光电检测技术改
光电检测技术课程教学改革的探讨
第２ ３卷Leabharlann ４期 ２１ ０ ０年 ８月
高 等 函授 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｖｏ ＿ ３ ＮＯ ４ Ｉ２ ．
２ Ｏ ０ｌ
・
大 学教 学 ・
光 电检 测 技 术 课 程 教 学 改 革 的探 讨
李 刚 ，曹 浪舟
（＿ 国 地 质 大 学 机 械 与 电子 信 息 学 院 ， 汉 ４ ０ ７ ；２ 华 中 师 范 大 学 职 业 与 继 续 教 育 学 院 ， 汉 ４ ０ ７ ） １中 武 ３ ０４ ． 武 ３ ０ ９
摘 要 ： 文 分 析 了“ 电检 测技 术 ” 程 教 学 中 存 在 的 问题 ， 讨 了该 课 程 的 教 学 改 革 。 建 本 光 课 探
议 根 据 课 程 和 专 业 特 点 ， 结 合 学 生 兴 趣 ， 建 新 的 知 识 体 系， 理 取 舍 和 侧 重 教 材 内 容 ， 当 增 并 构 合 适 加 最 新 内容 和特 色 内容 ， 注重 知 识 的具 体 应 用 ， 并 实现 课 堂 教 学 内 容 改 革 ； 分 利 用 网 络 和 多媒 体 充
处 理好 “ 广度 ” 深 度 ” 和“ 的关 系 是一个 必需解 决 的
问题 。
收 稿 日期 ：２ １ —Ｏ — １ ． Ｏ Ｏ ６ ２
作 者 简 介 ： 刚 （１７ 一） 男 ， 南 汝南 人 ， 士 ， 师 ， 要 从 事 光 电子 技 术 的 教 学 与 研 究 工 作 李 ９５ ， 河 博 讲 主
２ ２ 教 学 方 式 方 面 ．
多 所 高等 院校 的光 电信 息工 程 、 信 息 科 学 与技 光 术 、 控技术 与仪 器 、 测 电子信 息工 程 、 通信 工程 、 应
光电检测技术的发展趋势及应用前景
TECHNOLOGY TREND随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理与技术的提高，光电检测技术作为一门研究光与物质相互作用发展起来的新兴学科，已成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分。
光电检测技术具有测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、信息效率极高、以及自动化程度高等突出特点，令其发展十分迅速，并推动着信息科学技术的发展。
它将光学技术与现代电子技术相结合，广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等领域。
本文从光电检测技术本身特点出发，分析其发展趋势及应用前景。
1电检测技术的发展趋势1.1光电检测技术光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，它是以激光、红外、光纤等现代光电子其件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经模/数转换接口输入计算机运算处理，最后显示输出所需要的检测物理量等参数。
其工作原理如下图所示：光电检测系统工作原理图其技术主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。
光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，它具有如下特点：1）高精度。
光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种。
如用激光干涉法测量长度的精度可达0.05μm/m ；光栅莫尔条纹法测角可达到；用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨力可达到1m 。
2）高速度。
光电测量以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，无疑用光学方法获取和传递信息是最快的。
3）远距离、大量程。
光是最便于远距离粗寒痹的介质，尤其适用于遥控和遥测，如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。
4）非接触测量。
光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。
1.2发展趋势从上面对光电检测技术特点的分析，并随着世界各国的激烈竞争正以日新月异的速度突飞猛进及科研技术的提高，光电检测技术的发展趋势主要表现在：高精度方向发展：检测精度向高精度方向发展，纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术是今后的发展热点；智能化方向发展：检测系统向智能化方向发展，如光电跟踪与光电扫描测量技术；数字化方向发展：检测结果向数字化，实现光电测量与光电控制一体化方向发展；多元化方向发展：光电检测仪器的检测功能向综合性、多参数、多维测量等多元化方向发展，并向人们无法触及的领域发展，如微空间三维测量技术和大空间三维测量技术；微型化方向发展：光电检测仪器所用电子元件及电路向集成化方向发展；光电检测系统朝着小型、快速的微型光、机、电检测系统发展；自动化方向发展：检测技术向自动化，非接触、快速在线测量方向发展，检测状态向动态测量方向发展；以上这些发展趋势是现代化生产的需要，是现代科学技术发展的需要，是国防建设的需要。
光电检测技术
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光电检测系统
光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为 基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、 反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通 过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息， 再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理， 最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。
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光电检测系统各部分的功能：
（1）光源和照明光学系统：
考虑光源的辐射功率、光谱范围、发光空间 分布；
发出的光作为载波或者被测对象； 照明光学系统的分类
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（2）被测对象及光学变换：
➢ 光学变换：通过光学元件和光学系统把待测量转换为 光参量
➢ 光学系统可以根据不同的光学性质、光学效应，其结 构形式不同
光量：光通量或光强度 光特性：光波的幅值、频率、相位、偏振
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三、光电检测技术的主要内容
光电检测技术的主要内容是通过光学系统把携带被测信 息的非电量信息变换成便于接收的光学信息，然后用 光电探测器将光学信息变换成电量，并进一步经电路 放大、处理等，达到输出的目的。
信息变换技术和电信号处理技术。 信息变换技术：非电量变换成光学量
光电检测技术
Optoelectronics Detection Technology
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课程主要内容
光电检测技术是以半导体、激光、红外、光纤等现代光电子器件
作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐 射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用 信息，再经模、数转换接口输入计算机运算处理，最后显示输出 所需的检测物理量等参数。
光电器件检测技术的研究和应用
光电器件检测技术的研究和应用光电器件是一种广泛应用于光电技术领域的器件，包括光电二极管、光敏三极管、光电探测器等。
随着科技的不断进步，光电器件的应用越来越广泛，其中涉及到光电器件的检测技术愈发重要。
这篇文章将讨论光电器件检测技术的研究和应用。
一、光电器件检测技术的现状目前光电器件检测技术主要分为两类：非接触式检测技术和接触式检测技术。
非接触式检测技术主要应用于表面缺陷检测、尺寸、形状测量和表面光学性能等方面，例如，利用红外高清摄像机、激光扫描仪等技术实现无接触式三维测量。
而接触式检测技术主要应用于电学参数测量等方面，例如，使用接触式测试仪器测量光电流、光电导等参数。
在现代工业技术中，光电器件比重越来越大，也就使得光电器件检测技术变得更加重要。
例如，太阳能电池、LED灯等环保节能设备，光电器件的检测技术不仅可掌握生产质量，也是有效保证器件性能、可靠性的保障。
二、光电器件检测技术的研究方向光电器件检测技术的研究方向主要有以下几个方面：1、高效率和高精度的器件质量检测技术光电器件处理器制造过程中难免会存在一些质量问题，如位移、畸变、亮斑等问题，导致器件性能下降。
因此，如何开发高效率且高精度的器件质量检测技术，是光电器件领域中的一项关键任务。
目前，利用如激光扫描仪、高清显微镜、红外线相机等先进的检测仪器，可有效测量光电器件的尺寸、形状和光学特性等，但这些技术还需进一步完善。
2、器件参数的精确测量方法光电器件参数的测量是光电器件检测技术研究中的一个重要方面。
光电二极管、光敏三极管、光电探测器等器件的参数测试，对于开发和生产高效能的光电器件具有十分重要的作用。
目前，常见的光电器件参数检测主要是基于电学方法，例如，通过接触式、非接触式测试仪器等测量光电流、光电导等参数，但这些方法有时会给误差带来一定影响，因此还需发展更为精确的测试方法。
3、器件故障检测与统计分析技术光电器件的故障检测和统计分析技术，是保障设备安全、稳定运行的重要手段。
光电检测技术
光电检测技术
以光电子学为基础,以光电子器件为主体,研究 和发展光电信息的形成、传输、接收、变 换、处理和应用。应用领域包括：
1、工业检测（光电精密测试，光纤传感在线 检测和机器视觉）
2、日常生活：光电传感（自动对焦、路灯控 制、图象传感）
3.军事：激光（激光雷达）、红外、微光探 测，定向和制导
光电检测是信息时代的关键技术
光电检测系统：是利用光电传感器实现各类检测。
它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合 利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量
光电检测系统包括
– 光学变换 – 光电变换 – 电路处理
光学变换
– 时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽（干涉、 衍射）
– 空域变换：光学扫描（扫描盘）
事实上是光学参量调制：光强、波长、相位、偏振
光电检测技术研究热点
纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。 小型、快速的微型光、机、电检测系统。 微空间三维测量技术和大空间三维测量技术。 闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光
电控制一体化。 向人们无法触及的领域发展。 光电跟踪与光电扫描测量技术。
第五章 光电检测系统 5.1 直接光电检测系统 5.2 光外差光电检测系统 5.3 典型的光电检测系统
第六章 光纤传感检测 第七章 光电信号的数据采集与微机接口 第八章 光电检测技术的典型应用
第一章 绪 论
1.光电系统描述
光是一种电磁波，电磁波谱包括：长波电震荡、无线 电波、 微波、光波（包括红外光、可见光、紫外光）、 射线等。光波的波长范围为1mm-10nm,频率为3x10113x1016Hz,它是工作于电磁波波谱图上最后波段的系统， 特点是波长短，频率高.(与电子系统载波相比，光电系 统载波的频率提高了几个量级，因此载波能量大，分 辨率高，但易受大气的吸收等影响，传输距离受限， 易遮挡）。
微电子制造专业中光电检测技术教学改革的探索
2009年3月第10卷 第1期 长沙铁道学院学报(社会科学版) M ar .2009Vol .10 No .1 微电子制造专业中光电检测技术教学改革的探索3李群明(中南大学机电工程学院,湖南长沙410083)摘 要:光电检测技术是中南大学微电子制造工程专业一门重要的专业基础课。
结合微电子制造专业的培养目标和专业特点,经过近几年的教学实践和对教学模式的不断改革创新,逐渐形成了一套比较完善的教学改革思路。
实践表明,这些教学改革方法时代气息浓厚,针对性强,效果良好,对培养学生分析问题、解决问题、创造性探索的能力有很大帮助,为学生快速融入工程实践创造了条件。
关键词:光电检测技术;微电子制造;教学改革;教学方法 微电子制造是关系国家利益和安全的战略性产业,也是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的前沿领域之一。
微电子制造装备是决定产业发展能力的关键。
微电子制造工程是中南大学机电工程学院为适应21世纪国家战略发展要求、推进电子制造装备业的发展而开设的一个新专业,具有广阔的发展前景。
本专业集微电子、微机械、信息、光学、仪器仪表、材料等于一体,是多学科交叉的综合性工程应用技术专业。
中南大学于2001年开始筹办,2004年正式批准招生。
几年来的科研支持和教学实践表明,在学校、学院和教研室的大力支持和帮助下,该专业课程设置合理,建设经费投入充足,教学科研人才齐备、教学实验条件相对完整,教学科研管理规范,专业特色鲜明,毕业生就业形势良好。
光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是将传统光学技术与现代微电子技术紧密结合起来的一门高新技术,是微电子产品在光学领域中的应用体现,是实践性非常强的专业课程,成为微电子制造专业的一门重要的专业基础课。
光电检测技术以光子检测、激光、红外、光纤等现代光电器件为基础,通过对载有被检测信息的光辐射进行检测,即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号,再经A /D 变换接口输入微型计算机运算、处理,或直接送入反馈控制回路,最终输出被检测体的几何量或物理量参数,是一种综合性强、应用广泛的非接触测量技术,具有多学科交叉融合的特点。
《光电检测技术》全【2024版】
3.4 金属卤化物灯——第三代光源
1、工作原理 ：
（1）放电管内金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散 （2）电弧中心，金属卤化物分子分解为金属原子和卤原子 （3）金属原子处于高能级时产生辐射，并参与放电 （4）金属原子和卤素原子向浓度低的管壁区域扩散，并在 低温区重新复合为金属卤化物分子，依次循环
（2）光源色温：
a.色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温
b.相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射 的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关 色温。
能源与动力工程学院
3.2 热辐射光源
1、太阳光 ：直径约为1.392×109m的光球，到地球的
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
3、光谱功率谱分布：光源输出功率与光谱的波长关系 常见的光谱功率分布有四种型式： 线状光谱：有若干条明显分隔的细线组成； 带状光谱：由分开的谱带组成,谱带又包含许多谱线； 连续光谱：谱线连成一体； 复合光谱：由以上三种光谱混合而成。
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
4、空间光强分布： （1）许多光源的发光强度在各个方向是不同的。 （2）若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度 相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线 ，称为 配光曲线；
（3）HG500型发光二极 管的配光曲线。
（4）为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向 作为照明方向。
能源与动力工程学院
Pi
单位：流明每瓦
0.38e ()d
Pi
Km
0.78
V ()d
0.38
0.78
可见辐射通量在输入功率中所占比例： V
光电检测技术的新发展
光电检测技术的新发展光电检测技术是一项非常重要的技术，它广泛应用于医疗、工业、交通、航空等领域。
这项技术的发展也在不断地推进着，不断有新的技术得以应用到这个领域中。
在医疗方面，光电检测技术被广泛应用于医学影像技术中。
人们可以通过采用不同的光谱技术来获取不同的医学影像，如紫外线成像、红外线成像等。
这些技术不仅可以检测人体内部的疾病，还可以检测人体表面的问题，比如烧伤、冻伤等。
同时，光电检测技术还被广泛应用于眼科、皮肤科等领域中，用于治疗癌症等疾病的光疗也是光电检测技术的热门应用之一。
在工业方面，光电检测技术也受到了广泛的应用。
在制造业中，光电传感器可以用于检测机器人的位置和运动，也可以用于检测产品的质量。
同时，光电检测技术还可以用于检测工业生产过程中的异物，比如检测果汁中的异物等。
在交通方面，光电检测技术可以用于交通控制、道路监控等。
例如，在城市交通中，通过使用红外线光电传感器可以实现车辆数目、车速和车流量的检测，从而可以更好地控制城市交通。
在航空领域中，光电检测技术也被广泛应用。
例如，红外成像技术已被广泛应用于无人机和战斗机，用于敌情探测和目标警报。
此外，光电检测技术也可以用于对大气层的探测，例如探测大气中的有害气体和悬浮粒子，评估空气质量。
随着技术的不断发展，光电检测技术也不断更新和进步。
比如，在机器人行业中，感应传感器已经开始采用深度学习和卷积神经网络等新技术，可以更好地分析数据和识别图像。
此外，越来越多的光电检测技术也正在发展中，比如被称为“光子晶体”技术的新型光学器件，该技术可以通过操纵光线的传播方向来实现各种不同的功能，这一技术在光电检测领域中有着重要的应用前景。
总之，光电检测技术的新发展为各行各业提供了更好、更准确的检测手段。
无论是医疗、工业、交通、航空等领域，光电检测技术都有着广泛的应用前景，并有着巨大的发展空间。
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第一章 绪论
第二章 2.1 2.2 2.3 2.4
光电检测技术基础 光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
第三章 光电检测器件 3.1 光电器件的类型与特点 3.2 光电器件的基本特性参数
3.3 半导体光电器件
• 光电导器件: 光敏电阻
• 光伏器件:
光电池/光电二极管/三极管
光电检系统：是利用光电传感器实现各类检测。它
将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利 用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量
光电检测系统包括
– 光学变换 – 光电变换 – 电路处理
光学变换
– 时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽（干涉、 衍射）
– 空域变换：光学扫描（扫描盘） – 光学参量调制：光强、波长、相位、偏振 – 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光
光电检测是信息时代的关键技术
信息技术:（三大支柱）
– 感测技术、通信技术、人工智能与计算机 控制技术。
– 信息的产生和获取、转换、传输、控制、 存储、处理、显示。
– 本课程着重在光电检测的元器件、系统、方法和应 用。
光电检测技术
光电传感器：
– 基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件 – 将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。
光系统的作用体现在如下三个方面
1）在经典光学理论中，作为一种视觉的 延伸，如经典的光学仪器。
2）在信息光电子学中，光作为一种载体， 能实现信息的传递和探测功能，如光探 测系统、光通讯系统、光信息识别系统。
3）在能量光电子学中，光作为一种能量 系统完成特定的功能，如激光加工技术， 武器系统等。
3.4 真空光电器件
• 光电管
• 光电倍增管
3.5 热电检测器件
• 热敏电阻
• 热电偶和热电堆
• 热释电探测器件
第四章 发光、耦合和成像器件 4.1 发光二极管 4.2 激光器 4.3 光电耦合器件 4.4 CCD
第五章 光电检测系统 5.1 直接光电检测系统 5.2 光外差光电检测系统 5.3 典型的光电检测系统
电控制一体化。 向人们无法触及的领域发展。 光电跟踪与光电扫描测量技术。
光电检测技术的应用
一、在工业生产领域的应用
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…. 现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%
光电检测技术
以光电子学为基础,以光电子器件为主体,研究 和发展光电信息的形成、传输、接收、变 换、处理和应用。它涉及到：
1、光电源器件（光发射机） 2、光通信和综合信息网络 4、光电方法用于瞬态光学观测 5、光电传感、光纤传感和图象传感 6、激光、红外、微光探测，定向和制导 7、光电精密测试，在线检测和控制技术 8、混合光电信息处理、识别和图象分析
高速度：光速是最快的。 远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。 非接触式检测：不改变被测物体性质的条件
下进行测量。 寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，
故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高， 对被测物无形状和大小要求。 数字化和智能化：强的信息处理、运算和控 制能力。
光电检测技术发展趋势
纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。 小型、快速的微型光、机、电检测系统。 非接触、快速在线测量。 微空间三维测量技术和大空间三维测量技术。 闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光
机的不同，光电系统可分为主动式和被动式两 类。 主动式：光发射机主要由光源和调制器组成 被动式：发射机为被探测物体的热辐射，特点 是隐蔽性高。 光学信道：主要是指大气、空间、水、光纤等 光传播过程中要经过的介质。 光接收机：是指收集入射的广场并处理，恢复 光载波的信息。
3.光电检测系统的功能分类
第六章 光纤传感检测 第七章 光电信号的数据采集与微机接口 第八章 光电检测技术的典型应用
第一章 绪 论
1.光电系统描述
光电系统是以光波作为信息和能量的载 体而实现传感、传输、探测功能的测量 系统。光是一种电磁波，电磁波谱包括： 长波电震荡、无线电波、 微波、光波 （包括红外光、可见光、紫外光）、射 线等。光波的波长范围为1mm-10nm,频 率为3x1011-3x1016Hz,它是工作于电磁波 波普图上最后波段的电子系统，特点是 波长短，频率高。
学信息。
光电变换
– 光电/热电器件（传感器）、变换电路、前置放大 – 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信
号的放大和处理）。
电路处理
– 放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、 控制。
光电探测器的种类
类型 PN结
非PN结 电子管类
其他类
实例
PN光电二极管（Si,Ge, GaAs) PIN光电二极管（Si） 雪崩光电二极管(Si, Ge) 光电晶体管(Si) 集成光电传感器和光电晶闸管(Si)
测量检查型:
– 几何量:长度、角度、位置、形变。 – 表面形状：光洁度、庇病、伤痕。 – 光学量：吸收、反射、透射、光谱。
控制跟踪型
– 跟踪控制：激光制导，红外制导 – 数值控制：自动定位，图形加工形成，数值
控制（光栅尺）
图象分析型
– 图形检测 – 图形分析
光电检测技术的特点
高精度：从地球到月球激光测距的精度达到 1米。
光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS) 热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3) 光电管，摄像管，光电倍增管
色敏传感器
固体图象传感器（SI，CCD/MOS/CPD型）
位置检测用元件（PSD）
光电池
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光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件 为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发 射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测， 即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息， 再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理， 最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理 量。
2.光电检测系统组成
光
光
被
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光
光变
电
源
学 系 统
测 对 象
学 变 换
电换 传电 感路
信 号 处 理
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
光电系统组成
光电系统的组成主要包括三个部分： 光发射机、光学信道、光接收机。根据光发射