第三章 光電檢測技術(shù)常用器件及應(yīng)用4

1、1、光電器件的類型與特點(diǎn)2、光電檢測器件的特性參數(shù)3、光電導(dǎo)器件-光敏電阻4、光生伏特效應(yīng)-光電池、光電二極管、光電三極管等6、光電發(fā)射效應(yīng)-光電管、光電倍增管等主要內(nèi)容主要內(nèi)容7、光熱效應(yīng)-熱敏電阻、熱電偶5、發(fā)光器件及耦合器件光電測量中的常用光源 根據(jù)光譜寬度，可將光源分為相干光源和非相干光源相干光源 ： 激光（氣體、固體、半導(dǎo)體）非相干光源：除了激光之外的其他光源1、熱輻射光源 （白熾燈，太陽光 等）2、氣體放電光源（汞燈、脈沖氙燈等）3、固體發(fā)光光源（LED發(fā)光二極管）白熾燈利用熱輻射發(fā)出可見光的電白熾燈利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。光源。 在燈泡內(nèi)充入鹵鎢循環(huán)劑（如氯化在燈泡內(nèi)充入鹵

2、鎢循環(huán)劑（如氯化碘、溴化硼等），可以形成鹵鎢循碘、溴化硼等），可以形成鹵鎢循環(huán)，就構(gòu)成了環(huán)，就構(gòu)成了鹵鎢燈鹵鎢燈。鹵鎢燈的工。鹵鎢燈的工作溫度為作溫度為3200K，光效為，光效為30lm/W。白熾燈利用氣體放電原理制成的光利用氣體放電原理制成的光源稱為氣體放電光源。源稱為氣體放電光源。 制作時(shí)在燈中充入發(fā)光用的氣體，在電場作用制作時(shí)在燈中充入發(fā)光用的氣體，在電場作用下激勵(lì)出電子和離子，氣體變成導(dǎo)電體。下激勵(lì)出電子和離子，氣體變成導(dǎo)電體。當(dāng)離子向當(dāng)離子向陰極，電子向陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)，從電場中獲得能量，使陰極，電子向陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)，從電場中獲得能量，使內(nèi)層電子躍遷到高能級，引起原子的激發(fā)內(nèi)層電子躍遷到高能級

3、，引起原子的激發(fā)，受激原，受激原子回到低能級時(shí)就會發(fā)射出可見輻射或紫外輻射。子回到低能級時(shí)就會發(fā)射出可見輻射或紫外輻射。氣體放電光源有輝光放電燈、弧光放電燈、高頻放氣體放電光源有輝光放電燈、弧光放電燈、高頻放電燈等電燈等氣體放電光源發(fā)光二極管的基本工作原理與特性發(fā)光二極管（LED-Light Emitting Diode ）是一種固態(tài)發(fā)光，是利用半導(dǎo)體或類似結(jié)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換成光能的元件，屬于低場下的注入式電致發(fā)光。1907年首次發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體二極管在正向偏置的情況下年首次發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體二極管在正向偏置的情況下發(fā)光。發(fā)光。1923年，由年，由Losev在產(chǎn)生在產(chǎn)生p-n結(jié)的結(jié)的SiC中發(fā)現(xiàn)注入中發(fā)現(xiàn)注入式

4、電致發(fā)光式電致發(fā)光60年代末，年代末，LED得到迅速發(fā)展得到迅速發(fā)展1964年，年，Gvimmeiss和和Scholz以以GaP間接帶材間接帶材料隙得到橙、黃、綠的料隙得到橙、黃、綠的LED70年代末，人們開始用發(fā)光二極管作為數(shù)碼顯示器年代末，人們開始用發(fā)光二極管作為數(shù)碼顯示器和圖像顯示器。和圖像顯示器。 發(fā)展史發(fā)展史 發(fā)光二極管發(fā)光二極管（即（即LED）是一種是一種注入電致發(fā)光注入電致發(fā)光器件，器件，它由它由P型和型和 N型半型半導(dǎo)體組合而成。其導(dǎo)體組合而成。其發(fā)光機(jī)理常分為發(fā)光機(jī)理常分為PN結(jié)注入發(fā)光與異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光與異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光兩種結(jié)注入發(fā)光兩種。 發(fā)光二極管的發(fā)光機(jī)理1 1、制作半導(dǎo)

5、體發(fā)光二極管的材料是摻雜的，熱平、制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是摻雜的，熱平衡狀態(tài)下的衡狀態(tài)下的N N區(qū)很多自由電子，區(qū)很多自由電子，P P區(qū)有很多多空穴。區(qū)有很多多空穴。2 2、當(dāng)加以正向電壓時(shí)，、當(dāng)加以正向電壓時(shí)，N N區(qū)導(dǎo)帶中的電子可越過區(qū)導(dǎo)帶中的電子可越過PNPN結(jié)的勢壘進(jìn)入結(jié)的勢壘進(jìn)入P P區(qū)。區(qū)。P P區(qū)的空穴也向區(qū)的空穴也向N N區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散3 3、于是電子與空穴有機(jī)會相遇，復(fù)合發(fā)光。由于、于是電子與空穴有機(jī)會相遇，復(fù)合發(fā)光。由于空穴遷移率低于自由電子，則復(fù)合發(fā)光主要發(fā)生在空穴遷移率低于自由電子，則復(fù)合發(fā)光主要發(fā)生在p p區(qū)。區(qū)。光的顏色（波長）決定于材料禁帶寬度光的顏色（波長）決

6、定于材料禁帶寬度EgEg，光的強(qiáng)，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)弱與電流有關(guān) 1. PN結(jié)注入發(fā)光 為了提高載流子注入效率，可以采用異質(zhì)結(jié)。由于為了提高載流子注入效率，可以采用異質(zhì)結(jié)。由于p區(qū)和區(qū)和n區(qū)的禁帶寬度不相等，當(dāng)加上正向電壓時(shí)兩個(gè)勢壘均減小，但區(qū)的禁帶寬度不相等，當(dāng)加上正向電壓時(shí)兩個(gè)勢壘均減小，但P P區(qū)的勢區(qū)的勢壘減小多，兩區(qū)的價(jià)帶幾乎相同，空穴就不斷向壘減小多，兩區(qū)的價(jià)帶幾乎相同，空穴就不斷向n區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。對對n區(qū)電子，區(qū)電子，勢壘仍然較高，不能注入勢壘仍然較高，不能注入p區(qū)區(qū)。這樣，禁帶寬的這樣，禁帶寬的p區(qū)成為注入源，禁帶區(qū)成為注入源，禁帶窄的窄的n區(qū)成為載流子復(fù)合發(fā)光的發(fā)光區(qū)。由于

7、區(qū)成為載流子復(fù)合發(fā)光的發(fā)光區(qū)。由于n區(qū)所發(fā)射的光子能量區(qū)所發(fā)射的光子能量hv比比EG2 小得多，它進(jìn)入小得多，它進(jìn)入p區(qū)不會引起本征吸收而直接透射出去。區(qū)不會引起本征吸收而直接透射出去。 2. 異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光為了進(jìn)一步提高載流為了進(jìn)一步提高載流子注入效率，常常采子注入效率，常常采用雙異質(zhì)結(jié)用雙異質(zhì)結(jié)(DH)(DH)注入。注入。雙異質(zhì)結(jié)雙異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光注入發(fā)光LED的特性參數(shù) LED的發(fā)光光譜指LED發(fā)出光的相對強(qiáng)度(或能量)隨波長(或頻率)變化的分布曲線。它直接決定著發(fā)光二極管的發(fā)光顏色 發(fā)光二極管發(fā)射的光通量與輸人電能之比表發(fā)光二極管發(fā)射的光通量與輸人電能之比表示發(fā)光效率，單位

8、示發(fā)光效率，單位lm/W；也有把光強(qiáng)度與注入也有把光強(qiáng)度與注入電流之比稱為發(fā)光效率，單位為電流之比稱為發(fā)光效率，單位為cdA（坎坎/安）。安）。2 2、發(fā)光效率發(fā)光效率對比：發(fā)光效率對比：白熾燈白熾燈 9lm/w日光燈日光燈 40lm/wLED 60lm/w10.90.1亮度ttrtf3. 時(shí)間響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)響應(yīng)時(shí)間指器件啟亮響應(yīng)時(shí)間指器件啟亮(上升上升)與熄滅與熄滅(衰減衰減)時(shí)間的延遲。實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延遲。實(shí)驗(yàn)證明，二極管的上升時(shí)間隨電流的增加而近似呈指數(shù)衰減。證明，二極管的上升時(shí)間隨電流的增加而近似呈指數(shù)衰減。它的響應(yīng)時(shí)間一般是很短的，如它的響應(yīng)時(shí)間一般是很短的，如GaAs1-xPx僅為幾個(gè)僅

9、為幾個(gè)ns，GaP約為約為100ns。 發(fā)光二極管的壽命定義為亮度降低到原有亮度一半時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。二極管的壽命一般都很長，在電流密度小于在電流密度小于lA/cm2時(shí)，一般可達(dá)時(shí)，一般可達(dá)106h，最長可達(dá)最長可達(dá)109h。隨著工作時(shí)間的加長，亮度下降的現(xiàn)象叫老化。電流密度大，老化快。 4. 壽命LED特點(diǎn)發(fā)光二極管的應(yīng)用 1998年發(fā)白光的年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。開發(fā)成功。高效節(jié)能超長壽命：以相高效節(jié)能超長壽命：以相同亮度比較，同亮度比較，3W的的LED節(jié)能燈節(jié)能燈333小時(shí)耗小時(shí)耗1度電，而普度電，而普通通60W白熾燈白熾燈17小時(shí)耗小時(shí)耗1度電，普通度電，普通5W節(jié)能燈節(jié)能燈200小小

10、時(shí)耗時(shí)耗1度電。度電。CREE公司實(shí)驗(yàn)室最高光效已達(dá)公司實(shí)驗(yàn)室最高光效已達(dá)260lm/W，而市面上的單顆大功率而市面上的單顆大功率LED也已經(jīng)突破也已經(jīng)突破100lm/W。綠色。綠色環(huán)保：不含汞和氙等有害元素。環(huán)保：不含汞和氙等有害元素。2.照明七段式數(shù)碼管文字顯示器的內(nèi)部接線14劃字碼管3、數(shù)字、文字以及圖像顯示4、顯示器彩色大面積顯示設(shè)備，如電子商標(biāo)及大屏幕顯示彩色大面積顯示設(shè)備，如電子商標(biāo)及大屏幕顯示LCDLED與LCD比較LCD 液晶屏是 Liquid Crystal Display 的簡稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透

11、過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。LED顯示器與LCD顯示器相比，LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。LED與LCD的功耗比大約為1:10，而且更高的刷新速率使得LED在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，能提供寬達(dá)160的視角。有機(jī)LED顯示屏的單個(gè)元素反應(yīng)速度是LCD液晶屏的1000倍，在強(qiáng)光下也可以照看不誤，并且適應(yīng)零下40度的低溫。利用LED技術(shù)，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的顯示器，擁有廣泛的應(yīng)用前景。LED的分辨率一般較低，價(jià)格也比較昂貴，因?yàn)榧啥雀摺?等離子顯示器（PDPPDP） 等離子屏：英文為等離子屏：英文為Plasma D

12、isplay Panel, 其是在兩其是在兩張薄玻璃板之間充填混合氣張薄玻璃板之間充填混合氣體，施加電壓使之產(chǎn)生離子體，施加電壓使之產(chǎn)生離子氣體，然后使等離子氣體放氣體，然后使等離子氣體放電，與基板中的熒光體發(fā)生電，與基板中的熒光體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生彩色影像。反應(yīng)，產(chǎn)生彩色影像。等離子彩電又稱等離子彩電又稱“壁掛式電視壁掛式電視”，不受磁力和磁場影，不受磁力和磁場影響，具有機(jī)身纖薄、重量輕、屏幕大、色彩鮮艷、畫響，具有機(jī)身纖薄、重量輕、屏幕大、色彩鮮艷、畫面清晰、亮度高、失真度小、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。耗電面清晰、亮度高、失真度小、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。耗電量大，一臺量大，一臺42寸的耗電量為寸的耗電量為38

13、0W等離子屏工作機(jī)理類似普通日光燈，有三層結(jié)構(gòu)。等離子屏工作機(jī)理類似普通日光燈，有三層結(jié)構(gòu)。在第一層的里面涂有導(dǎo)電在第一層的里面涂有導(dǎo)電材料的垂直，中間層是燈材料的垂直，中間層是燈泡陣列，第三層表面涂有泡陣列，第三層表面涂有導(dǎo)電材料的水平條。導(dǎo)電材料的水平條。要點(diǎn)要點(diǎn)亮某個(gè)地址的燈泡，開始亮某個(gè)地址的燈泡，開始要在相應(yīng)行上加較高的電要在相應(yīng)行上加較高的電壓，等該燈泡點(diǎn)亮后，可壓，等該燈泡點(diǎn)亮后，可用低電壓維持氖氣燈泡的用低電壓維持氖氣燈泡的亮度。關(guān)掉某個(gè)燈泡，只亮度。關(guān)掉某個(gè)燈泡，只要將相應(yīng)的電壓降低。燈要將相應(yīng)的電壓降低。燈泡開關(guān)的周期時(shí)間是泡開關(guān)的周期時(shí)間是15ms，通過改變控制電壓，可以

14、通過改變控制電壓，可以使等離子板顯示不同灰度使等離子板顯示不同灰度的圖形。的圖形。OLED其柔性的特征將使得可折其柔性的特征將使得可折疊電視、電腦成為可能。還存在使用壽命短、大型疊電視、電腦成為可能。還存在使用壽命短、大型化難等缺陷。具備了信息顯示和器件制造所要的所化難等缺陷。具備了信息顯示和器件制造所要的所有優(yōu)異特征，是公認(rèn)的下一代顯示器主流。有優(yōu)異特征，是公認(rèn)的下一代顯示器主流。6.1 為什么說發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)在為什么說發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)在PN 結(jié)的結(jié)的P 區(qū)？這與電區(qū)？這與電子、空穴的遷移率有關(guān)嗎？子、空穴的遷移率有關(guān)嗎？答：答：這是因?yàn)榘l(fā)光二極管在正向電壓的作用下，電子由這是因?yàn)榘l(fā)光

15、二極管在正向電壓的作用下，電子由N區(qū)向區(qū)向P 區(qū)運(yùn)動(dòng)，而空穴向區(qū)運(yùn)動(dòng)，而空穴向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。但由于電子的遷移率區(qū)運(yùn)動(dòng)。但由于電子的遷移率N 比空穴的遷移率比空穴的遷移率p高高20 倍左右，電子很快從倍左右，電子很快從N 區(qū)遷移區(qū)遷移到到P 區(qū)，因而復(fù)合發(fā)光主要發(fā)生在區(qū)，因而復(fù)合發(fā)光主要發(fā)生在P 區(qū)。區(qū)。6.2 為什么發(fā)光二極管必須在正向電壓下才能發(fā)光？反向?yàn)槭裁窗l(fā)光二極管必須在正向電壓下才能發(fā)光？反向偏置的發(fā)光二極管能發(fā)光嗎？偏置的發(fā)光二極管能發(fā)光嗎？答：答：由于由于 LED 的發(fā)光機(jī)理是非平衡載流子即電子與空穴的發(fā)光機(jī)理是非平衡載流子即電子與空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致復(fù)合發(fā)光，因此要求擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢，所

16、的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致復(fù)合發(fā)光，因此要求擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢，所以必須加正向電壓。在不加偏加或加反向偏壓的情況下，以必須加正向電壓。在不加偏加或加反向偏壓的情況下，PN 結(jié)內(nèi)部的漂移運(yùn)動(dòng)占主要優(yōu)勢，而這種少子運(yùn)動(dòng)復(fù)合結(jié)內(nèi)部的漂移運(yùn)動(dòng)占主要優(yōu)勢，而這種少子運(yùn)動(dòng)復(fù)合幾率小，不足以使幾率小，不足以使LED 發(fā)光。發(fā)光。習(xí)題6.3 發(fā)光二極管的發(fā)光光譜由哪些因素決定？光譜的半寬度發(fā)光二極管的發(fā)光光譜由哪些因素決定？光譜的半寬度有何意義？有何意義？答：答：發(fā)光二極管的發(fā)光光譜發(fā)光二極管的發(fā)光光譜由材料的種類、性質(zhì)及發(fā)光中由材料的種類、性質(zhì)及發(fā)光中心的結(jié)構(gòu)決定，而與器件的幾何形狀和封裝方式無關(guān)。心的結(jié)構(gòu)決定，而與器件的

17、幾何形狀和封裝方式無關(guān)。譜線半寬度譜線半寬度（半功率寬度（半功率寬度2 ）在在LED 譜線的峰值譜線的峰值P兩側(cè)兩側(cè) 處，存在兩個(gè)光強(qiáng)等于峰值一半的點(diǎn)，它們之間處，存在兩個(gè)光強(qiáng)等于峰值一半的點(diǎn)，它們之間的寬度。的寬度。意義：意義：它是一個(gè)反映它是一個(gè)反映LED 單色性的參數(shù)。半寬度越小，則單色性的參數(shù)。半寬度越小，則發(fā)光光譜單色性越好，發(fā)光功率集中于半譜線寬度內(nèi)。發(fā)光光譜單色性越好，發(fā)光功率集中于半譜線寬度內(nèi)。半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)子數(shù)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，

18、實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的1 1、工作物質(zhì)（產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布）、工作物質(zhì)（產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布）2 2、激勵(lì)能源（輻射源或電源）、激勵(lì)能源（輻射源或電源）3 3、有一個(gè)諧振腔（提供正反饋和高增益，維持、有一個(gè)諧振腔（提供正反饋和高增益，維持受激輻射。）受激輻射。）獲得激光必須具備三個(gè)要素獲得激光必須具備三個(gè)要素：（激勵(lì)源）激勵(lì)源）（激光物質(zhì)）激光物質(zhì)）（諧振腔）諧振腔）半導(dǎo)體激光產(chǎn)生過程：在激光物質(zhì)中，產(chǎn)生激光的必要條件之一就是受激輻射要占主導(dǎo)地位，此時(shí)就必須從外部給工作物質(zhì)輸入能量，使處于激發(fā)態(tài)的載流子多于處于基態(tài)的載流子，也就是把載流子的正常分布倒轉(zhuǎn)過來粒

19、子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件：增益大于閾值增益或注入電流大于閾值電流。粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn) 通常是由具有一定幾何形狀和光學(xué)反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用：提供正反饋和增益,維持受激輻射的持續(xù)振蕩。對腔內(nèi)往返振蕩光束的方向和頻率進(jìn)行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。諧振腔在激光物質(zhì)的兩測放置相互平行的反射面。作用是讓所選光能在其內(nèi)反復(fù)振蕩而加強(qiáng) 。光在共振腔內(nèi)獲得增益，當(dāng)腔內(nèi)增益大于損耗，產(chǎn)生激光振蕩。諧振腔這樣的激光器面積大，也稱為這樣的激光器面積大，也稱為大面積激光器大面積激光器。PN結(jié)型二極管注入式激光器n 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件：增益大于閾值增

20、益或注入電流大于閾值電流。反射吸收散射衍射透過諧振腔失掉偏振損失起偏器泡克爾晶體增益損耗增益損耗增益=損耗增益和損耗增益和損耗半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)電源工作物質(zhì)工作物質(zhì)諧振腔諧振腔注入式注入式光子激勵(lì)光子激勵(lì)電子束激勵(lì)電子束激勵(lì)PN結(jié)（同質(zhì)結(jié)）結(jié)（同質(zhì)結(jié)）異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)單異質(zhì)結(jié)單異質(zhì)結(jié)雙異質(zhì)結(jié)（雙異質(zhì)結(jié)（DH）解理面解理面布拉格反饋布拉格反饋分布反饋式分布反饋式DFB分布布拉格反射式分布布拉格反射式DBR LDLD發(fā)射的是發(fā)射的是受激輻射光受激輻射光 LEDLED發(fā)射的是發(fā)射的是自發(fā)輻射光自發(fā)輻射光 LD 的特點(diǎn)及應(yīng)用激光的特性 n方向性好方向性好 n亮度高亮度高 n單色性好單色性好 n

21、相干性好相干性好 方向性好 單色性好高亮度由于激光具有方向性好、亮度高、單色性由于激光具有方向性好、亮度高、單色性好、相干性好等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域得到廣好、相干性好等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：泛應(yīng)用：1：激光應(yīng)用于軍事領(lǐng)域：激光應(yīng)用于軍事領(lǐng)域2：激光在信息技術(shù)領(lǐng)域：激光在信息技術(shù)領(lǐng)域-全息照相與光存儲中的應(yīng)用全息照相與光存儲中的應(yīng)用 3：激光在光通信領(lǐng)域領(lǐng)域的應(yīng)用：激光在光通信領(lǐng)域領(lǐng)域的應(yīng)用 4：激光在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用：激光在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 5：激光在工業(yè)加工領(lǐng)域中的應(yīng)用：激光在工業(yè)加工領(lǐng)域中的應(yīng)用 6：激光在物理、化學(xué)、生物領(lǐng)域的應(yīng)用：激光在物理、化學(xué)、生物領(lǐng)域的應(yīng)用 7：激光應(yīng)用于科學(xué)研究

22、領(lǐng)域：激光冷凍原子與原子鐘、激光引發(fā)核聚變：激光應(yīng)用于科學(xué)研究領(lǐng)域：激光冷凍原子與原子鐘、激光引發(fā)核聚變 雷達(dá)（分辨率高，可測云霧）等。雷達(dá)（分辨率高，可測云霧）等。測量：測量：準(zhǔn)直、測距等。準(zhǔn)直、測距等。醫(yī)療：醫(yī)療：激光手術(shù)刀，激光手術(shù)刀，血管內(nèi)窺鏡，血管內(nèi)窺鏡，治癌等。治癌等。形形色色的激光武器n激光槍形形色色的激光武器n機(jī)載激光武器 激光用于通訊激光測距與激光雷達(dá)激光切割長度測量激光在信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用n全息照相全息照相n光存儲光存儲n大屏幕顯示大屏幕顯示n 由惠更斯-費(fèi)涅爾原理可知，任何物體發(fā)出的光波 n 可以看成是由物體上各物點(diǎn)發(fā)出球面波的總和，其表達(dá)式為：n n 通常底片上的感光乳

23、膠只對光強(qiáng)有響應(yīng)，其感光特性，頻率響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上光波的頻率（大于1014Hz），無法直接記錄相位，而底片的感光程度直接由原物各處的亮度決定，這樣底片上各點(diǎn)的明暗只能反映光波的振幅分布，但丟失了物光波的位相信息。其相片只能呈現(xiàn)一個(gè)平面像而失去了立體感，這就是普通照相，如上圖。 )2cos(),(1iiniiirwtrAtrO凸透鏡成像凸透鏡成像底片底片),(trO物體物體普通成像原理簡圖普通成像原理簡圖n 物體光波的記錄采用了干涉法，把具有振幅和相位信息的物光O和未受物體影響的參考光R相干涉，其干涉條紋將以強(qiáng)度分布的形式記錄在全息底片H H（即全息干板）上，經(jīng)顯影定影處理后形成全息圖。全息照相獲

24、得的底片并不直接顯示物體的形象，而僅是一張干涉圖，如上圖所示。n 由光干涉理論分析知，所產(chǎn)生的干涉圖樣的亮暗對比度反映了物光波振幅的大小；條紋的形狀、走向，間隔等幾何特征反映了物光波的位相分布。這樣全息圖就記錄下了來自物光的全部振幅和位相信息。實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)原原理理全息底片全息底片n 全息圖上只能看到復(fù)雜的 干涉條紋，要看到原來物體的 像，必須使全息圖再現(xiàn)原來物體發(fā)出的光波，稱為全息圖的再現(xiàn)，這一過程是利用光柵衍射原理來完成的。n 如圖，用一束與參考光相同的再現(xiàn)光沿原參考光的方向照射全息圖，圖上每一組干涉條紋可看作一復(fù)雜的光柵,它使再現(xiàn)光產(chǎn)生衍射。在衍射光柵的柵格間距小的地方，光的衍射角大；在衍射光

25、柵的柵格間距大的地方，光的衍射角小。即可在原物位置處看到與原物相同的立體圖象。實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)原原理理英女王的全息照片 多路合成角度全息用于藝術(shù)品展示 全息激光防偽標(biāo)簽，已經(jīng)是一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè) 光電耦合器件 發(fā)光器件：常用LED、LD和微形鎢絲燈等。 接收器件：常用光電二極管、光電三極管、光電池及光敏電阻等。光電耦合器件發(fā)送端與接收端是電、磁絕緣的，只有光信息相連。 光電耦合器件：將發(fā)光器件與光電接收器件組合在一起具有信號傳輸功能的器件。光電耦合器件電路符號 光電耦合器件的基本結(jié)構(gòu)如圖，發(fā)光器件與光電接收器件靠得很近，但不接觸。 光電開光電開關(guān)基本關(guān)基本電路電路R Rx xR RL L+V+VCCCC限

26、流限流電阻電阻5V50100mA圖中（圖中（a）、（）、（b）、（）、（c）分別為三種不同安裝方式光電發(fā)分別為三種不同安裝方式光電發(fā)射器件與光電接收器件分別安裝器件的兩臂上，分離尺寸一射器件與光電接收器件分別安裝器件的兩臂上，分離尺寸一般般412mm，分開的目的是要檢測兩臂間是否存在物體，以分開的目的是要檢測兩臂間是否存在物體，以及物體的運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)。這種封裝的器件常被稱為及物體的運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)。這種封裝的器件常被稱為對射式對射式光電開關(guān)。光電開關(guān)。 光電耦合器件的特點(diǎn) 具有電隔離的功能具有電隔離的功能它的輸入、輸出信號間完全沒有電路的聯(lián)系。絕緣電阻高它的輸入、輸出信號間完全沒有電路的聯(lián)系。

27、絕緣電阻高達(dá)達(dá)1010l012，擊穿電壓高達(dá)，擊穿電壓高達(dá)10025kV，耦合電，耦合電容小于容小于1PF。 信號傳輸方式是單向性的信號傳輸方式是單向性的 具有抗干擾和噪聲的能力具有抗干擾和噪聲的能力它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。 n 響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快n 一般可達(dá)微秒級，甚至納秒級。信號頻率在直流一般可達(dá)微秒級，甚至納秒級。信號頻率在直流至至10MHz之間。之間。n 實(shí)用性強(qiáng)實(shí)用性強(qiáng)n 具有一般固體器件的可靠性，體積小具有一般固體器件的可靠性，體積小(一般一般66mm)，重量輕，抗震，密封防水，性能穩(wěn)，重量輕，抗震，密封防水，性能穩(wěn)定，耗電

28、省，成本低，工作溫度范圍在定，耗電省，成本低，工作溫度范圍在55+l00之間。之間。n 即具有耦合特性又具有隔離特性即具有耦合特性又具有隔離特性光電耦合器件的應(yīng)用 1. 用于電平轉(zhuǎn)換 工業(yè)控制系統(tǒng)所用集成電路的電源電壓和信號脈沖的幅度常不盡相同，如TTL的電源為5V，HTL為12V，PMOS為22V，CMOS則為520V。如果在系統(tǒng)中必須采用二種集成電路芯片，就必需對電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便邏輯控制的實(shí)現(xiàn)。 2. 用于邏輯門電路 利用光電耦合器件可以構(gòu)成各種邏輯電路，如圖所示為兩個(gè)光電耦合器組成的與門電路。光電耦合器件還可以構(gòu)成與非、或、或非、異或等邏輯電路。 3. 隔離方面的應(yīng)用 有時(shí)為隔離干擾，或者為使高壓電路與低壓信號分開，可采用光電耦合器。 在電子計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備相連的情況下，會出現(xiàn)感應(yīng)噪聲、接地回路噪聲等問題。為了使輸入、輸出設(shè)備及長線傳輸設(shè)備等外圍設(shè)備的各種干擾不竄入計(jì)算機(jī)，以便提高計(jì)算機(jī)工作的可靠性，亦采用光電耦合器把計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備隔離開來。 6.8 產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件是什么？產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件是什么？答：答：（1）泵浦源泵浦源，將處于低能態(tài)的電子激發(fā)到較高能態(tài)上去；，將