路结构

12.3.4 直接飞行时间像素的电路实现结构

12.3.5 先进的时间分辨CMOS单光子雪崩二极管像素阵列技术

12.4 挑战与前景

12.5 结论

参考文献


第13章单光子成像在天文学及航空航天领域的应用

13.1 引言

13.2 天文和空间科学应用的科学探测器

13.2.1 科学级CCD

13.3 通过大气层的成像技术

13.4 Lucky成像技术

13.5 自适应光学

13.5.1 原理

13.5.2 波前传感器的需求和探测器的实现

13.5.3 用于波前传感器的红外探测器

13.6 空间激光雷达应用

13.7 结论

附录

参考文献


第14章分子生物学的时问分辨荧光成像方法

14.1 引言:时间分辨荧光是分子生物学分析中特别灵敏的探测方法

14.1.1 用长寿命荧光体标记特定分子

14.1.2 研究样本在平面阵列中集成设计:同质性和异质性试验

14.1.3 用强光脉冲激发阵列中的多个标本以及阵列标本在图像传感器上成像,然后对荧光信号进行时间门控读取

14.1.4 微阵列化验

14.2 用于超敏荧光检测的理想荧光体的特性

14.3 钌化物

14.4 生命科学应用

14.4.1 药物研发分析

14.4.2 即时检验

14.5 用于时间分辨率荧光成像的超低噪声CMOS图像传感器应用前景

参考文献

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