光電子學(xué)一光度量光輻射度量朗伯定律與輻射量計算

光電子學(xué)一光度量光輻射度量朗伯定律與輻射量計算第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日引言：近代科學(xué)技術(shù)的特點是對物質(zhì)運(yùn)動變化進(jìn)行定量的描述和控制，必須對物理量進(jìn)行測量直接測量：利用已有的確定標(biāo)準(zhǔn)完成，如：米尺、卡尺、千分尺光的變化強(qiáng)度變化，頻率變化，位相變化，偏振變化。檢測光的變化古代只能依靠人眼的直接觀察。間接測量：利用物理規(guī)律（物理量之間的變化規(guī)律）完成測量如：邁克爾遜干涉儀測量精度達(dá)到波長量級10-5—10-7m。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日3×1014Hz～3×1011Hz300G～300MHz300M～300HzΓ射線X射線紫外線可見光紅外線無線電波微波10-810-610-410-210-111010210410610810101012波長/μm102050102200500103200050001042×104波長λ(毫微米nm)近中遠(yuǎn)極遠(yuǎn)遠(yuǎn)近390～770nm770nm～1mm10～390nm電磁波譜第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電子技術(shù)：光電子技術(shù)主要研究光的產(chǎn)生、控制、傳輸及其探測技術(shù)。光子技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合。光的產(chǎn)生：激光原理光的控制、傳輸：光學(xué)設(shè)計大氣光學(xué)光纖技術(shù)光與物質(zhì)的相互作用非線性光學(xué)散射光學(xué)光的探測光電檢測技術(shù)，統(tǒng)計光學(xué)光電檢測及處理技術(shù)的含義：利用光探測器件的檢測把光輻射轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)過一系列電信號的處理，提取某些必需的信息。光電檢測利用的基本原理—光電效應(yīng)、光熱效應(yīng)第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理

光源控制及傳輸路徑目標(biāo)及背景光電轉(zhuǎn)換顯示記錄計算機(jī)及信號處理1、對光源輸出光的傳輸變化進(jìn)行控制2、光輻射與目標(biāo)相互作用產(chǎn)生信息載體（信號光）3、光輻射（信號光）的探測過程，利用光探測器把光輻射轉(zhuǎn)換為電學(xué)量4、利用電子學(xué)和計算機(jī)技術(shù)提取信息第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電檢測技術(shù)的主要應(yīng)用范圍

1．輻射度量和光度量的檢測（光輻射能量的檢測）

采用光電檢測的方法來測定光度量和輻射度量。方法簡便，能達(dá)到很高的精度。目前常用的這類儀器有：光強(qiáng)度計、光亮度計、輻射計、以及光測高溫計和輻射測溫儀等。

2．光學(xué)材料、元件的檢測

光學(xué)儀器及測量技術(shù)中所涉及的材料、元件的光學(xué)特性測量，如：材料、元件的光譜特性；都需要借助于光電檢測的方法來實現(xiàn)測量。第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日3．非光物理量的光電檢測和控制所能完成的檢測對象十分廣泛。包括:

把非光物理量轉(zhuǎn)換為光信號。再對帶有待測信息的光信號進(jìn)行光電檢測，實現(xiàn)對待測非光物理量的檢測。

各種幾何量如尺度、坐標(biāo)；各種機(jī)械量如重量、應(yīng)力、壓強(qiáng)、位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、振動、流量，以及材料的硬度和強(qiáng)度等參量。第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統(tǒng)的應(yīng)用激光雷達(dá)，測距，定位，夜視光通信，寬帶網(wǎng)DVD,VCD，數(shù)碼相機(jī)，公安交通監(jiān)測，森林防火報警醫(yī)學(xué)影像，微光電視航空、衛(wèi)星遙感，深海測量傅立葉光譜，天文干涉光譜儀第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理1．防盜報警系統(tǒng)放大報警鑒別后處理透鏡探測器第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理2.紅外測溫系統(tǒng)第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理A/D計算機(jī)D/A打印譜圖白光探測器A/D計算機(jī)D/A打印譜圖白光A/D計算機(jī)D/A打印譜圖白光動鏡M2探測器A/D計算機(jī)D/A打印譜圖白光光源探測器A/D計算機(jī)D/A打印譜圖A/D計算機(jī)D/A打印譜圖固定鏡M1動鏡M2探測器樣品3.傅立葉變換光譜議第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理4.單脈沖激光測距雷達(dá)第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理5.紅外3D激光成像雷達(dá)第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統(tǒng)的分類和應(yīng)用范圍光電系統(tǒng)光譜可見光光電系統(tǒng)紅外光電系統(tǒng)照明被動照明系統(tǒng)主動照明系統(tǒng)功能用途光學(xué)計量測試系統(tǒng)光電控制系統(tǒng)搜索、跟蹤、距離和方位的系統(tǒng)溫差分布、熱成像系統(tǒng)天文、醫(yī)學(xué)光電系統(tǒng)第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測技術(shù)的發(fā)展方向3、光電檢測系統(tǒng)的發(fā)展：在不改變被測物性質(zhì)的條件下，檢測非接觸化，遠(yuǎn)程化。多信息量：多光譜、多變量、多像素。集成化、自動化、“智能”化。1、“光子挑戰(zhàn)電子，電子聯(lián)盟光子”利用光子技術(shù)可望突破電子技術(shù)中邏輯門器件運(yùn)行速度的“瓶頸效應(yīng)”，可以大大提高信息處理的速度和擴(kuò)大信息傳輸?shù)娜萘俊?/p>

2、光電子材料的研究得到了迅速發(fā)展，特別是半導(dǎo)體超晶格材料和量子阱結(jié)構(gòu)與器件的研究發(fā)展，使垂直腔面發(fā)射激光器得以實現(xiàn)。光子晶體半導(dǎo)體新型光子器件、有機(jī)聚合物光子晶體、光子晶體光纖和光子晶體光纖放大器均取得了一定的進(jìn)展。光電探測器件向著高靈敏度和高性能方向發(fā)展，其工作波長范圍也向紅外、紫外方向擴(kuò)展。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日第一章：光輻射物理第二章：光輻射探測器第三章：光輻射直接探測和外差探測第四章：光電信號的前置放大電路和濾波第五章：微弱信號檢測第六章：典型的光電信號檢測系統(tǒng)《光電子學(xué)》課程內(nèi)容第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、光輻射的度量

1.輻射度量的基本物理量

1）輻射能量Q

以電磁波的形式發(fā)射、傳輸或接收的能量2)輻射能密度ω

輻射場單位體積中的能量(J/m3)3）輻射功率P

單位時間內(nèi)發(fā)射傳輸接收的輻射能量(J)第一章光輻射物理基礎(chǔ)(W)第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日點源與擴(kuò)展源當(dāng)不使用光學(xué)系統(tǒng)時，相對觀測者輻射源的最大尺寸小于觀測距離十倍以內(nèi)時，一般都可稱為點輻射源，否則，即為擴(kuò)展源。當(dāng)使用光學(xué)系統(tǒng)時，充滿光學(xué)系統(tǒng)視場的輻射源作擴(kuò)展源處理，而未充滿視場的則算作點源。立體角：半徑為R的部分球面△A的邊緣各點對球心連線所包圍的空間△A'ΩOR第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日4)輻出度M

輻射源單位表面積向半球空間發(fā)射的功率

(W/m2)5)輻射強(qiáng)度I

點輻射源在某方向單位立體角的輻射功率(W/Sr)dA'dΩSn'qr第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日6)輻射亮度L

擴(kuò)展源在某方向單位投影面積和單位立體角發(fā)射的輻射功率

(W/m2Sr)

7)輻射照度E

入射到單位接收表面上的輻射功率

(W/m2)dAqdWrn第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日光譜輻射度量和光子輻射度量

光譜輻射量指定波長附近單位波長間隔內(nèi)的輻射量，光子輻射量單位時間發(fā)射或接收的光量子數(shù)定義的各輻射量第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日光度學(xué)：以“標(biāo)準(zhǔn)人眼”的視覺響應(yīng)對輻射量進(jìn)行度量人眼的視覺響應(yīng)存在生理、心理影響，光度學(xué)不是客觀標(biāo)準(zhǔn)1924年國際照明委員會，根據(jù)200多位觀察者的測定，給出平均人眼對可見光的平均靈敏度，稱為人眼視覺函數(shù)視覺函數(shù)（光效函數(shù)）V(λ)明視V(λ)，峰值波長555nm（綠光），錐體細(xì)胞的強(qiáng)光反應(yīng)暗視V’(λ)，峰值波長505nm，桿體細(xì)胞的弱光反應(yīng)1.0400505555750l

/nmV(l)明視暗視2.光度量的基本物理量第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日1）

光能量

Q

以電磁波的形式發(fā)射、傳輸或接收的能量（只考慮可見光）

2）

光能密度ω

輻射場單位體積中的光能量流明

(lm)3）

光通量F

單位時間內(nèi)發(fā)射、傳輸、接收的光能量第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日光度量與輻射度量間的對應(yīng)關(guān)系在明視情況下，波長λ＝0.555μm

的V(λ)=1.，c=683Ｌｍ/Ｗ

1W輻射功率

=683Lm光通量。

對于λ＝0.555μm以外的光輻射1W輻射功率

=683·V(λ)Lm光通量第二十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日4）

光出射度M

面光源單位表面積向半球空間發(fā)射的光通量

（lm/m2)5）光強(qiáng)度I