Niniejsza publikacja jest rozszerzoną i uaktualnioną wersją wydanej przez WNT w 2001 roku książki „Detekcja sygnałów optycznych”. Przedstawiono w niej zagadnienia detekcji promieniowania optycznego z punktu widzenia zasad działania różnych typów detektorów. Omówiono również elektroniczne układy przetwarzania sygnału. Uwzględniono najnowsze osiągnięcia światowe stosowane w technologii detektorów termicznych (szczególnie mikrobolometrów) i fotonowych, w tym wpływ nowych technologii epitaksjalnych na rozwój detektorów z wykorzystaniem kwantowych efektów rozmiarowych. Zaprezentowano również modele szumowe układów detekcji bezpośredniej i zaawansowane układy przetwarzania sygnałów umożliwiające odbiór sygnałów optycznych poniżej poziomu szumu. Książka jest przeznaczona dla studentów elektroniki, telekomunikacji, automatyki, mechatroniki, techniki wojskowej oraz fizyki, a także dla wszystkich zainteresowanych detekcją promieniowania optycznego. W stosunku do poprzedniego wydania Autorzy opisali nowe zagadnienia takie jak: podstawy działania detektorów na studniach kwantowych i supersieciach oraz nowej generacji detektorów barierowych i fotodetektorów z dwuwymiarowych materiałów, włączając grafen. Dokonano też przeglądu najważniejszych detektorów promieniowania gamma i X, ultrafioletowego, widzialnego, podczerwieni i promieniowania terahercowego.

Przedmowa 11 Wykaz ważniejszych oznaczeń 15 Wykaz ważniejszych skrótów 19 1. Radiometria 23 1.1. Wstęp 23 1.2. Wielkości radiometryczne 27 1.3. Luminancja 33 1.4. Promieniowanie ciała doskonale czarnego 37 1.4.1. Prawo Plancka 39 1.4.2. Prawo Stefana-Boltzmanna 43 1.4.3. Prawo przesunięć Wiena 45 1.4.4. Kontrast egzytancji 45 1.5. Emisyjność 47 1.5.1. Prawo Kirchhoffa 48 1.6. Radiometryczne pomiary temperatury 50 1.6.1. Temperatura promieniowania 51 1.6.2. Temperatura egzytancyjna 52 1.6.3. Temperatura barwy 53 1.7. Propagacja promieniowania optycznego 53 1.7.1. Propagacja promieniowania optycznego przez atmosferę 54 1.7.2. Transmisja materiałów optycznych 55 Bibliografia do rozdziału pierwszego 58 2. Kryteria oceny detektorów 59 2.1. Wprowadzenie 59 2.2. Parametry detektorów 62 2.3. Osiągi detektorów ograniczone szumem fotonowym 67 2.4. Pomiary parametrów detektorów 76 2.4.1. Pomiar czułości 76 2.4.2. Pomiar szumów 81 2.4.3. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej mocy równoważnej szumom 86 2.4.4. Pomiar charakterystyk częstotliwościowych 87 2.4.5. Pomiar czasu narastania i opadania odpowiedzi detektora 89 Bibliografia do rozdziału drugiego 90 3. Źródła szumu 92 3.1. Wprowadzenie 92 3.2. Szumy detektora 96 3.2.1. Szum fotonowy 97 3.2.2. Szum cieplny 100 3.2.3. Szum generacyjno-rekombinacyjny 102 3.2.4. Szum śrutowy 104 3.2.5. Szumy 1/f 106 3.2.6. Szum temperaturowy 107 3.2.7. Szum mikrofonowy 108 3.2.8. Szum wybuchowy 109 Bibliografia do rozdziału trzeciego 110 4. Podstawy fizyczne detekcji promieniowania optycznego 112 4.1. Wstęp 112 4.2. Klasyfikacja detektorów 115 4.3. Podstawy fizyczne działania detektorów termicznych 122 4.3.1. Termopary 126 4.3.2. Bolometry 128 4.3.3. Detektory piroelektryczne 131 4.4. Podstawy fizyczne działania detektorów fotonowych 136 4.4.1. Absorpcja promieniowania 137 4.4.2. Sprzężenie promieniowania z detektorem 142 4.4.3. Mechanizmy generacyjno-rekombinacyjne 144 4.5. Fotorezystory 150 4.6. Detektory fotowoltaiczne 155 4.6.1. Fotodiody ze złączem p-n 156 4.6.2. Realne fotodiody 160 4.7. Szybkość odpowiedzi 167 4.8. Fotodiody ze złączem Schottky’ego 168 4.9. Detektory fotoemisyjne 174 4.10. Fotodiody p-i-n 177 4.11. Fotodiody lawinowe 182 4.12. Detektory barierowe 190 Bibliografia do rozdziału czwartego 196 5. Detektory termiczne 199 5.1. Wstęp 199 5.2. Osiągi detektorów termicznych 200 5.3. Termopary 204 5.3.1. Materiały termoelektryczne 206 5.3.2. Technologia i właściwości termopar 209 5.4. Bolometry 212 5.4.1. Bolometry metalowe 214 5.4.2. Termistory 216 5.4.3. Bolometry niskotemperaturowe 218 5.4.4. Bolometry kompozytowe 220 5.4.5. Mikrobolometry krzemowe 221 5.4.6. Bolometry nadprzewodzące 228 5.5. Detektory piroelektryczne 233 5.5.1. Czułość 233 5.5.2. Szum i wykrywalność 236 5.5.3. Wybór materiału detektora 240 5.5.4. Bolometr dielektryczny 243 5.5.5. Detektory piroelektryczne wielobarwne 246 Bibliografia do rozdziału piątego 249 6. Detektory fotoemisyjne 252 6.1. Wprowadzenie 252 6.2. Konwencjonalne fotokatody 253 6.3. Fotokatody z ujemnym powinowactwem elektronowym 258 6.4. Fotopowielacze 260 6.5. Wzmacniacze obrazu 267 6.6. Fotoemisyjne detektory krzemowe z barierą Schottky’ego 273 Bibliografia do rozdziału szóstego 277 7. Detektory fotonowe 278 7.1. Wprowadzenie 278 7.2. Detektory promieniowania X i promieniowania g 283 7.3. Detektory promieniowania nadfioletowego 293 7.4. Fotodetektory zakresu widzialnego 301 7.5. Fotodiody germanowe 305 7.6. Fotodiody z InGaAs 308 7.7. Fotodiody z antymonków grupy AIIIBV 311 7.8. Fotorezystory z chalkogenidków ołowiu 317 7.9. Fotodetektory z HgCdTe 320 7.9.1. Fotorezystory 320 7.9.2. Fotodiody 328 7.9.3. Fotodiody lawinowe 333 7.10. Fotorezystory domieszkowe 337 Bibliografia do rozdziału siódmego 343 8. Detektory z supersieci, studni i kropek kwantowych 346 8.1. Wprowadzenie 346 8.2. Fotodiody lawinowe z supersiecią 351 8.3. Detektory na studniach kwantowych AlGaAs/GaAs 353 8.4. Detektory z supersieci AIIIBV drugiego rodzaju 360 8.4.1. Podstawowe właściwości fizyczne supersieci drugiego rodzaju 361 8.4.2. Konfiguracje supersieci drugiego rodzaju 366 8.4.3. Fotodiody p-i-n 368 8.4.4. Detektory barierowe 371 8.5. Detektory z kropek kwantowych 376 8.6. Fotodetektory kaskadowe 381 Bibliografia do rozdziału ósmego 386 9. Detektory z materiałów dwuwymiarowych 388 9.1. Podstawowe właściwości fizyczne grafenu 388 9.2. Detektory grafenowe 392 9.3. Fotodetektory z alternatywnych materiałów dwuwymiarowych 400 9.4. Podsumowanie 405 Bibliografia do rozdziału dziewiątego 405 10. Detektory terahercowe 407 10.1. Detektory do zobrazowania terahercowego pracujące w temperaturze pokojowej 409 10.1.1. Diody Schottky’ego 412 10.1.2. Detektory z tranzystorów FET i CMOS 414 10.1.3. Mikrobolometry 417 10.2. Bolometry półprzewodnikowe 419 10.3. Nadprzewodzące detektory fotonowe 421 10.4. Nadprzewodzące detektory HEB i TES 422 Bibliografia do rozdziału dziesiątego 426 11. Przedwzmacniacze do detektorów promieniowania optycznego 429 11.1. Wymagania dotyczące parametrów przedwzmacniaczy stosowanych w fotoodbiornikach 429 11.2. Dobór aktywnych elementów wzmacniających 430 11.3. Przedwzmacniacze napięciowe 438 11.4. Przedwzmacniacze transimpedancyjne 443 11.5. Stopnie wejściowe fotoodbiorników z detektorami fotoprzewodzącymi 447 11.6. S topnie wejściowe fotoodbiorników z fotodiodami 455 11.6.1. Wybrane metody zwiększenia szerokości pasma w stopniach wejściowych fotoodbiorników ze wzmacniaczami transimpedancyjnymi 459 11.6.2. Przedwzmacniacze ładunkowe 463 11.7. Przedwzmacniacze do termopar 466 11.8. Przedwzmacniacze do detektorów piroelektrycznych 469 11.9. Przedwzmacniacze do fotopowielaczy 473 11.10. Fotoodbiorniki monolityczne i hybrydowe 477 11.11. Liczniki fotonów 478 Bibliografia do rozdziału jedenastego 484 12. Modele szumowe stopni wejściowych fotoodbiorników 487 12.1. Wstęp 487 12.2. Szumy w fotoodbiorniku ze wzmacniaczem napięciowym 488 12.3. Szumy w fotoodbiorniku ze wzmacniaczem transimpedancyjnym 490 12.4. Szumy stopnia wejściowego fotoodbiornika z przedwzmacniaczem ładunkowym 495 12.5. Odbiorniki z fotodiodami p-n i p-i-n 496 12.5.1. Stosunek sygnału do szumu. Ograniczenia kwantowe i termiczne 497 12.5.2. Wpływ rezystancji obciążenia na stosunek sygnału do szumu 499 12.5.3. Wpływ pojemności równoległych na stosunek sygnału do szumu 500 12.6. Odbiorniki z fotodiodami lawinowymi 501 Bibliografia do rozdziału dwunastego 507 13. Matryce detektorów 509 13.1. Wstęp 509 13.2. Mozaiki liniowe 512 13.3. Układy z opóźnieniem czasowym 513 13.4. Mozaiki detektorów z obróbką sygnału w płaszczyźnie obrazowej 515 13.4.1. Matryce monolityczne 516 13.4.2. Matryce hybrydowe 518 13.5. Podstawowe parametry matryc detektorów 521 13.5.1. Natężenie napromienienia równoważne szumom (NEI) 521 13.5.2. Różnica temperatury równoważna szumom (NETD) 522 13.5.3. Minimalna rozróżnialna różnica temperatury (MRTD) 524 13.5.4. Funkcja przenoszenia modulacji (MTF) 525 13.5.5. Inne parametry 529 13.6. Przetworniki obrazu CCD 531 13.6.1. Wprowadzenie 531 13.6.2. Mechanizm działania CCD 531 13.6.3. Rodzaje przyrządów CCD 536 13.6.4. Techniki odczytu sygnału stosowane w matrycach CCD 541 13.6.5. Architektura układów odczytu 546 13.7. Przetworniki obrazu CMOS 555 13.7.1. Wiadomości wstępne 555 13.7.2. Rodzaje pikseli 558 13.7.3. Układy odczytu sygnału w przetwornikach CMOS 563 13.7.4. Architektura układów odczytu przetworników CMOS 574 Bibliografia do rozdziału trzynastego 578 14. Wybrane zagadnienia matryc detektorów 581 14.1. Zintegrowany zestaw detektora 582 14.2. Przetworniki CCD i CMOS 587 14.2.1. Przetworniki CCD 588 14.2.2. Przetworniki CMOS 594 14.3. Osiągi matryc detektorów podczerwieni 598 14.4. Matryce bolometryczne 607 14.5. Fotonowe matryce detektorów podczerwieni 615 14.5.1. Matryce detektorów z InGaAs 616 14.5.2. Matryce detektorów z InSb 621 14.5.3. Matryce detektorów barierowych z InAsSb 624 14.5.4. Matryce detektorów z HgCdTe 625 14.5.5. Matryce QWIP 631 14.5.6. Matryce detektorów z supersieci II typu 633 14.5.7. Matryce detektorów z półprzewodników domieszkowanych 636 Bibliografia do rozdziału czternastego 638 15. Zaawansowane metody detekcji sygnałów optycznych 642 15.1. Detekcja wolnozmiennych sygnałów optycznych poprzez całkowanie sygnału 642 15.2. Wzmacniacze selektywne 646 15.3. Detekcja fazoczuła 649 15.4. Układy detekcji z synchronicznym całkowaniem sygnału 664 15.5. Detekcja koherentna 677 15.5.1. Detekcja heterodynowa 680 15.5.2. Detekcja homodynowa 686 15.5.3. Wymagania i trudności odbioru koherentnego 689 Bibliografia do rozdziału piętnastego 691 O autorach 693 Skorowidz 695