光源和光的調制

1、關于光源和光的調制現(xiàn)在學習的是第一頁，共79頁定量分析光與物質相互作用所產生的光電效應。定量分析光與物質相互作用所產生的光電效應。 輻射的基本物理量：輻射的基本物理量：輻射能：輻射能：一種傳播電磁波的能量，當輻射能被物質吸收時，可一種傳播電磁波的能量，當輻射能被物質吸收時，可以轉化成其它形式的能量。符號表示：以轉化成其它形式的能量。符號表示：Qe,單位：焦耳單位：焦耳(J)輻射通量：輻射通量：單位時間內流過面積元單位時間內流過面積元dA的輻射能量，單位為的輻射能量，單位為瓦特。瓦特。輻射強度輻射強度: 點輻射源在給定方向上單位時間單位立體角內所輻點輻射源在給定方向上單位時間單位立體角內所輻射的

2、能量為該方向上的輻射強度。單位：射的能量為該方向上的輻射強度。單位：W/srdtdQeeddIee對各向同性的點光源，所有方向發(fā)射的總輻射通量為：對各向同性的點光源，所有方向發(fā)射的總輻射通量為： eeI42現(xiàn)在學習的是第二頁，共79頁輻射的基本物理量：輻射的基本物理量：輻出度：輻出度：面輻射源單位面積發(fā)射出的輻射通量。單位：面輻射源單位面積發(fā)射出的輻射通量。單位：W/m2輻射亮度：輻射亮度：擴展輻射源在給定方向上單位立體角、單位投擴展輻射源在給定方向上單位立體角、單位投影面積內發(fā)出的輻射通量影面積內發(fā)出的輻射通量。單位：單位：W/(sr.m2)輻射效率：輻射效率：光源所發(fā)出的輻射通量和外界提供

3、給光源的功率之光源所發(fā)出的輻射通量和外界提供給光源的功率之比。比。dAdMeecosdAILee%100PQee3現(xiàn)在學習的是第三頁，共79頁光度學的基本物理量：光度學的基本物理量：光譜輻射度：光譜輻射度：輻射源所輻射的某一波長的單色光的輻射輻射源所輻射的某一波長的單色光的輻射能量能量 。光通量：光通量：光源表面在無窮小時間內發(fā)射、傳播或接收所有光源表面在無窮小時間內發(fā)射、傳播或接收所有可見光譜光能定義為光通量。單位：流明可見光譜光能定義為光通量。單位：流明(lm)光出度光出度 ：面光源表面某點處的面元向半球面空間發(fā)射的光通面光源表面某點處的面元向半球面空間發(fā)射的光通量與面元面積之比。單位：勒

4、克斯量與面元面積之比。單位：勒克斯(lx,lm/m2)dd光度學中的各物理量在光譜的可見波段才有意義。人眼對各光度學中的各物理量在光譜的可見波段才有意義。人眼對各種波長光線的視覺靈敏度不同，相同光能量的各種波長光線種波長光線的視覺靈敏度不同，相同光能量的各種波長光線所產生的視覺效果不同。所產生的視覺效果不同。dtdQvvvM4現(xiàn)在學習的是第四頁，共79頁光度學的基本物理量：光度學的基本物理量：發(fā)光強度：發(fā)光強度：點光源在給定方向的立體角內發(fā)射的光通量。點光源在給定方向的立體角內發(fā)射的光通量。單位：坎德拉單位：坎德拉(cd)發(fā)光效率：發(fā)光效率： 光源發(fā)射的總光通量與提供的功率之比為發(fā)光效光源發(fā)射

5、的總光通量與提供的功率之比為發(fā)光效率。率。%100PQvvddIvv5現(xiàn)在學習的是第五頁，共79頁普朗克輻射定律：普朗克輻射定律：黑體表面向半球面空間發(fā)射波長為黑體表面向半球面空間發(fā)射波長為的光譜輻的光譜輻射度是黑體溫度和波長的函數(shù)。射度是黑體溫度和波長的函數(shù)。斯忒藩斯忒藩-玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 熱輻射基本定律熱輻射基本定律物體熱輻射：靠加熱保持一定溫度使內能不變而持續(xù)輻射的輻射物體熱輻射：靠加熱保持一定溫度使內能不變而持續(xù)輻射的輻射形式，凡能發(fā)射連續(xù)光譜，且輻射是溫度的函數(shù)的物體叫熱輻射體。形式，凡能發(fā)射連續(xù)光譜，且輻射是溫度的函數(shù)的物體叫熱輻射體。) 1(2)(/52TkhcbeBeh

6、cTM004/52) 1(2)()(TdehcdTMTMTkhcbeebB黑體的輻射出射度只與黑體的溫度有關，而與黑體的其它性質無關。黑體的輻射出射度只與黑體的溫度有關，而與黑體的其它性質無關。6現(xiàn)在學習的是第六頁，共79頁光輻射的度量光輻射的度量輻射本領：輻射表面在單位波長間隔單位面積內所輻射的通量。輻射本領：輻射表面在單位波長間隔單位面積內所輻射的通量。吸收本領：吸收本領是在波長吸收本領：吸收本領是在波長 到到 間隔內被物體吸收的通間隔內被物體吸收的通量與入射通量之比，與物體的溫度及波長有關。量與入射通量之比，與物體的溫度及波長有關。 dAddTMe),()()(),(eeddTd7現(xiàn)在學

7、習的是第七頁，共79頁4.2 光輻射在空氣中的傳播光輻射在空氣中的傳播 大氣衰減大氣衰減 大氣中存在的多種氣體分子、塵埃、煙霧、濕氣等使部分輻射能量被吸收、轉大氣中存在的多種氣體分子、塵埃、煙霧、濕氣等使部分輻射能量被吸收、轉換、輻射，使輻射能衰減或改變原來的傳播方向。結果：導致測量精度降低或換、輻射，使輻射能衰減或改變原來的傳播方向。結果：導致測量精度降低或者無法進行測量。者無法進行測量。 大氣分子吸收：大氣分子吸收：不同分子的結構不同，其光譜吸收特性不同不同分子的結構不同，其光譜吸收特性不同 。大氣分子散射大氣分子散射空氣湍流效應：空氣湍流效應：湍流狀態(tài)使光輻射在傳播過程中隨機地改湍流狀態(tài)

8、使光輻射在傳播過程中隨機地改變其光波參量，出現(xiàn)光束截面內的光強閃爍、光束彎曲變其光波參量，出現(xiàn)光束截面內的光強閃爍、光束彎曲和漂移、光束彌散、畸變以及相干性退化等現(xiàn)象。和漂移、光束彌散、畸變以及相干性退化等現(xiàn)象。光電測量中的光波多在空氣中和光學玻璃中傳播。由于在光電檢光電測量中的光波多在空氣中和光學玻璃中傳播。由于在光電檢測中通常以空氣為信道，大氣構成成分的復雜和不穩(wěn)定性影響光束測中通常以空氣為信道，大氣構成成分的復雜和不穩(wěn)定性影響光束的特性，影響測量效果。的特性，影響測量效果。 8現(xiàn)在學習的是第八頁，共79頁4.3 光源光源 光電測試是采用光電的方法對帶有待測信息的光輻射物體的光電測試是采用

9、光電的方法對帶有待測信息的光輻射物體的測試，在任何光電測試系統(tǒng)中，都離不開一定形式的光源。測試，在任何光電測試系統(tǒng)中，都離不開一定形式的光源。光源的質量對光電測量起著非常重要的作用。光源的質量對光電測量起著非常重要的作用。 光源分類：光源分類：自然光源和人造光源。自然光源和人造光源。 一、光的產生和光源選擇的基本要求一、光的產生和光源選擇的基本要求 二、發(fā)光二極管二、發(fā)光二極管 三、激光光源三、激光光源 四、其它光源四、其它光源9現(xiàn)在學習的是第九頁，共79頁光的產生和光源選擇的基本要求光的產生和光源選擇的基本要求l 光的產生方式光的產生方式: 溫度輻射和發(fā)光溫度輻射和發(fā)光 （1）平衡輻射：熾熱

10、物體熱輻射）平衡輻射：熾熱物體熱輻射 物體溫度高于絕對零度（物體溫度高于絕對零度（-273C） 溫度低時：紅外光溫度低時：紅外光 溫度升高：可見光（白熾燈）溫度升高：可見光（白熾燈）（2）非平衡輻射：發(fā)光）非平衡輻射：發(fā)光 外界作用的激發(fā)外界作用的激發(fā)-物體偏離原來的熱平衡態(tài)發(fā)光物體偏離原來的熱平衡態(tài)發(fā)光10現(xiàn)在學習的是第十頁，共79頁l 光的產生方法光的產生方法（1）電致發(fā)光：電致發(fā)光：電能電能光能，原子或離子被電場加速的電子光能，原子或離子被電場加速的電子轟擊由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)；當它由受激狀態(tài)回到低能態(tài)時轟擊由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)；當它由受激狀態(tài)回到低能態(tài)時就會發(fā)出輻射就會發(fā)出輻射 。 （

11、2）光致發(fā)光：光致發(fā)光：物體被光直接照射或預先被照射而引起自身的物體被光直接照射或預先被照射而引起自身的輻射，光、紫外線、射線等激發(fā)而引起的發(fā)光輻射，光、紫外線、射線等激發(fā)而引起的發(fā)光 。（3）化學發(fā)光：化學發(fā)光：由化學反應提供能量引起的發(fā)光，它是由化學反由化學反應提供能量引起的發(fā)光，它是由化學反應直接引起的發(fā)光。如黃磷因氧化而自然發(fā)光應直接引起的發(fā)光。如黃磷因氧化而自然發(fā)光 。11現(xiàn)在學習的是第十一頁，共79頁l 光的產生方法光的產生方法（4）熱發(fā)光：熱發(fā)光：物體加熱到一定溫度時的發(fā)光。熱輻射是一物體加熱到一定溫度時的發(fā)光。熱輻射是一 種能達到平衡狀態(tài)的輻射。輻射的頻率與強度取決于熱種能達到

12、平衡狀態(tài)的輻射。輻射的頻率與強度取決于熱 平衡的溫度，達到熱平衡時的輻射就是所謂的黑體輻平衡的溫度，達到熱平衡時的輻射就是所謂的黑體輻 射。射。（5）生物發(fā)光：生物發(fā)光：螢火蟲、發(fā)光細菌等的生物發(fā)光。螢火蟲、發(fā)光細菌等的生物發(fā)光。 （6）陰極射線發(fā)光：陰極射線發(fā)光：由電子束激發(fā)熒光物質發(fā)光，如電視由電子束激發(fā)熒光物質發(fā)光，如電視 機的顯像管機的顯像管。 12現(xiàn)在學習的是第十二頁，共79頁l 光源選擇的基本要求光源選擇的基本要求（1）光譜特性要求：）光譜特性要求：光源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測系統(tǒng)的要求光源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測系統(tǒng)的要求 。（2）發(fā)光強度要求：）發(fā)光強度要求：確保光電測試系

13、統(tǒng)的正常工作，光源強度過低，系統(tǒng)獲確保光電測試系統(tǒng)的正常工作，光源強度過低，系統(tǒng)獲得信號過小，無法正常測試，光源強度過高，又會導致系統(tǒng)工作的非線性得信號過小，無法正常測試，光源強度過高，又會導致系統(tǒng)工作的非線性 （3）穩(wěn)定性要求：）穩(wěn)定性要求：一般要求時，可采用穩(wěn)壓電源供電。當要求較高時，可采用一般要求時，可采用穩(wěn)壓電源供電。當要求較高時，可采用穩(wěn)流電源供電。穩(wěn)流電源供電。 （4）其它方面要求：）其它方面要求：如燈絲的結構和形狀；發(fā)光面積的大小和構成；燈泡如燈絲的結構和形狀；發(fā)光面積的大小和構成；燈泡玻殼的形狀和均勻性；光源發(fā)光效率和空間分布；激光測量：漂移、光玻殼的形狀和均勻性；光源發(fā)光效率

14、和空間分布；激光測量：漂移、光斑大小、光形狀等。斑大小、光形狀等。13現(xiàn)在學習的是第十三頁，共79頁發(fā)光二極管發(fā)光二極管l 概況概況 （1）實質是一個）實質是一個PN結，在結，在PN結上加正向電壓，流過一結上加正向電壓，流過一 定電流，就會發(fā)出光束。定電流，就會發(fā)出光束。（2）LED(Light Emiting Diode) 電致發(fā)光。電致發(fā)光。（3）發(fā)光的顏色取決于材料；變色發(fā)光二極管（隨通過的）發(fā)光的顏色取決于材料；變色發(fā)光二極管（隨通過的 電流大小而改變顏色）。電流大小而改變顏色）。（4）可用于顯示、照明、信號光源等。）可用于顯示、照明、信號光源等。14現(xiàn)在學習的是第十四頁，共79頁l

15、特點特點發(fā)光亮度與正向電流成正比例關系發(fā)光亮度與正向電流成正比例關系響應速度極快響應速度極快正向電壓低，耗電少正向電壓低，耗電少體積小、重量輕、抗沖擊、耐振動、壽命體積小、重量輕、抗沖擊、耐振動、壽命長、單色性好長、單色性好缺點缺點:發(fā)光效率低、發(fā)光面積小，發(fā)出短波發(fā)光效率低、發(fā)光面積小，發(fā)出短波光的材料極少光的材料極少15現(xiàn)在學習的是第十五頁，共79頁l外形和結構外形和結構外外 形形結結 構構外殼材料：金屬、陶瓷、全樹脂外殼材料：金屬、陶瓷、全樹脂16現(xiàn)在學習的是第十六頁，共79頁lLED發(fā)光機理發(fā)光機理 LED發(fā)光機理是發(fā)光機理是電致發(fā)光電致發(fā)光。 P型半導體與型半導體與N型半導體接觸時，

16、載流型半導體接觸時，載流子的擴散運動和由此產生內電場作用子的擴散運動和由此產生內電場作用下的下的漂移運動達到平衡狀態(tài)形成漂移運動達到平衡狀態(tài)形成P-N結結。如果在。如果在P-N結上施加正向電壓，結上施加正向電壓，則則促進了擴散運動的進行促進了擴散運動的進行。即從。即從N區(qū)流區(qū)流向向P區(qū)的電子和從區(qū)的電子和從P區(qū)流向區(qū)流向N區(qū)的空穴同區(qū)的空穴同時增多，于是有大量的電子和空穴在時增多，于是有大量的電子和空穴在P-N結中結中相遇復合相遇復合，并以光和熱的形式發(fā)出，并以光和熱的形式發(fā)出能量。能量。01EEhcEhcg電子和空穴的復合很復雜，電子和空穴的復合很復雜，分輻射復合和非輻射復合分輻射復合和非輻

17、射復合發(fā)光二極管發(fā)出光的波長和譜寬主要發(fā)光二極管發(fā)出光的波長和譜寬主要取決于半導體材料及其摻雜材料。取決于半導體材料及其摻雜材料。 17現(xiàn)在學習的是第十七頁，共79頁l LED的特性及參數(shù)的特性及參數(shù) 表示二極管性能的參數(shù)有光學參數(shù)和電學參數(shù)。表示二極管性能的參數(shù)有光學參數(shù)和電學參數(shù)。（1）發(fā)光效率）發(fā)光效率eeIURIP2eeeeeUIRUP輻射功率：輻射功率：熱功率：熱功率：輻射效率：輻射效率：發(fā)光二極管的輻射效率一般在百分之幾到百分之十幾，受環(huán)境溫度的影發(fā)光二極管的輻射效率一般在百分之幾到百分之十幾，受環(huán)境溫度的影響，并且與工作電流大小有一定關系。響，并且與工作電流大小有一定關系。 18

18、現(xiàn)在學習的是第十八頁，共79頁（2）光譜特性）光譜特性 光譜分布曲線是描述發(fā)光的光譜分布曲線是描述發(fā)光的相對強度相對強度（或能量）隨（或能量）隨波波長長（或頻率）變（或頻率）變 化的曲線，發(fā)射光譜的形成是由材料的種類、性質以及發(fā)光中心的結構決化的曲線，發(fā)射光譜的形成是由材料的種類、性質以及發(fā)光中心的結構決 定的，與器件的幾何形狀和封裝方式無關。定的，與器件的幾何形狀和封裝方式無關。最大值所對應的波長為發(fā)光峰值波長峰值波長。值等于峰值波長對應的發(fā)光強度的一半的兩點所對應的譜線寬度，稱為發(fā)光管的帶寬帶寬。帶寬是反映發(fā)光的單色性好壞的參數(shù)。帶寬是反映發(fā)光的單色性好壞的參數(shù)。 19現(xiàn)在學習的是第十九頁

19、，共79頁（3）伏安特性）伏安特性 表述流過發(fā)光二極管的表述流過發(fā)光二極管的電流電流隨管子兩端隨管子兩端電壓電壓變化而變化的關系，是管子變化而變化的關系，是管子性能優(yōu)劣的重要標志性能優(yōu)劣的重要標志 （1）正向死區(qū)；（）正向死區(qū)；（2）正向工作區(qū)）正向工作區(qū)（3）反向死區(qū)；（）反向死區(qū)；（4）反向擊穿區(qū)：并聯(lián)普通二極管的方法加以保護）反向擊穿區(qū)：并聯(lián)普通二極管的方法加以保護 反向飽和電流：反向飽和電流：少數(shù)載流子所形成的電流少數(shù)載流子所形成的電流 20現(xiàn)在學習的是第二十頁，共79頁（4） 發(fā)光亮度發(fā)光亮度 發(fā)光亮度：單位面積發(fā)光強度的度量。發(fā)光亮度：單位面積發(fā)光強度的度量。 AIB/00正法線方

20、向正法線方向的亮度：的亮度： 發(fā)光亮度基本上與正向電流密度成線性關系發(fā)光亮度基本上與正向電流密度成線性關系 發(fā)光二極管的發(fā)光亮度受環(huán)境溫度的影響。發(fā)光二極管的發(fā)光亮度受環(huán)境溫度的影響。在一定工作電流下，環(huán)境溫度越高，發(fā)光在一定工作電流下，環(huán)境溫度越高，發(fā)光復合幾率下降，發(fā)光亮度也隨之下降。復合幾率下降，發(fā)光亮度也隨之下降。 21現(xiàn)在學習的是第二十一頁，共79頁（5） 響應時間響應時間 LED在接收電信號后并不立即發(fā)光；而發(fā)光后去掉電信號，發(fā)光也不會立即消失。在接收電信號后并不立即發(fā)光；而發(fā)光后去掉電信號，發(fā)光也不會立即消失。發(fā)光二極管的響應時間是指其發(fā)光和熄滅時對輸入脈沖電流的延遲時間。響應時

21、間主要發(fā)光二極管的響應時間是指其發(fā)光和熄滅時對輸入脈沖電流的延遲時間。響應時間主要取決于載流子壽命、器件的結電容和電路阻抗取決于載流子壽命、器件的結電容和電路阻抗 。 上升時間：上升時間：10%-90%：發(fā)光二極管：發(fā)光二極管 的上升時間隨電流的增加而近似呈的上升時間隨電流的增加而近似呈指數(shù)衰減。指數(shù)衰減。 下降時間：下降時間：90%-10%用脈沖電流驅動二極管時，脈沖的間隔用脈沖電流驅動二極管時，脈沖的間隔和占空因數(shù)必須在器件響應時間所許可和占空因數(shù)必須在器件響應時間所許可的范圍內。的范圍內。 22現(xiàn)在學習的是第二十二頁，共79頁（6） 壽命壽命發(fā)光二極管的壽命定義為亮度降低到原有亮度一半所

22、經(jīng)歷的時間。發(fā)光二極管的壽命定義為亮度降低到原有亮度一半所經(jīng)歷的時間。二極管的壽命一般都很長，在電流密度小于時二極管的壽命一般都很長，在電流密度小于時 ，一般最長可，一般最長可達達 。 發(fā)光亮度減弱的現(xiàn)象老化，老化速度與電流密度有關發(fā)光亮度減弱的現(xiàn)象老化，老化速度與電流密度有關2/1cmAh91023現(xiàn)在學習的是第二十三頁，共79頁l LED的應用的應用（1）數(shù)字、文字及圖像顯示）數(shù)字、文字及圖像顯示（2）指示、照明）指示、照明（3）光源）光源（4）光電開關、報警、遙控、耦合）光電開關、報警、遙控、耦合 根據(jù)顯示文字的各點坐標，在掃描過程中利用脈沖來控制開關的啟閉，使組根據(jù)顯示文字的各點坐標，

23、在掃描過程中利用脈沖來控制開關的啟閉，使組成文字的各點順序發(fā)光。雖發(fā)光是閃爍的，但由于人眼的余像效應，看起來仍成文字的各點順序發(fā)光。雖發(fā)光是閃爍的，但由于人眼的余像效應，看起來仍是一個靜止的文字。是一個靜止的文字。24現(xiàn)在學習的是第二十四頁，共79頁激光光源激光光源l激光器的特點（激光的準直和光強截面分布）激光器的特點（激光的準直和光強截面分布）（1）方向性強或準直性好：經(jīng)過長距離之后，仍然為細小的光束）方向性強或準直性好：經(jīng)過長距離之后，仍然為細小的光束，發(fā)散角可發(fā)散角可小到小到0.1mrad左右；左右；（2）單色性好：激光是一種）單色性好：激光是一種單色光單色光，頻率范圍極窄；，頻率范圍極

24、窄；（3）亮度高：依靠光在發(fā)射方向上的集中提高亮度；具有特殊措施的激光）亮度高：依靠光在發(fā)射方向上的集中提高亮度；具有特殊措施的激光器可積累能量，然后在極短時間內發(fā)光，大大提高了激光功率和激光的器可積累能量，然后在極短時間內發(fā)光，大大提高了激光功率和激光的亮度。亮度。25現(xiàn)在學習的是第二十五頁，共79頁激光器的特點（激光的準直和光強截面分布）激光器的特點（激光的準直和光強截面分布）202)(zR0tg220reAA26現(xiàn)在學習的是第二十六頁，共79頁（4）相干性高）相干性高 激光通過受激輻射發(fā)光，光源上各點發(fā)射的光相位恒定，是相干性良好的相干光 普通光源激光27現(xiàn)在學習的是第二十七頁，共79頁

25、l 激光器的組成激光器的組成泵浦源工作物質諧振腔1.工作物質能被激發(fā)至粒子數(shù)反轉的原子或分子集合激活介質 是產生激光的內因能級結構決定產生激光的頻率1）激光器根據(jù)工作物質分類）激光器根據(jù)工作物質分類氣體固體半導體如He-Ne激光器如紅寶石激光器半導體激光器光放大器28現(xiàn)在學習的是第二十八頁，共79頁l 產生激光的條件產生激光的條件1)受激幅射是產生激光的首要條件，也是必要條件 2)工作物質必須具有亞穩(wěn)態(tài)能級,至少有三個能級 3) 形成粒子數(shù)反轉，使受激發(fā)射多于受激吸收 4)使光子共振，形成“雪崩”式放大，就必須有一個諧振腔 5)光子在腔中振蕩一次產生的光子數(shù)比損耗掉的光子多29現(xiàn)在學習的是第二

26、十九頁，共79頁l激光器的類型激光器的類型1. 氣體激光器：氣體激光器：工作物質為氣體，激勵方式多樣，發(fā)射波長最廣。工作物質為氣體，激勵方式多樣，發(fā)射波長最廣。 （1）氦氖激光器：）氦氖激光器：優(yōu)點：優(yōu)點：單色性和相干性好，頻率和輸出幅度較穩(wěn)定，結構簡單，制造方單色性和相干性好，頻率和輸出幅度較穩(wěn)定，結構簡單，制造方 便，造價低，輸出可見紅光便，造價低，輸出可見紅光 。缺點：缺點：效率低，輸出功率較小，與其他光源相比，需電壓較高，電源也效率低，輸出功率較小，與其他光源相比，需電壓較高，電源也 較復雜，體積也較大。較復雜，體積也較大。外腔式和半內腔式的優(yōu)點是輸出線偏振光，進行內調制較方便外腔式和

27、半內腔式的優(yōu)點是輸出線偏振光，進行內調制較方便. 30現(xiàn)在學習的是第三十頁，共79頁（2）氬離子激光器）氬離子激光器 以氬氣為工作物質的激光器。在大電流的電弧光放電或脈沖放電的條件下工作。以氬氣為工作物質的激光器。在大電流的電弧光放電或脈沖放電的條件下工作。 輸出波長有輸出波長有514.5nm、488nm、496.5nm （3）二氧化碳激光器）二氧化碳激光器 以二氧化碳氣體作為工作物質的激光器。在激光器內除充入二氧化碳外，還充以二氧化碳氣體作為工作物質的激光器。在激光器內除充入二氧化碳外，還充入氦和氮，以提高激光器的輸出功率入氦和氮，以提高激光器的輸出功率 。 低氣壓縱向激勵的二氧化碳激光器是

28、氣體激光器中連續(xù)輸出功率最大和轉換效率最高的一低氣壓縱向激勵的二氧化碳激光器是氣體激光器中連續(xù)輸出功率最大和轉換效率最高的一種器件。小型二氧化碳激光器可用于測距，大功率二氧化碳激光器可用作工業(yè)加工和熱處理種器件。小型二氧化碳激光器可用于測距，大功率二氧化碳激光器可用作工業(yè)加工和熱處理等等 激光的輸出譜線波長分布在激光的輸出譜線波長分布在911 m31現(xiàn)在學習的是第三十一頁，共79頁2. 固體激光器固體激光器（1）紅寶石激光器）紅寶石激光器 紅寶石激光器是最早制成的固體激光器。紅寶石激光器激光波長為紅寶石激光器是最早制成的固體激光器。紅寶石激光器激光波長為694.3nm，脈沖寬度在，脈沖寬度在1

29、ms以內，輸出功率一般可達以內，輸出功率一般可達10千瓦，能量轉千瓦，能量轉換效率為換效率為0.1%。脈沖工作單色性差，相干長度僅幾毫米。脈沖工作單色性差，相干長度僅幾毫米。 紅寶石激光器紅寶石激光器 32現(xiàn)在學習的是第三十二頁，共79頁固體激光器的兩種典型結構 33現(xiàn)在學習的是第三十三頁，共79頁2. 固體激光器固體激光器（2）玻璃激光器）玻璃激光器 玻璃激光器常用釹玻璃作工作物質，可廣泛用于測距、材料加工、微微秒快速過玻璃激光器常用釹玻璃作工作物質，可廣泛用于測距、材料加工、微微秒快速過程和激光核聚變的研究。程和激光核聚變的研究。 聚光腔一般為橢圓形，直管形泵燈與圓柱形激光棒分別聚光腔一般

30、為橢圓形，直管形泵燈與圓柱形激光棒分別放在橢圓腔的兩個焦線上。放在橢圓腔的兩個焦線上。 （3）釔鋁石榴石激光器（）釔鋁石榴石激光器（YAG激光器）激光器） 34現(xiàn)在學習的是第三十四頁，共79頁3. 染料激光器（液體激光器）染料激光器（液體激光器） 液體激光器中最普遍采用的激光器，以染料作為工作物質。液體激光器中最普遍采用的激光器，以染料作為工作物質。采用不同的染料采用不同的染料溶液和激發(fā)光源，輸出的波長范圍可達溶液和激發(fā)光源，輸出的波長范圍可達0.321。4.半導體激光器半導體激光器半導體激光器特點：體積小，重量輕、壽命長、效率高。如砷化鎵激光器轉半導體激光器特點：體積小，重量輕、壽命長、效率

31、高。如砷化鎵激光器轉換效率可達換效率可達20%，壽命超過一萬小時。，壽命超過一萬小時。 35現(xiàn)在學習的是第三十五頁，共79頁（3）結構結構 將將P-N結切成長方塊，焊上電極。其側面磨成非反射面，二極管的端面是平行平面并構成結切成長方塊，焊上電極。其側面磨成非反射面，二極管的端面是平行平面并構成端部反射鏡。大電流由引線輸入。端部反射鏡。大電流由引線輸入。 特點：特點：體積很小，重量輕、體積很小，重量輕、壽命長、效率高。如砷化壽命長、效率高。如砷化鎵激光器轉換效率可達鎵激光器轉換效率可達20%，壽命超過一萬小時。壽命超過一萬小時。 36現(xiàn)在學習的是第三十六頁，共79頁 調調Q激光器：激光器：通過控

32、制諧振腔的通過控制諧振腔的Q值按某種規(guī)定的程序變化，當值按某種規(guī)定的程序變化，當激光器開始工作時使腔內處于低激光器開始工作時使腔內處于低Q狀態(tài)，諧振腔的激光振蕩閾值狀態(tài)，諧振腔的激光振蕩閾值很高，工作物質上能級不斷積累粒子，某一時刻使得工作物質上很高，工作物質上能級不斷積累粒子，某一時刻使得工作物質上能級粒子數(shù)積累到最大值，此時若使能級粒子數(shù)積累到最大值，此時若使Q值突然升高，則振蕩閾值突然升高，則振蕩閾值降低，諧振腔內在短時間內激光上能級儲存的大部分能量值降低，諧振腔內在短時間內激光上能級儲存的大部分能量轉變?yōu)楣饽芰?，有極強的激光脈沖輸出。轉變?yōu)楣饽芰?，有極強的激光脈沖輸出。 激光器的鎖模：

33、激光器的鎖模：鎖模指縱模鎖定。鎖?？梢垣@得超短脈沖。被鎖模指縱模鎖定。鎖模可以獲得超短脈沖。被鎖模的多個縱模激光輸出時，產生疊加，其疊加結果相當于一鎖模的多個縱模激光輸出時，產生疊加，其疊加結果相當于一個振蕩頻率為的單色余弦波振幅受到調制。個振蕩頻率為的單色余弦波振幅受到調制。37現(xiàn)在學習的是第三十七頁，共79頁l激光器的類型激光器的類型38現(xiàn)在學習的是第三十八頁，共79頁其它光源其它光源l 熱輻射光源熱輻射光源 白熾燈：可見光譜輻射源，依靠電能加熱金屬絲，使其在真空或惰性氣體中達到白熾狀態(tài)而發(fā)光。白熾燈能白熾燈：可見光譜輻射源，依靠電能加熱金屬絲，使其在真空或惰性氣體中達到白熾狀態(tài)而發(fā)光。白

34、熾燈能量損失較大、發(fā)光效率低，可見輻射僅有量損失較大、發(fā)光效率低，可見輻射僅有6%12%。但因其結構簡單，造價低廉，使用方便，且有連續(xù)光。但因其結構簡單，造價低廉，使用方便，且有連續(xù)光譜，仍然是應用最廣的光源。譜，仍然是應用最廣的光源。 鹵鎢燈：鹵鎢燈： 高溫下從燈絲蒸發(fā)出來的鎢在溫度較低的泡殼附近與鹵素反應，生成具有揮發(fā)性的鹵鎢化合物，又向回擴散到溫度很高的熾熱燈絲附近，又分解為鹵素和鎢；釋放出來的鎢沉積到燈絲上，鹵素則又擴散到溫度較低的泡殼附近再與蒸發(fā)出來的鎢化合。 特點：特點：（1）體積?。?）光通量穩(wěn)定（3）紫外線較豐富（4）發(fā)光效率比白熾燈高23倍（5）壽命長。 缺點：缺點：價格較貴

35、，管壁溫度高，使用時要注意安全，以免燒毀其它物質。 39現(xiàn)在學習的是第三十九頁，共79頁l 氣體放電光源氣體放電光源置于氣體中的二電極之間放電發(fā)光的光源置于氣體中的二電極之間放電發(fā)光的光源 開放式氣體放電光源開放式氣體放電光源 直流電弧、高壓電容火花、高壓交流電弧、碳弧。直流電弧、高壓電容火花、高壓交流電弧、碳弧。氣體燈：將電極間的放電過程密封在泡殼中進行氣體燈：將電極間的放電過程密封在泡殼中進行 輝光放電輝光放電 脈沖燈、燃燒式閃光泡、原子光譜燈脈沖燈、燃燒式閃光泡、原子光譜燈主要特點：主要特點： 發(fā)光效率高，結構緊湊，耐震，耐沖擊；壽命長；光色范圍大，氣體放電發(fā)光效率高，結構緊湊，耐震，耐

36、沖擊；壽命長；光色范圍大，氣體放電 光源通常被用于工程照明和光電測量中。光源通常被用于工程照明和光電測量中。40現(xiàn)在學習的是第四十頁，共79頁l 氣體放電光源類型表氣體放電光源類型表41現(xiàn)在學習的是第四十一頁，共79頁4.4 光的調制光的調制調制：調制：將信息加載到介質載體的過程稱為調制。將信息加載到介質載體的過程稱為調制。光調制：光調制：將信息加載到光載波上，并使光的參量發(fā)生變化的過程稱將信息加載到光載波上，并使光的參量發(fā)生變化的過程稱為光調制。光載波所具有的特征參量：光功率，振幅，頻率、為光調制。光載波所具有的特征參量：光功率，振幅，頻率、相位、脈沖和偏振方向，傳播方向等相位、脈沖和偏振方

37、向，傳播方向等 光調制分類：光調制分類： 基于光的特征參量分為振幅調制，頻率調制，相位調制，光強調制等?；诠獾奶卣鲄⒘糠譃檎穹{制，頻率調制，相位調制，光強調制等。 l 概述概述42現(xiàn)在學習的是第四十二頁，共79頁光的振幅調制光的振幅調制 載波的振幅隨調制信號的規(guī)律而有規(guī)律的振蕩，簡稱為調幅載波的振幅隨調制信號的規(guī)律而有規(guī)律的振蕩，簡稱為調幅 )cos()(0000tAtEtAtBmmcos)(43現(xiàn)在學習的是第四十三頁，共79頁光的振幅調制光的振幅調制 )cos()()cos()()(00000ttKBAttAtE0min000max0AAAAAAAAh)cos()cos()(000ttK

38、AAtEmm調制度：最大振幅增量與振幅平均值之比調制度：最大振幅增量與振幅平均值之比 44現(xiàn)在學習的是第四十四頁，共79頁光強度調制光強度調制 )(cos2)(00220tAtI)(cos)(1 2)(00220ttBKAtIm原理：利用外界因素改變光的強原理：利用外界因素改變光的強 度，通過測量光強度，通過測量光強的變化來測量外界物理量。的變化來測量外界物理量。 特點：技術簡單，可靠特點：技術簡單，可靠45現(xiàn)在學習的是第四十五頁，共79頁光強度調制光強度調制 輻射式輻射式 利用光電探測器探測待測物體所利用光電探測器探測待測物體所輻射出的功率，光譜分布以及溫輻射出的功率，光譜分布以及溫度等參數(shù)

39、。度等參數(shù)。 4TMe4TMVes測量輸出電壓來測量輻射物體的溫度測量輸出電壓來測量輻射物體的溫度 全輻射出射度全輻射出射度待測物待測物透鏡透鏡光電探測器光電探測器比輻射率比輻射率46現(xiàn)在學習的是第四十六頁，共79頁l 反射式反射式利用光電探測器件接收待測物利用光電探測器件接收待測物反射的光線，根據(jù)反射形式的反射的光線，根據(jù)反射形式的不同可以測量轉動物體的轉速，不同可以測量轉動物體的轉速，以及物體表面的外觀質量。以及物體表面的外觀質量。 l 遮擋式遮擋式 被測物體部分或全部地遮擋或掃被測物體部分或全部地遮擋或掃過入射到光電探測器的光柵，引過入射到光電探測器的光柵，引起光電探測器輸出電信號的變化

40、起光電探測器輸出電信號的變化 lbA2lbEAEVvvs2測出物體的位移量和物體的尺寸測出物體的位移量和物體的尺寸利用光通量的變化進行光電計數(shù)利用光通量的變化進行光電計數(shù)和光電自動開關。和光電自動開關。 47現(xiàn)在學習的是第四十七頁，共79頁l 透射式透射式 光通過待測物體，一部分光通量被待檢測物體吸收或散射，另一部光通過待測物體，一部分光通量被待檢測物體吸收或散射，另一部分透過待測物體由光電探測器接收，被吸收或散射的光通量的數(shù)值分透過待測物體由光電探測器接收，被吸收或散射的光通量的數(shù)值取決于待檢物的性質。取決于待檢物的性質。 用途用途：檢測液體或氣體的濃度，透明度等。：檢測液體或氣體的濃度，透

41、明度等。利用光學變化裝置將長度或角度變?yōu)闂l紋信息，再由光電探測器接利用光學變化裝置將長度或角度變?yōu)闂l紋信息，再由光電探測器接收為數(shù)字信息輸出，如精密測長，工件尺寸檢測等。收為數(shù)字信息輸出，如精密測長，工件尺寸檢測等。deII0介質吸收系數(shù)介質吸收系數(shù)48現(xiàn)在學習的是第四十八頁，共79頁光相位調制光相位調制 利用外界因素改變光波的相位，通過檢測相位變化來測量物理量。利用外界因素改變光波的相位，通過檢測相位變化來測量物理量。光波的相位由光傳播的物理長度，傳播介質和折射率等決定。光波的相位由光傳播的物理長度，傳播介質和折射率等決定。)()(sin)()(0tXttXtXtm)sin()(cmtktt

42、t)sin(sin)()(sin)(00cmmmtkttXttXt光的干涉和衍射現(xiàn)象都是利用光的相位調制光的干涉和衍射現(xiàn)象都是利用光的相位調制 49現(xiàn)在學習的是第四十九頁，共79頁光的頻率調制光的頻率調制 利用外界因素改變光波的頻率，通過檢測光的頻率變化來測量物理量利用外界因素改變光波的頻率，通過檢測光的頻率變化來測量物理量 )(cos()(000ttBKAtEftAtBmmcos)()sincos()(000thtAtEmf50現(xiàn)在學習的是第五十頁，共79頁光的頻率調制光的頻率調制 多普勒頻移：由于觀測者和運動目標的相對運動，使觀測者接收到的光多普勒頻移：由于觀測者和運動目標的相對運動，使觀

43、測者接收到的光波頻率產生變化。波頻率產生變化。 cos)(1 )cos1/(1 012/12201cvcvcv)cos1/(1 22/12212cvcv)cos(cos1 2102cv測得多普勒頻移量測得多普勒頻移量即可求出物體運動速度即可求出物體運動速度 。02D51現(xiàn)在學習的是第五十一頁，共79頁波長調制波長調制l 熱色物質的顏色變化進行波長調制：熱色物質的顏色變化進行波長調制：鎢絲光源經(jīng)過光纖進入熱變鎢絲光源經(jīng)過光纖進入熱變色溶液，其反射光被另一光纖吸收，分兩束分別經(jīng)過波長為色溶液，其反射光被另一光纖吸收，分兩束分別經(jīng)過波長為650nm和和800nm的濾光片，最后由光電探測器接收，利用熱

44、變色溶液的吸收光強與的濾光片，最后由光電探測器接收，利用熱變色溶液的吸收光強與溫度的關系選擇特定波長檢測溶液濃度溫度的關系選擇特定波長檢測溶液濃度 。l利用磷光光譜的變化進行波長調制利用磷光光譜的變化進行波長調制：稀土磷光體做的探頭被頻率為稀土磷光體做的探頭被頻率為 的的紫外光照射后，發(fā)出一個與溫度有關的光譜，光譜中紅色譜線的強度隨溫度紫外光照射后，發(fā)出一個與溫度有關的光譜，光譜中紅色譜線的強度隨溫度而增加，而綠譜線則降低，其強度的比值是溫度的函數(shù)。而增加，而綠譜線則降低，其強度的比值是溫度的函數(shù)。 052現(xiàn)在學習的是第五十二頁，共79頁光的脈沖調制光的脈沖調制 脈沖調制是用周期性脈沖序列作為

45、載波，并使光載波的某一參量按脈沖調制是用周期性脈沖序列作為載波，并使光載波的某一參量按調制信號規(guī)律變化的調制方法。調制信號規(guī)律變化的調制方法。 E(t)(d)tE(t)(e)tE(t)(f)tE(t)(a)tE(t)(b)tE(t)(c)t脈幅調制脈幅調制脈寬調制脈寬調制脈位調制脈位調制脈幅調制脈幅調制脈沖調頻脈沖調頻53現(xiàn)在學習的是第五十三頁，共79頁光彈效應光彈效應 光彈效應：光彈效應：某些非晶體材料通常情況下是各向同性的，不產生某些非晶體材料通常情況下是各向同性的，不產生雙折射現(xiàn)象，當受到外力作用時，就會產生雙折射現(xiàn)象，當雙折射現(xiàn)象，當受到外力作用時，就會產生雙折射現(xiàn)象，當外力除去時，雙

46、折射隨之消失。外力除去時，雙折射隨之消失。kPnneokPllnneo)(54現(xiàn)在學習的是第五十四頁，共79頁光彈效應光彈效應440022212IAII202212AAA/2)(2kPllnneo附加相位差附加相位差)(sin)2cos(1 2)cos1 (2cos2200022122212kPlIkPlIIIIIII利用彈光效應可測量機械零件的受力分布以及光學元件受力產生的應力分布狀況利用彈光效應可測量機械零件的受力分布以及光學元件受力產生的應力分布狀況 55現(xiàn)在學習的是第五十五頁，共79頁磁光調制磁光調制磁光調制首先將電信號先轉換成與之對應的交變磁場，然后利用磁光調制首先將電信號先轉換成與

47、之對應的交變磁場，然后利用磁光效應改變介質中傳輸?shù)墓獾钠駪B(tài)，進而改變光強度等參量。磁光效應改變介質中傳輸?shù)墓獾钠駪B(tài)，進而改變光強度等參量。 磁光調制器示意圖磁光調制器示意圖 00sinLHtHdcHs56現(xiàn)在學習的是第五十六頁，共79頁光的調制方法光的調制方法l 調制盤調制：調制盤調制：是一種光強度調制器，是用光刻的方法在基板上是一種光強度調制器，是用光刻的方法在基板上光刻出許多透光和不透光的柵格，也可在金屬基體上通過機械加光刻出許多透光和不透光的柵格，也可在金屬基體上通過機械加工而獲得一些透光或不透光的各種圖形，通常調制盤位于光學系工而獲得一些透光或不透光的各種圖形，通常調制盤位于光學系

48、統(tǒng)的焦平面上，位于光電探測器之前。當目標像與調制盤之間有統(tǒng)的焦平面上，位于光電探測器之前。當目標像與調制盤之間有相對運動時，調制盤的透光與不透光柵格切割像點，使得通過調相對運動時，調制盤的透光與不透光柵格切割像點，使得通過調制盤的輻射能量變成斷續(xù)輸出，光電探測器接收到的是光輻射被制盤的輻射能量變成斷續(xù)輸出，光電探測器接收到的是光輻射被調制的周期性的強度調制信號。調制的周期性的強度調制信號。 作用：作用：將靜止的目標像調制成交流信號以抑制噪聲和光源波動的影將靜止的目標像調制成交流信號以抑制噪聲和光源波動的影響。提高系統(tǒng)的檢測能力。可進行空間濾波，抑制背景噪聲；可提響。提高系統(tǒng)的檢測能力?？蛇M行空

49、間濾波，抑制背景噪聲；可提供目標的方位空間等。供目標的方位空間等。 分類：分類：調幅式，調頻式，調相式，調寬式和脈沖編碼式調幅式，調頻式，調相式，調寬式和脈沖編碼式 57現(xiàn)在學習的是第五十七頁，共79頁l 光柵莫爾調制光柵莫爾調制 光柵是具有周期性空間結構或光學性能的光學元件，光柵通光柵是具有周期性空間結構或光學性能的光學元件，光柵通常有長形和圓形兩種。常有長形和圓形兩種。 光通量調制，將兩塊光柵疊合在一起，并使兩條柵線交成很光通量調制，將兩塊光柵疊合在一起，并使兩條柵線交成很小的夾角。就可以得到莫爾條紋圖案。其中黑條紋是由一系小的夾角。就可以得到莫爾條紋圖案。其中黑條紋是由一系列的交叉線構成

50、的不透明部分，而白條紋是由一系列的菱形列的交叉線構成的不透明部分，而白條紋是由一系列的菱形構成的透光部分。構成的透光部分。 原理：原理：當光柵位移一個光柵距時，光通量變化一個周期，因此當光柵位移一個光柵距時，光通量變化一個周期，因此通過光柵的調制作用，把位移量變換為光通量的變化。通過光柵的調制作用，把位移量變換為光通量的變化。 )2cos(0Pxm對于對于N個周期變化，位移量為：個周期變化，位移量為：NPx 58現(xiàn)在學習的是第五十八頁，共79頁59現(xiàn)在學習的是第五十九頁，共79頁l 頻率調制頻率調制 可用衍射光柵實現(xiàn)頻率調制。衍射光柵在電動機帶動下，透射光被光柵可用衍射光柵實現(xiàn)頻率調制。衍射光

51、柵在電動機帶動下，透射光被光柵衍射時分為衍射時分為0級，級，1級和級和2級等衍射光，若光照射光柵刻線處的線速度為級等衍射光，若光照射光柵刻線處的線速度為V，光柵刻劃間距為，光柵刻劃間距為P，則，則1級衍射光發(fā)生的頻移為：級衍射光發(fā)生的頻移為： 若用光電接收器件接收若用光電接收器件接收1級衍射光，則光頻級衍射光，則光頻被調制為。頻率調制的穩(wěn)定被調制為。頻率調制的穩(wěn)定性和光柵轉速的穩(wěn)定性有關系。性和光柵轉速的穩(wěn)定性有關系。 PVf 60現(xiàn)在學習的是第六十頁，共79頁第五章第五章 光電檢測電路光電檢測電路 光電器件都需要經(jīng)過檢測與轉換電路才能實現(xiàn)光電信號的變光電器件都需要經(jīng)過檢測與轉換電路才能實現(xiàn)光

52、電信號的變換。換。光電檢測電路由光電檢測器件，輸入電路和前置放大器光電檢測電路由光電檢測器件，輸入電路和前置放大器組成。組成。光電檢測器件是實現(xiàn)光電轉換的核心器件，是溝通光電檢測器件是實現(xiàn)光電轉換的核心器件，是溝通光學量和電子器件的接口環(huán)節(jié)。光學量和電子器件的接口環(huán)節(jié)。前置放大電路和耦合電路實現(xiàn)對光電輸出信號的精確前置放大電路和耦合電路實現(xiàn)對光電輸出信號的精確檢測。檢測。輸入電路是連接光電器件和前置放大及耦合電路輸入電路是連接光電器件和前置放大及耦合電路的中間環(huán)節(jié)。的中間環(huán)節(jié)。 61現(xiàn)在學習的是第六十一頁，共79頁5.1光電檢測電路的設計要求光電檢測電路的設計要求 保證光電檢測系統(tǒng)處于最佳工作

53、狀態(tài)。保證光電檢測系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。光電轉換能力強：表示光電轉換能力強弱的參數(shù)有光電光電轉換能力強：表示光電轉換能力強弱的參數(shù)有光電 靈敏度，即單位輸入光信號的變化量所引起的輸出電信號的變化量。靈敏度，即單位輸入光信號的變化量所引起的輸出電信號的變化量。動態(tài)響應速度快：光電檢測電路應滿足信號通道所要求動態(tài)響應速度快：光電檢測電路應滿足信號通道所要求 的頻率選擇性或對瞬變信號的快速響應。的頻率選擇性或對瞬變信號的快速響應。信號檢測能力強：要求光電檢測電路具有可靠檢測所必信號檢測能力強：要求光電檢測電路具有可靠檢測所必 需的信噪比或最小可檢測信號功率。需的信噪比或最小可檢測信號功率。穩(wěn)定性、可

54、靠性好：光電檢測電路在長期工作的情況下穩(wěn)定性、可靠性好：光電檢測電路在長期工作的情況下 應該穩(wěn)定、可靠，特別是在一些特殊場合對穩(wěn)定性可靠性應該穩(wěn)定、可靠，特別是在一些特殊場合對穩(wěn)定性可靠性的要求會更高。的要求會更高。62現(xiàn)在學習的是第六十二頁，共79頁5.2 光電探測器的偏置光電探測器的偏置l有些探測器不需要外加偏置電源，在光照下產生的光電流（電壓）經(jīng)過一定的有些探測器不需要外加偏置電源，在光照下產生的光電流（電壓）經(jīng)過一定的耦合方式與前置放大器相連，以實現(xiàn)對光信號的有效放大。這種類型的探測器耦合方式與前置放大器相連，以實現(xiàn)對光信號的有效放大。這種類型的探測器無需偏置，只需確定合適的輸入阻抗的

55、前置放大器與其耦合。無需偏置，只需確定合適的輸入阻抗的前置放大器與其耦合。l外加偏置：對于需要經(jīng)過外加電場才能形成光電流（電壓）的器件，需外加偏置：對于需要經(jīng)過外加電場才能形成光電流（電壓）的器件，需加一定偏置才能正常工作，如光電導探測器和光電發(fā)射探測器等。加一定偏置才能正常工作，如光電導探測器和光電發(fā)射探測器等。l偏置要求：供給穩(wěn)定的電流或電壓，對探測系統(tǒng)盡可能引入小的噪聲，偏置要求：供給穩(wěn)定的電流或電壓，對探測系統(tǒng)盡可能引入小的噪聲，最好的發(fā)揮光探測器的性能。最好的發(fā)揮光探測器的性能。光探測器的輸出信號一般很微弱，正確設置光探測器的偏置對于提高探測器光探測器的輸出信號一般很微弱，正確設置光

56、探測器的偏置對于提高探測器的靈敏度，降低噪聲，提高響應頻率，發(fā)揮光探測器的最佳性能非常重要。的靈敏度，降低噪聲，提高響應頻率，發(fā)揮光探測器的最佳性能非常重要。63現(xiàn)在學習的是第六十三頁，共79頁5.2 光電探測器的偏置光電探測器的偏置l直流偏置：直流偏置：一般用電池供電，避一般用電池供電，避免工頻干擾。偏置電路適用于光免工頻干擾。偏置電路適用于光電導探測器。電導探測器。l匹配偏置：匹配偏置：偏置電阻等于探測偏置電阻等于探測器內阻時，如光敏電阻阻值器內阻時，如光敏電阻阻值對溫度變化敏感，偏置電路對溫度變化敏感，偏置電路中通常不采用固定電阻，而中通常不采用固定電阻，而是采用一個與所用探測器相是采用

57、一個與所用探測器相同規(guī)格的光敏電阻代替，使同規(guī)格的光敏電阻代替，使兩個電阻隨溫度變化相同，兩個電阻隨溫度變化相同，以減小環(huán)境溫度變化對輸出以減小環(huán)境溫度變化對輸出信號的影響。信號的影響。 l 幾種常用的偏置電路幾種常用的偏置電路64現(xiàn)在學習的是第六十四頁，共79頁5.2 光電探測器的偏置光電探測器的偏置l恒流偏置：恒流偏置：如果探測器電阻遠遠如果探測器電阻遠遠小于工作電阻，則流過探測器的小于工作電阻，則流過探測器的電流值近似由偏置電阻決定，和電流值近似由偏置電阻決定，和探測器電阻值無關。適用于光電探測器電阻值無關。適用于光電導探測器。導探測器。 l恒壓偏置：恒壓偏置：當工作電阻遠遠小于當工作電

58、阻遠遠小于探測器電阻時，則加在探測器上探測器電阻時，則加在探測器上的電壓值近似為于探測器阻值無的電壓值近似為于探測器阻值無關，適用于對響應要求不是太高，關，適用于對響應要求不是太高，而探測器本身噪聲又比較大的場而探測器本身噪聲又比較大的場合合。65現(xiàn)在學習的是第六十五頁，共79頁5.2 光電探測器的偏置光電探測器的偏置l反偏偏置：反偏偏置：對于對于PN結型光伏探測器，其用法有兩種，一種是不外加電壓，結型光伏探測器，其用法有兩種，一種是不外加電壓，直接與負載相接，另一種是加反向電壓，形成反偏偏置。反偏偏置可以直接與負載相接，另一種是加反向電壓，形成反偏偏置。反偏偏置可以減小結電容，從而有最小的電

59、路時間常數(shù)，適合于脈沖和高頻調制光的減小結電容，從而有最小的電路時間常數(shù)，適合于脈沖和高頻調制光的探測器。探測器。66現(xiàn)在學習的是第六十六頁，共79頁5.3 光電直接探測方法光電直接探測方法l基本原理：基本原理：強待測光信號直接入射到光探測器光敏面，光探測器強待測光信號直接入射到光探測器光敏面，光探測器響應于光輻射強度而輸出相應的電流或電壓。響應于光輻射強度而輸出相應的電流或電壓。l基本特性基本特性n 光探測器的平方律特性光探測器的平方律特性 tAtEcos)(2/)(22AtEP222)(2AhetEhePIpLLppRPheRIS222)(解釋：解釋： 光電流正比于光場振幅的平方；光電流正

60、比于光場振幅的平方； 電輸出功率正比于入射光功率的平方。電輸出功率正比于入射光功率的平方。 67現(xiàn)在學習的是第六十七頁，共79頁n 直接探測系統(tǒng)的信噪比：直接探測系統(tǒng)的信噪比： 5.3 光電直接探測方法光電直接探測方法輸出功率信號噪聲比：輸出功率信號噪聲比：)2()/()()/(22222nnssLnsLPpPPPPRhePPRheNS)/(21)/()(2nsnsPPPPPPNSNS1/nsPP2)()(nsPPNS1/nsPPnsPPNS21)(若：若：若：若：總的信號功率為：總的信號功率為：68現(xiàn)在學習的是第六十八頁，共79頁5.4 弱信號檢測電路弱信號檢測電路光信號測量當背景噪聲或干擾