光电测试技术激光测试技术PPT课件
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光电检测技术第三章幻灯片PPT
光电管的5光照特性
3.灵敏度
光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通 量之间比）称为光电管的灵敏度。
说明：阴极材料不同的光电管，具有不同的红限，因此 适用于不同的光谱范围。此外，即使入射光的频率大于 红限，并保持其强度不变，但阴极发射的光电子数量还 会随入射光频率的变化而改变，即同一种光电管对不同 频率的入射光灵敏度并不相同。光电管的这种光谱特性， 要求人们应当根据检测对象是紫外光、可见光还是红外 光去选择阴极材料不同的光电管，以便获得满意的灵敏 度。
1T
I iT0 i(t)dt
用均方噪声来表示噪声值大小
i(t)21T[i(t)i(t)]2dt T0
噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。 由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响
对信号特别是微弱信号的正确探测。 一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测
系统的噪声所限制。 所以在精密测量、通信、自动控制等领域，减
下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出 下降到稳定值所需要的时间。
５.频率响应：光电探测器的响应随入射光的 调制频率而变化的特性称为频率响应．
由于光电探测器信号产生和消失存在着一个滞后过程， 所以入射光的调制频率对光电探测器的响应会有较大 的影响。
光电探测器响应率与入射调制频率的关系
S(f)[1(2Sf0)2]1/2
光子器件
热电器件
响应波长有选择性，一般有 响应波长无选择性，对可见
截止波长，超 过该波长， 器件无响应。
光到远红外的各种波长的辐
射同样敏感
响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒
需要的时间短， 一般为纳
秒到几百微秒
器件的基本特性参数
响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度
3.灵敏度
光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通 量之间比）称为光电管的灵敏度。
说明：阴极材料不同的光电管，具有不同的红限，因此 适用于不同的光谱范围。此外，即使入射光的频率大于 红限，并保持其强度不变，但阴极发射的光电子数量还 会随入射光频率的变化而改变，即同一种光电管对不同 频率的入射光灵敏度并不相同。光电管的这种光谱特性， 要求人们应当根据检测对象是紫外光、可见光还是红外 光去选择阴极材料不同的光电管，以便获得满意的灵敏 度。
1T
I iT0 i(t)dt
用均方噪声来表示噪声值大小
i(t)21T[i(t)i(t)]2dt T0
噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。 由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响
对信号特别是微弱信号的正确探测。 一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测
系统的噪声所限制。 所以在精密测量、通信、自动控制等领域，减
下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出 下降到稳定值所需要的时间。
５.频率响应：光电探测器的响应随入射光的 调制频率而变化的特性称为频率响应．
由于光电探测器信号产生和消失存在着一个滞后过程， 所以入射光的调制频率对光电探测器的响应会有较大 的影响。
光电探测器响应率与入射调制频率的关系
S(f)[1(2Sf0)2]1/2
光子器件
热电器件
响应波长有选择性，一般有 响应波长无选择性，对可见
截止波长，超 过该波长， 器件无响应。
光到远红外的各种波长的辐
射同样敏感
响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒
需要的时间短， 一般为纳
秒到几百微秒
器件的基本特性参数
响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度
《激光检测技术》PPT课件
（四）自旋量子数ms 有两个值(+1/2，-1/2)，可用向上和向下的箭头(“↑”“↓”)来 表示电子的两种所谓自旋状态。
结论：描述一个电子的运动状态，要用四个量子数（ n， l，m ， ms ），同一 原子中，没有四个量子数完全相同的两个电子存在。 能量最低原理 ：整个体系的能量越低越好。一般来说，新填入的电子都 是填在能量最低的空轨道上的。
1.光的自发发射
§1—2 激光的产生
激发态寿命：
从t 到
t=0 时
t+dt ：
N 20
t
时刻
N2
E2 N2
自发发射的粒子数： E2上粒子的减少数：
dN21 A21 N2 dt
dN2 dN21
dt
dN2 dN21
E1
dN2 A21 N2dt
N2 N20e A21t
能级 E2 的平均寿命 在0
gmax (v)
1 g max (v) 2
I ( )d I
g ( )
为归一化线型函数。
1 0 2
中心频率
5
g ( )d 1
(一)激光的单色性 频率宽度或原子谱线的宽度：
§1-1 激光的基本特性
g (v )
2 1
由
波长宽度
gmax (v)
激光光电检测技术
•激光基本原理 •激光器件 •激光干涉测量 •激光干涉在测量中的应用 •激光衍射测量及应用 •激光在其他方面的应用 •固体摄像器件及其应用
参考书：激光光电检测 激光检测技术
国防科技大学出版社 校编教材
1
激光光电检测
光电检测技术PPT培训课件
光电检测技术的发展趋势
总结词
光电检测技术未来将朝着高精度、高速度、智能化方向发展。
详细描述
随着科技的不断进步，光电检测技术将进一步提高检测精度和速度，实现更快速、更准确的信息获取 和处理。同时，光电检测技术将与人工智能、机器学习等技术相结合，实现智能化检测和自动化决策 ，为各领域的快速发展提供有力支持。
各类光电检测技术的应用场景
可见光检测技术
广泛应用于图像采集、安防监控、交通拍 照等领域。
激光雷达技术
广泛应用于机器人导航、无人驾驶、智能 制造等领域。
红外检测技术
广泛应用于温度测量、无损检测、消防报 警等领域。
X射线检测技术
广泛应用于医疗影像、工业无损检测、安 全检查等领域。
紫外检测技术
广泛应用于荧光显微镜、化学分析仪器、 环境监测等领域。
04
光电检测技术的实际应用案例
光电检测技术在工业自动化中的应用
总结词
质量检测
光电检测技术在工业自动化领域的应用广 泛，主要用于生产线上的质量检测、位置 检测和速度控制等。
通过光电检测技术对生产线上的产品进行 表面缺陷、尺寸、重量等质量参数的检测 ，确保产品质量符合要求。
位置检测
速度控制
利用光电检测技术对生产线上的产品位置 进行精确检测，实现自动化控制和调整。
详细描述
光电检测技术利用光子与电子的相互作用，将光信号转换为电信号，实现对各 种物理量、化学量和生物量的检测。该技术具有高精度、高灵敏度、高可靠性 等优点，广泛应用于各个领域。
光电检测技术的应用领域
总结词
光电检测技术在多个领域都有广泛应用。
详细描述
在工业自动化领域，光电检测技术用于产品质量检测、生产线监控等；在医疗领域，光电检测技术用于医疗诊断、 生物分析等；在环保领域，光电检测技术用于环境监测、水质分析等；在通信领域，光电检测技术用于光纤通信、 高速数据传输等。
光电测试技术PPT
6
二、光电传感器与敏感器的概念 1、 传感器
将非电量转换为与之有确定对应关系的电量 输出
2、敏感器
将被测非电量转换为可用非电量的器件或装 置
3、光电传感器 基于光电效应，将光信号转换为电信号的一 种传感器。
7
光电传感器主要有光电二极管、光电晶体管、 光敏电阻、光电耦合器、集成光 电传感器、光电池和图像传感器等
第一章 绪论
信息技术与光电检测技术
光电检测与光电传感器概念
光电检测系统的组成及特点 光电检测方法及应用发展趋势
1.1 信息技术与光电检测技术
1、信息技术
四个基本内容：感测技术 、通信技术 、人工 智能技术与计算机技术 、控制技术
信息技术包括微电子信息技术、光子信息技 术、光电信息技术等
2
2、光电检测技术
22
（3）辐射型 被测物体本身就是一个辐射源，光电接收 器通过接收被测物的辐射光能量实现测量。
23
2、光电检测基本方法
直接作用法、差动测量法、补偿测量法和 脉冲测量法 (1)直接作用法 受被测物理量控制的光通量，经光电接收 器转换成电量后由检测机构可直接得到所 求被测物理量 。
被测物理量 光通量 光电传感器
27
在高频信号被滤波器滤去后
uO 1/ 2 Ei ER cos[2 ( f1 f 2 )t 1 2 ]
且使 f1=f2
14
1）、功率检测接收机
也称作直接检测接收机或非相干接收机。 透镜系统和光电探测器用于检测所收集到 的到达光接收机的光场瞬间光功率。
15
2）、外差接收机
也称为空间相干接收机。本地产生的光波 场与接收到的光波场经前端镜面加以合成， 然后由光探测器检测这一合成的光波。外 差式接收机可接收以幅度调制、频率调制、 相位调制方式传输的信息。
光电测试技术-第5章-激光干涉测试技术(1／6)PPT课件
▪ 历史进程：
▪ 17世纪后半叶，玻意耳(Boyle)和胡克(Hooke)独立地观察 了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹（后被称作牛顿环）， 人类从此开始注意到了干涉现象。
▪ 1690年，惠更斯出版《论光》，提出“波动”说。
▪ 1704年，牛顿出版《光学》，提出了“微粒”说。
▪ 1801年，托马斯·杨(Thomas Young)完成了著名的杨氏双 缝实验，人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。
➢ 当 Imin = 0时K＝1，对比度有最大值；而当 Imax= Imin时K ＝0，条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于1。
➢ 对目视干涉仪可以认为：当K＞0.75时，对比度就算是好 的；而当K＞0.5时，可以算是满意的；当K＝0.1时，条 纹尚可辨认，但是已经相当困难的了。
➢ 对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。
为所有的运动粒子都具有相应的波长，为隧道显微镜、原 子力显微镜的诞生做了理论准备。
▪ 1960年，梅曼(Maiman)研制成功第一台红宝石激光器，以 及微电子技术和计算机技术的飞速发展，使光学干涉技术 的发展进入了快速增长时期。
▪ 1982年，G.Binning和H.Rohrer研制成功扫描隧道显微镜， 1986年发明原子力显微镜，从此开始了干涉技术向纳米、 亚纳米分辨率和准确度前进的新时代。
2021/3/3
5
第5章 激光干涉测试技术
概述
▪ 特点： ➢ 具有更高的测试灵敏度和准确度； ➢ 绝大部分的干涉测试都是非接触式的，不会对被测件 带来表面损伤和附加误差； ➢ 较大的量程范围； ➢ 抗干扰能力强； ➢ 操作方便； ➢ 在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广 泛应用。
2021/3/3
《光电测试技术》PPT课件 (2)
光电倍增管结构分类和特点表
与测量有关的两个参数
(1) 暗电流
光电倍增管接上工作电压后，在没有光照的情况下阳极仍 会有一个很小的电流输出，此电流即称为暗电流。光电倍 增管在工作时，其阳极输出电流由暗电流和信号电流两部 分组成。
当信号电流比较大时，暗电流的影响可以忽略，
但是当光信号非常弱，以至于阳极信号电流很小甚至和暗 电流在同一数量级时，暗电流将严重影响对光信号测量的 准确性。
所谓的热电效应，是当受热 物体中的电子(洞)，因随着温度梯度 由高温区往低温区移动时，所产生电 流或电荷堆积的一种现象。而这个效 应的大小，则是用称为thermopower(Q) 的参数来测量，其定义为Q=E/-dT(E为 因电荷堆积产生的电场，dT则是温度 梯度)。
自然界热电效应明显的物质
明矾石Alunite六方晶系KAl3(OH)6(SO4)2为含氢氧根的钾， 钠，铝硫酸盐矿物，其解理面呈珍珠光泽，其余的面呈玻璃光泽。 硬度3.5~4，条痕白色，比重2.58~2.75，有灰，白，稍黄，稍红等 颜色.具强烈的热电效应，不溶于水，几乎不溶于盐酸，硝酸，氢 氟酸和氨水等，但能溶于强碱及硫酸或高氯酸.明矾石为不规则矿 床及矿脉，大屯山火山群之明矾石成细粒结晶而与石英，蛋白石及 粘土矿物共生，有些成脉状，有些交代安山岩中之基质及结晶.金 瓜石之明矾石，在矿床及变质围岩中呈粒状或鳞片状产出。为明矾 及硫酸钾的来源，另可提炼铝及造纸，食品加工，净水剂，染料等 用途.空气负离子技术。
尔帖热，用符号
表示。
对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体
在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不
同的材料中处于不同的能级，当它从高能级
向低能级运动时，便释放出多余的能量；相
反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收 能量。能量在两材料的交界面处以热(的4)形式
与测量有关的两个参数
(1) 暗电流
光电倍增管接上工作电压后，在没有光照的情况下阳极仍 会有一个很小的电流输出，此电流即称为暗电流。光电倍 增管在工作时，其阳极输出电流由暗电流和信号电流两部 分组成。
当信号电流比较大时，暗电流的影响可以忽略，
但是当光信号非常弱，以至于阳极信号电流很小甚至和暗 电流在同一数量级时，暗电流将严重影响对光信号测量的 准确性。
所谓的热电效应，是当受热 物体中的电子(洞)，因随着温度梯度 由高温区往低温区移动时，所产生电 流或电荷堆积的一种现象。而这个效 应的大小，则是用称为thermopower(Q) 的参数来测量，其定义为Q=E/-dT(E为 因电荷堆积产生的电场，dT则是温度 梯度)。
自然界热电效应明显的物质
明矾石Alunite六方晶系KAl3(OH)6(SO4)2为含氢氧根的钾， 钠，铝硫酸盐矿物，其解理面呈珍珠光泽，其余的面呈玻璃光泽。 硬度3.5~4，条痕白色，比重2.58~2.75，有灰，白，稍黄，稍红等 颜色.具强烈的热电效应，不溶于水，几乎不溶于盐酸，硝酸，氢 氟酸和氨水等，但能溶于强碱及硫酸或高氯酸.明矾石为不规则矿 床及矿脉，大屯山火山群之明矾石成细粒结晶而与石英，蛋白石及 粘土矿物共生，有些成脉状，有些交代安山岩中之基质及结晶.金 瓜石之明矾石，在矿床及变质围岩中呈粒状或鳞片状产出。为明矾 及硫酸钾的来源，另可提炼铝及造纸，食品加工，净水剂，染料等 用途.空气负离子技术。
尔帖热，用符号
表示。
对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体
在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不
同的材料中处于不同的能级，当它从高能级
向低能级运动时，便释放出多余的能量；相
反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收 能量。能量在两材料的交界面处以热(的4)形式
《光电检测技术》课件
总结
光电检测技术的应用广泛，原理简单而高效。随着技术的不断发展，它将在各个领域中发挥更重 要的作用，并为我们带来更多惊喜和机遇。
《光电检测技术》PPT课 件
欢迎各位参加今天的课程！本课程将介绍光电检测技术的应用、原理、种类 以及未来发展趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域！
光电检测技术的应用领域
1 自动化工业
光电检测技术在工业生产中广泛应用，用于检测产品质量、生产过程控制等。
2 医疗诊断
通过光电检测技术，医生可以进行无创性、快速且准确的医学检查，有助于疾病早期诊 断。
3 环境监测
光电检测器可用于测量空气污染、水质监测以及气候变化等环境参数。
光电检测技术的原理
光电效应
当光照射到物质表面时，光的能量会激发物质中的电子跃迁，产生电流。
信号处理
通过电路将光电器件的输出信号转换为可测量或可视化的形式，方便分析和应用。
光电检测器的种类
光敏电阻
根据光照强度对电阻值进 行变化。
3 快速响应
光电检测器的响应时 间非常短，适用于需 要实时检测和控制的 应用。
光电检测技术的发展趋势
1
更高分辨率
光电检测技术将实现更高分辨率的
更小尺寸
2
光电传感器，提高检测和测量的精 度。
光电器件将变得更小巧紧凑，适用
于微型化和集成化的应用。
3
更广应用领域
光电检测技术将渗透到更多领域， 如智能家居、无人驾驶、虚拟现实 等。
光电二极管
将光能转换为电能的二极Байду номын сангаас管器件。
光电二极管阵列
由多个光电二极管组成的 二维阵列，可用于图像捕 捉和识别。
光电检测技术的优势
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➢ 激光是一种高亮度的定向能束，单色性好，发散角很 小，具有优异的相干性，既是光电测试技术中的最佳 光源，也是许多测试技术的基准。
07.12.2020
2
§3－1 激光概述
1. 激光的基本性质
①激光的方向性
➢ 描述方法：
✓ 发散角：光源发光面所发出光线中，两光线之间的最大角，一
般用2θ表示，单位为rad。
的目水前平的，超其短亮脉度冲L 是激 太光Q阳器的能产10生10倍短。至 4.6fs的超短脉冲，S光 功t 率密度可高达 ➢ 亮度的单位10是20WW//cmm2 2s，r；其亮度就更高了。
➢ 一比般普激通光光光器源源表的大面发百积光 万立倍体。角大约为π×10-6sr，其发光亮度
➢ 正是由于激光能量在空间和时间上的高度集中，才使得 激光具有普通光源所达不到的高亮度。
➢ 定义复曲率出和半该R径（位为z置）处。q的(1z)ω（R1(zz）)j 2(z)
07.12.2020
5
§3－1 激光概述
1. 激光的基本性质 ➢ ③激光的单色性 ➢ 单色性是指光强按频率（波长）的分布状况。 ➢ 描述方法：用频谱或波长分布的宽度（线宽）来描述
2 -1 Δν/ν=Δλ/λ
➢ 激光的单色性能：
✓ 单模稳频He-Ne激光器，其发出的谱线的线宽与波长的比值可
达 /≈10-11。
d = 3mm，则光束发散角为 2θ≈2×10-4rad。
➢ 激光器的发散角接近该激光器的出射孔径所决定的衍射
极限。可以表示为
2θ ≈ λ d
➢当发散角较小时，发散角和立体角的关系可简化为
Ωπ2
➢常用激光器的光束方向性能：
✓ 气体激光器方向性最好，其发散角约为10-3～10-6rad；
✓ 固体激光器的方向性较差，一般为10-2rad量级。
干性比普通光源所发出的光好得多。
➢ 例如，用86Kr灯作光源的干涉仪，理论上其相干长度
Lc=77cm，这与非受激发射的普通光源相比已是最长的了； 但利用稳频He-Ne激光器（＝0.6328μm）作光源，若其频
率稳定度为10-11，干涉仪的相干长度可达几千公里。
07.12.2020
8
§3－1 激光概述
07.12.2020
波数KR＝(z)是2π在/λz处波阵面的曲率半径，它也是z的函数
R(z)
z1z02
2
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§3－1 激光概述
2．高斯光束参数q（z）将高斯光束 ➢ ③高斯光束的的两变个换基本参数ω（z） ➢ 1）高斯光束和达的R式（复中z曲，）率它统半是一径表在征一高个斯表 ➢ 将高斯光束光电束矢的量又公一式个改重写要为参数。
函数，即
ω束02➢➢的是．一z①沿=(个高z0光的z高)(处特x斯轴束电的征斯=光方光参在矢y0光斑量束向=1纵量束尺，0传振轴)寸称的z播点，为幅上描z它光的0述2是束高高的2斯斯“12 光束光束的直光面电于束内矢纵在的量轴z振处表横幅是垂达截与(式zz有)为关a的r位ct相gπ因z子02
腰”；
E (x ,y ,z )A ( 0 z )e x (x 2 2 p ( z ) y 2 ) e x jK ( p x 2 2 R (z y ) 2 z ) j(z )
光电测试技术
第3章 激光测试技术
引言
➢ 自从1960年由Maiman研制成功世界上第一台红宝石固 体激光器以来，激光技术发展极为迅速，并带动一大 批相关学科和技术的发展，其应用遍布几乎所有的领 域，如信息、医学、工农业和军事技术等各个部门， 是具有里程碑意义的重要技术成就。激光技术的广泛 应用使之成为力学、物理、化学、材料科学、光电子 以及医学工程之间的一门交叉学科。
✓ 普通光源中，单色性最好的同位素86Kr放电灯在低温下发出波长
λ＝0.6057μm的光， /≈ 7.7 61-7 0
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6
§3－1 激光概述
1. 激光的基本性质 ➢ ④激光的时间相干性 ➢ 经过简单推导有下式成立：
c
Lc ct
➢ 结论：光谱线宽度Δλ和Δν越窄，光的相干长度Lc和相干 时间τc越长，光的时间相干性越好。所以激光的时间相
E ( x ,y ,z ) A ( ( 0 z 0 z 一处) ) e e 旦的 q确 x x （定j j K K z）光p 2 2 2 值2 束 R ，R 在1 ( 1 ( z z 便某) ) 可位j jπ 求置2 2 ( ( z z ) ) e e x x j j Κ z p p j j( z ( z z ) )
✓ 半导体激光器的方向性最差，一般在（5～10）×10-2rad，且两
07.12.2020个方向的发散角不一样。
4
§3－1 激光概述
1. 激光的基本性质
②激光的高亮激度光的亮度水平：
光束出射立体角
➢ 定义：辐亮射度一出为射个能单普量位通面的积调的Q红光宝源石在激单光位器时发间射内的向着其法线 方向上的单激位光立，体其角脉范冲围功内率辐很射容的易能达量到，10可6W表示为
1. 激光的基本性质 ➢ ⑤激光的空间相干性 ➢ 概念：空间相干性是指同一时间，由空间不同点发出的
光波的相干性。 ➢ 如果用单模激光器作光源，由于这种激光光束在其截面
不同点上有确定的位相关系，因此可产生干涉条纹，即 单模激光光束的空间相干性很好。 ➢ 例如：尺寸为100μm的矩形汞弧灯光源，当针孔屏距 光源500mm放置时，横向相干长度大约为.25mm， ➢ 而激光器的横向相干长度可达100mm以上。
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9
§3－1 激光概述
2．高斯光束 ➢ ①高斯光束的描述 ➢ 由凹面镜构成的稳定谐振腔产生的激光束既不是均匀平面
光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高 斯光束，如图所示。
x
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ω(z)
z
ω0 y
图3-8 高斯光束
12
§3－1 激光概述 ω（z）称为z点的光斑尺寸，它是z的
✓ 立体角：球冠曲面S对光源O所张的空间角Ω，单位为sr，可用下
式描述
S Ω = R2
✓ 整个球面对球心所张的立体
2)。
R
(a)
(b)
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光束的发散角a）和立体角b） 3
§3－1 激光概述
例：对氦氖激光器，若λ=0.63μm，
1. 激光的基本性质 ①激光的方向性
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§3－1 激光概述
1. 激光的基本性质
①激光的方向性
➢ 描述方法：
✓ 发散角：光源发光面所发出光线中，两光线之间的最大角，一
般用2θ表示，单位为rad。
的目水前平的，超其短亮脉度冲L 是激 太光Q阳器的能产10生10倍短。至 4.6fs的超短脉冲，S光 功t 率密度可高达 ➢ 亮度的单位10是20WW//cmm2 2s，r；其亮度就更高了。
➢ 一比般普激通光光光器源源表的大面发百积光 万立倍体。角大约为π×10-6sr，其发光亮度
➢ 正是由于激光能量在空间和时间上的高度集中，才使得 激光具有普通光源所达不到的高亮度。
➢ 定义复曲率出和半该R径（位为z置）处。q的(1z)ω（R1(zz）)j 2(z)
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§3－1 激光概述
1. 激光的基本性质 ➢ ③激光的单色性 ➢ 单色性是指光强按频率（波长）的分布状况。 ➢ 描述方法：用频谱或波长分布的宽度（线宽）来描述
2 -1 Δν/ν=Δλ/λ
➢ 激光的单色性能：
✓ 单模稳频He-Ne激光器，其发出的谱线的线宽与波长的比值可
达 /≈10-11。
d = 3mm，则光束发散角为 2θ≈2×10-4rad。
➢ 激光器的发散角接近该激光器的出射孔径所决定的衍射
极限。可以表示为
2θ ≈ λ d
➢当发散角较小时，发散角和立体角的关系可简化为
Ωπ2
➢常用激光器的光束方向性能：
✓ 气体激光器方向性最好，其发散角约为10-3～10-6rad；
✓ 固体激光器的方向性较差，一般为10-2rad量级。
干性比普通光源所发出的光好得多。
➢ 例如，用86Kr灯作光源的干涉仪，理论上其相干长度
Lc=77cm，这与非受激发射的普通光源相比已是最长的了； 但利用稳频He-Ne激光器（＝0.6328μm）作光源，若其频
率稳定度为10-11，干涉仪的相干长度可达几千公里。
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§3－1 激光概述
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波数KR＝(z)是2π在/λz处波阵面的曲率半径，它也是z的函数
R(z)
z1z02
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§3－1 激光概述
2．高斯光束参数q（z）将高斯光束 ➢ ③高斯光束的的两变个换基本参数ω（z） ➢ 1）高斯光束和达的R式（复中z曲，）率它统半是一径表在征一高个斯表 ➢ 将高斯光束光电束矢的量又公一式个改重写要为参数。
函数，即
ω束02➢➢的是．一z①沿=(个高z0光的z高)(处特x斯轴束电的征斯=光方光参在矢y0光斑量束向=1纵量束尺，0传振轴)寸称的z播点，为幅上描z它光的0述2是束高高的2斯斯“12 光束光束的直光面电于束内矢纵在的量轴z振处表横幅是垂达截与(式zz有)为关a的r位ct相gπ因z子02
腰”；
E (x ,y ,z )A ( 0 z )e x (x 2 2 p ( z ) y 2 ) e x jK ( p x 2 2 R (z y ) 2 z ) j(z )
光电测试技术
第3章 激光测试技术
引言
➢ 自从1960年由Maiman研制成功世界上第一台红宝石固 体激光器以来，激光技术发展极为迅速，并带动一大 批相关学科和技术的发展，其应用遍布几乎所有的领 域，如信息、医学、工农业和军事技术等各个部门， 是具有里程碑意义的重要技术成就。激光技术的广泛 应用使之成为力学、物理、化学、材料科学、光电子 以及医学工程之间的一门交叉学科。
✓ 普通光源中，单色性最好的同位素86Kr放电灯在低温下发出波长
λ＝0.6057μm的光， /≈ 7.7 61-7 0
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§3－1 激光概述
1. 激光的基本性质 ➢ ④激光的时间相干性 ➢ 经过简单推导有下式成立：
c
Lc ct
➢ 结论：光谱线宽度Δλ和Δν越窄，光的相干长度Lc和相干 时间τc越长，光的时间相干性越好。所以激光的时间相
E ( x ,y ,z ) A ( ( 0 z 0 z 一处) ) e e 旦的 q确 x x （定j j K K z）光p 2 2 2 值2 束 R ，R 在1 ( 1 ( z z 便某) ) 可位j jπ 求置2 2 ( ( z z ) ) e e x x j j Κ z p p j j( z ( z z ) )
✓ 半导体激光器的方向性最差，一般在（5～10）×10-2rad，且两
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§3－1 激光概述
1. 激光的基本性质
②激光的高亮激度光的亮度水平：
光束出射立体角
➢ 定义：辐亮射度一出为射个能单普量位通面的积调的Q红光宝源石在激单光位器时发间射内的向着其法线 方向上的单激位光立，体其角脉范冲围功内率辐很射容的易能达量到，10可6W表示为
1. 激光的基本性质 ➢ ⑤激光的空间相干性 ➢ 概念：空间相干性是指同一时间，由空间不同点发出的
光波的相干性。 ➢ 如果用单模激光器作光源，由于这种激光光束在其截面
不同点上有确定的位相关系，因此可产生干涉条纹，即 单模激光光束的空间相干性很好。 ➢ 例如：尺寸为100μm的矩形汞弧灯光源，当针孔屏距 光源500mm放置时，横向相干长度大约为.25mm， ➢ 而激光器的横向相干长度可达100mm以上。
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§3－1 激光概述
2．高斯光束 ➢ ①高斯光束的描述 ➢ 由凹面镜构成的稳定谐振腔产生的激光束既不是均匀平面
光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高 斯光束，如图所示。
x
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ω(z)
z
ω0 y
图3-8 高斯光束
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§3－1 激光概述 ω（z）称为z点的光斑尺寸，它是z的
✓ 立体角：球冠曲面S对光源O所张的空间角Ω，单位为sr，可用下
式描述
S Ω = R2
✓ 整个球面对球心所张的立体
2)。
R
(a)
(b)
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光束的发散角a）和立体角b） 3
§3－1 激光概述
例：对氦氖激光器，若λ=0.63μm，
1. 激光的基本性质 ①激光的方向性