光电检测原理与技术
一 填空题20分，每空1分
1波长在__________-的是红外辐射。通常分为_______、_______和远红外三部分
2辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足公式_________________,式中I e 0是面元
dS 沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为__________,也称为朗伯体。 3光辐射普遍形式的波动方程t J t P t E E ??-??-=??+???? μ
μμε22220中，方程右边两项分别由________与________引起。
4 KDP 晶体沿z 轴加电场时，由________变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕________轴旋转了45度角，此转角与外加电场的大小______，其折射率变化与电场成_______。
5 KDP 晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：其中一项与外加电场无关，是由晶体本身__________引起的；另一项为电光效应_________。
6考虑到声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L 满足条件___________,会产生多级衍射，否则从多级衍射过渡到单级衍射。
7要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，光束调制按其调制的性质可分为______、______、______及强度调制等。
8依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为________、________和________三类。
二 简答题，共30分，每题6分
1光电探测器性能参数包括哪些方面。
2 光子效应和光热效应。
3 请简要说出InSb 和PbS 光敏电阻的特性。
4 为什么说光电池的频率特性不是很好?
5 直接光电探测器的平方律特性表现在哪两个方面?
三 推导证明，共10分，每题5分 1 已知热电晶体极板面积为A ，热电系数为β，负载电阻为R L ，热敏元件的吸收系数为α，热导为G ，且温度变化规律为t
i Te T T ω?+?=0。证明热释电探测器的电压灵敏度为()()
222211H c L u G R A R τωτωαβω++=。 2已知光电二极管的反偏压V 及最大入射光功率P ，器件的暗电导为g,临界电导为g ’，器件
光点转换灵敏度为S ，证明合理的负载电阻为：SP
g SP g g V R L ''1-???? ??-=。（画出线性化处理后的伏安特性曲线）
四 分析、计算题，共40分，每题10分
1 已知热敏器件的受光面为100mm 2,频率响应范围Δf 为1H Z ，器件初始温度为300K ，发射率为ε为100%，试推导并估算此热敏探测器的最小可探测光功率。（σ=5.67×10-12J/cm 2K 4,k B =1.38×10-23J/K ）
2输入信号U in 经过二极管整流后，输出信号为U ou =KU in ，现有一按正弦规律变化的经过隔直处理后的调幅输入信号为：U in =（1+msin Ωt ）sin ωt,其中的m 为调制度，Ω为调制频率，ω为载波频率，经过二极管整形后并按傅里叶级数展开，得到:
()()()????????????Ω--Ω++--Ω+=∑∞122sin 22sin 22cos 141sin 12t n m t n m t n n t m K U ou ω
ωωπ问：（1）分析上式，并说出上式中哪部分是我们需要提取的信号？
（2）为了提取出需要的信号，需要采取什么电路来提取？最后提取出的信号表达式是什么，并画出电路图。
（3）根据右图的调制波形绘出整流后的波形，并
绘出经过滤波后的信号波形简图。
3 一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，在某一
特征频率时，目标对比度为0.5,大气的MTF 为0.9，
探测器的MTF 为0.5，电路的MTF 为0.95，CRT 的MTF
为0.5，则在这一特征频率下，光学系统的MTF 至少
要多大？
4 已知某硅光电二极管的灵敏度W A S μμ5.0=，结电导s g μ005.0=，屈膝电压V u 10''=，入射光信号功率()W
t P μωsin 35+=，反偏压V V 40=。求：电信号输出送到放大器时，取得最大功率的电阻P R 及放大器的输入电阻i R 。
《光电检测原理与技术》课程试题A 答案 2007-12-23
一 填空题20分，每空1分
1波长在0.77~1000μm 的是红外辐射。通常分为近红外、中红外和远红外三部分
2一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。但是有些辐射体的 7辐射强度在
空间方向上的分布满足θcos
0e e dI dI =，式中I e 0是面元dS 沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为余弦辐射体或朗伯体。
3光辐射普遍形式的波动方程t J t P t E E ??-??-=??+???? μ
μμε22220中，方程右边两项反映物质对光辐射场量的影响，起“源”的作用，分别由极化电荷与传导电流引起。
4 KDP 晶体沿z 轴加电场时，由单轴晶体变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕z 轴旋转了45?角，此转角与外加电场的大小无关，其折射率变化与电场成正比。
5 KDP 晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：第一项与外加电场无关，是由晶体本身自然双折射引起的；第二项即为电光效应相位延迟 t
6考虑到声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L 满足条件
2
04λλs n L L ≈<，会产生多级衍射，否则从多级衍射过渡到单级衍射。 7要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，完成这一过程的装置称为调制器。其中激光称为载波，起控制作用的低频信息称为调制信号。
8依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。
二 简答题，共30分，每题6分（要求简单扼要）
1光电探测器性能参数包括哪些方面。（得分点：回答为什么制定性能参数得2分，具体参数每两个得1分，共4分，本题总分6分）
为了评价探测器性能优劣，比较不同探测器之间的差异，从而达到根据具体需要合理正确选择光电探测器件的目的，制定了一套性能参数。
通常包括积分灵敏度，也成为响应度，光谱灵敏度，频率灵敏度，量子效率，通量阈和噪声等效功率，归一化探测度及工作电压、电流、温度及入射光功率允许范围。
2光子效应和光热效应(给出两种效应的概念得2分,给出两种效益的特点得2分,对两种效能的探测器时间特性能进行简单说明得2分)
答：光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。因为，光子能量是h γ，h 是普朗克常数, γ是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。
光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。所以，光热效应与单光子能量h γ的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。值得注意的是，以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温
度变化率，比其他光热效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的应用。
3请简要说出InSb 和PbS 光敏电阻的特性。（得分点：每种光敏电阻有1分，写出光敏电阻的主要参数得4分，本题总分6分）
（1）PbS
近红外辐射探测器
波长响应范围在1～3.4μm ，峰值响应波长为2μm
内阻（暗阻）大约为1M Ω
响应时间约200μs
（2）InSb
在77k 下,噪声性能大大改善
峰值响应波长为5μm
响应时间短（大约50×10-9s ）
4为什么说光电池的频率特性不是很好?（得分点：2个因素，每一个得分3分，本题总分6分）
答:光电池总的来说频率特性不是很好,这是由于两个方面的原因:
第一,光电池的光敏面一般做的较大,因而极间电容较大;第二,光电池工作在第四象限,有较小的正偏压存在,所以光电池的内阻较低,而且随入射光功率变差,因此光电池的频率特性不好.
5 直接光电探测器的平方律特性表现在哪两个方面?
答:直接探测器的平方律特性表现在:
三 推导证明，共10分，每题5分
1 已知热电晶体极板面积为A ，热电系数为β，负载电阻为R L ，热敏元件的吸
收系数为α，热导为G ，且温度变化规律为t i Te T T ω?+
?=0。证明热释电探测器的电压灵敏度为()()
222211H c L u G R A R τωτωαβω++=。（教材P148-150） 2已知光电二极管的反偏压V 及最大入射光功率P ，器件的暗电导为g,临界电导为g ’，器件光点转换灵敏度为S ，证明合理的负载电阻为：
SP
g SP g g V R L ''1-???? ??-=。（画出线性化处理后的伏安特性曲线）
证明过程略（教材P138-139）（得分点：分析，包括绘出线性处理后的伏安特性曲线示意图2分，证明过程，应在伏安特性曲线图上表示出各个参量，2分，结论1分，本题总分5分）
四 计算题，共40分，每题10分
1 已知热敏器件的受光面为100mm 2,频率响应范围为1H Z ，器件初始温度为300K ，发射率为ε为100%，试推导并估算此热敏探测器的最小可探测光功率。（σ=5.67×10-12J/cm 2K 4,k B =1.38×10-23J/K ）（得分点：分析3分，过程5，结论2分，本题总分10分）(P148)
2输入信号U in 经过二极管整流后，输出信号为U ou =KU in ，现有一按正弦规律变化
的经过隔直处理后的调幅输入信号为：U in =（1+msin Ωt ）sin ωt,其中的m 为调
制度，Ω为调制频率，ω为载波频率，经过二极管整形后并按傅里叶级数展开，得到:
()()()????????????Ω--Ω++--Ω+=∑∞122sin 22sin 22cos 141sin 12t n m t n m t n n t m K U ou ω
ωωπ 问：（1）分析上式，并说出上式中那部分是我们需要提取的信号？为什么。
（2）为了提取出需要的信号，需要采取什么电路来
提取？最后提取出的信号表达式是什么，并画出电路图。
（3）根据右图的调制波形绘出整流后的波形，并绘
出经过滤波后的信号波形简图。
（得分点：每一个小问题各占3分，绘出信号处理
过程示意图1分，本题总分10分）
解答：1 需要提取的信号为U in =（1+msin Ωt ） 3
分
2为了提取上述信号，首先采用二极管半波整流电路（1分），提取出信号的正半周期（电路图1分），因为我们需要的信号与经过处理的信号相比为低频信号，因此，通常可采用RC 低通滤波器过滤掉高频，剩下的就是需要的低频信号（2分）。
3 略。（3分） t
3 一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，在某一特征频率时，目标对比度为0.5,大气的MTF 为0.9，探测器的MTF 为0.5，电路的MTF 为0.95，CRT 的MTF 为0.5，则在这一特征频率下，光学系统的MTF 至少要多大？（得分点：分析8分，过程1，结论1分，本题总分10分）
要求：按平时作业的计算题要求，写出解答的理论基础，对0.026这个参数要说明是什么。
答： 02.05.095.05.09.05.0≥?????o MTF 得到：24.0≥
o MTF 4 已知某硅光电二极管的灵敏度W A S μμ5.0=，结电导s g μ005.0=，屈膝
电压V u 10''=，入射光信号功率()W
t P μωsin 35+=，反偏压V V 40=。求：电信号输出送到放大器时，取得最大功率的电阻P R 及放大器的输出电压i R 。（得分点：分析3分，过程5，结论2分，本题总分10分）
解答略（教材P141）
一 填空题20分，每空1分
1 为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质，常用到（ ）这个量，单位为K 。这个量是指在规定两波长具有与热辐射光源的（ ）相同的黑体的温度。
2 光波在声光晶体里传播，按照声波频率的（ ）以及声波和光波（ ）的不同，声光相互作用可分为（ ）和（ ）两种衍射类型。
3 纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在（ ）的影响。缺点是（）太高。
4 光频外差探测是一种全息探测技术，这种探测技术可以探测光频电场的（ ）、（ ）和（ ）所携带的信息。
5 CCD 与其它器件相比，最突出的特点是它以（ ）作为信号，而其他大多数器件是以（ ）或者（ ）作为信号。
6 电荷耦合器件的基本功能就是电荷存储和（ ）。CCD 的工作过程就是信号电荷的（ ）、（ ）、（ ）和检测的过程。
7 红外成像系统性能的综合量度是（ ）和（ ）。
二 简答题，共30分，每题6分
1 在光度单位体系中，基本单位是如何定义的。
2 大气湍流效应对光束传播的影响有哪些方面。
3 什么是半波电压？对比KDP 晶体的横向、纵向应用的特点。
4 说明光子效应和光热效应各自特点。
5 红外光学系统的特点
三 推导证明，共10分，每题5分
1 推导光电转换定律
2光电池等效电路如图1所示，据此请推导短路电
流和开路电压的表达式。
四 计算题，共40分，每题10分 1若取v s =616m/s ，n =2.35， f s =10MHz ，λ0=0.6328μm ，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度L max 。
2用PbMoO 4晶体做成一个声光扫描器，取n =2.48，M 2=37.75?10-15s 3/kg ，换能器宽度H =0.5mm 。声波沿光轴方向传播，声频f s =150MHz ，声速v s =3.99?105cm/s ，光束宽度d =0.85cm ，光波长λ=0.5μm 。
⑴ 证明此扫描器只能产生正常布喇格衍射；
⑵ 为获得100%的衍射效率，声功P s 率应为多大？
⑶ 若布喇格带宽?f =125MHz ，衍射效率降低多少？
3一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，在某一特征频率时，目标对比度为0.5,大气的MTF 为0.9，探测器的MTF 为0.5，电路的MTF 为0.95，CRT 的MTF 为0.5，则在这一特征频率下，光学系统的MTF 至少要多大？
4 已知某硅光电二极管的灵敏度W A S μμ5.0=，结电导s g μ005.0=，屈膝电压V u 10''=，入射光信号功率()W
t P μωsin 35+=，反偏压V V 40=。求：电信号输出送到放大器时，取得最大功率的电阻P R 及放大器的输出电压i R 。
补充题：输入信号U in 经过二极管整流后，输出信号为U ou =KU in ，
现有一按正弦规律变化的经过隔直处理后的调幅输入信号为：U in =（1+msin Ωt ）sin ωt,其中的m 为调制度，Ω为调制频率，ω为载波频率，经过二极管整形后并按傅里叶级数展开，得到:
()()()????????????Ω--Ω++--Ω+=∑∞122sin 22sin 22cos 141sin 12t n m t n m t n n t m K U ou ω
ωωπ问：1 分析上式，并说出上式中那部分是我们需要提取的信号？为什么。
2 为了提取出需要的信号，需要采取什么电路来提取？最后提取出的信号表达式是什么，并画出电路图。
3根据图1
的调制波形绘出整流后的波形，并绘出经过滤波后的信号波形简图。
图1
附加题：用2CU 光点二极管探测激光输出的调制信号)(sin 520W t e μωφλ
+=的辐射通量，若已知电源电压为15V ，2CU 的光电灵敏度为S i =0.5μA/μW，结电容为C J =3pF,引线分布电容C i =7pF ，试求负载电阻R L =2M Ω时该电路的偏置电阻R B ，并计算输出信号电压最大值情况下的最高截至频率。
解答：首先求出入射辐射通量的峰值：Φm =20+5=25μW
再求出2CU 的最大输出光电流：I M =S I Φm =12.5μA
设输出信号电压最大时的偏置电阻为R B ,则与负载电阻并联后的等效电阻为
Ω==M I U R R m
L B 2.1// 进而可得出R B =3M Ω
则输出电压最大值时的最高截至频率为： ()z i
j B L B L B KH C C R R R R f 831≈++==τ 光电检测原理与技术考试题B 答案
一 填空题20分，每空1分
1 为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质，常用到（色温）这个量，单位为K 。这个量是指在规定两波长具有与热辐射光源的（辐射比率）相同的黑体的温度。
2 光波在声光晶体里传播，按照声波频率的（大小）以及声波和光波（作用长度 ）的不同，声光相互作用可分为（拉曼-纳斯）和（布拉格）两种衍射类型。
3 纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在（ 自然双折射 ）的影响。缺点是（ 半波电压 ）太高。
4 光频外差探测是一种全息探测技术，这种探测技术可以探测光频电场的（振幅）、（频率）和（相位）所携带的信息。
5 CCD 与其它器件相比，最突出的特点是它以（电荷）作为信号，而其他大多数器件是以（电流）或者（电压）作为信号。 t
6 CCD 的基本功能就是电荷存储和（电荷转移）。CCD 的工作过程就是信号电荷的（产生）、（存储）、（转移）和检测的过程。
7红外成像系统性能的综合量度是（空间分辨率）和（温度分辨率）。
二 简答题，共30分，每题6分（要求对涉及到的名词概念简单解释） 1在光度单位体系中，基本单位是如何定义的。什么是光视效能？
在光度体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉（1分）。
定义为一个光源发出频率为Hz
1210540?的单色辐射，如果在一给定方向上的辐射强度为()
sr W 6831，则该光源在该方向上的发光强度为1坎德拉（2分）。 光度量和辐射度量之间可以用光是效能与光视效率联系起来。光视效能描述某一波长的单色光辐射通量可以产生多少相应的单色光通量。即光视效能K λ定义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即λ
λλΦΦe v K =
单位：流明/瓦特（lm/W ）。
2 大气湍流效应对光束传播的影响有哪些方面，分别加以简单说明。（得分点：回答什么是湍流效应得1分，湍流效应的具体表现每回答一个得1分，共4分，对具体表现有简单解释得1分，本题总分6分）
是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。
光束强度在时间和空间上随机起伏，光强忽大忽小，即所谓光束强度闪烁。波长短，闪烁强，波长长，闪烁小。然而，理论和实验都表明，当湍流强度增强到一定程度或传输距离增大到一定限度时，闪烁方差就不再按上述规律继续增大，却略有减小而呈现饱和，故称之为闪烁的饱和效应。
接收平面上，光束中心投射点（即光斑位置）以某个统计平均位置为中心，发生快速的随机性跳动（其频率可由数赫到数十赫），此现象称为光束漂移。若将光束视为一体，经过若干分钟会发现，其平均方向明显变化，这种慢漂移亦称为
光束弯曲。
如果不是用靶面接收，而是在透镜的焦平面上接收，就会发现像点抖动。
3 什么是半波电压？对比KDP晶体的横向、纵向应用的特点。
当光波的两个垂直分量E x'，E y'的光程差为半个波长（相应的相位差为π）时所需要加的电压，称为半波电压。（2分）
横向运用时，存在自然双折射产生的固有相位延迟，它们和外加电场无关。表明在没有外加电场时，入射光的两个偏振分量通过晶后其偏振面已转过了一个角度，这对光调制器等应用不利，应设法消除。（2分）
横向运用时，无论采用那种方式，总的相位延迟不仅与所加电压成正比，而且晶体的长宽比(L/d)有关。而纵向应用时相位差只和V=E z L有关。因此，增大L 或减小d就可大大降低半波电压。（2分）
4 说明光子效应和光热效应各自特点。
1. 光子效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。（2分）
特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。（1分）
2. 光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。（2分）特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。（1分）
（在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。）
5 红外光学系统的特点（得分点：第一个特点得2分，其后每个特点的分1分，本题总分6分）
（1）红外辐射源的辐射波段位于1μm以上的不可见光区，普通光学玻璃对2.5μm以上的光波不透明，而在所有有可能透过红外波段的材料中，只有几种材料有必需的机械性能，并能得到一定的尺寸，如锗、硅等，这就大大限制了透镜系统在红外光学系统设计中的应用，使反射式和折反射式光学系统占有比较重要的地位。
（2）为了探测远距离的微弱目标，红外光学系统的孔径一般比较大。
（3）在红外光学系统中广泛使用各类扫描器，如平面反射镜、多面反射镜、折射棱镜及光楔等。
（4）8至14μm 波段的红外光学系统必须考虑衍射效应的影响。
（5）在各种气象条件下或在抖动和振动条件下，具有稳定的光学性能。
三 推导证明，共10分，每题5分
1 推导光电转换定律
推导过程略（得分点：分析2分，过程2，结论1分，本题总分5分）（教材P112-113）
2 根据光电池等效电路，推导短路电流和开路电压的
表达式，并简单说明实验室测量方法。（对开路电压和短
路电流进行文字解释得2分，推导开路电压和短路电流的
过程各占2分，本题总分6分）
测量方法：在一定光功率（例如1kW/m 2）照射下，使
光电池两端开路，用一高内阻直流毫伏表或电位差计接在
光电池两端，测量出开路电压；在同样条件下，将光电池两端用一低内阻（小于1Ω）电流表短接，电流表的示值即为短路电流。
推导过程：略（教材P130-131）
四 计算题，共40分，每题10分
1 若取v s =616m/s ，n =2.35， f s =10MHz ，λ0=0.6328μm ，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度L max （分析正确得3分，写出L 表达式得分2分，计算过程3分，结论2分） 由公式0
202044λλλλs s n n L L =≈<， 又因为s s s f v =λ，代入上式计算，得到最大晶体长度为M L μ352310
6328.041061635.2141220=????= 2用PbMoO 4晶体做成一个声光扫描器，取n =2.48，M 2=37.75?10-15s 3/kg ，换能器宽度H =0.5mm 。声波沿光轴方向传播，声频f s =150MHz ，声速v s =3.99?105cm/s ，光束宽度d =0.85cm ，光波长λ=0.5μm 。（各个小问题每一个占3分，对布拉格衍射进行必要的文字说明得1分，本题总分10分。
）
⑴ 证明此扫描器只能产生正常布喇格衍射；
⑵ 为获得100%的衍射效率，声功P s 率应为多大？
⑶ 若布喇格带宽?f =125MHz ，衍射效率降低多少？
⑴ 由公式0
2
04λλs n L L ≈<证明不是拉曼-纳斯衍射。 ⑵ 22222cos L M I B
s θλ=，??? ??==L H M HLI P B s s 2
222cos θλ ⑶ 若布喇格带宽?f =125MHz ，衍射效率降低多少？
s s B f nv ?=?2λ
θ，??? ?????? ??=H P v P n f f s B s s θλπρ?ηcos 2232270 3 一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，在某一特征频率时，目标对比度为0.5,大气的MTF 为0.9，探测器的MTF 为0.5，电路的MTF 为0.95，CRT 的MTF 为0.5，则在这一特征频率下，光学系统的MTF 至少要多大？（得分点：分析8分，过程1，结论1分，本题总分10分）
要求：按平时作业的计算题要求，写出解答的理论基础，对0.026这个参数要说明是什么。
答： 02.05.095.05.09.05.0≥?????o MTF 得到：24.0≥
o MTF 4 已知某硅光电二极管的灵敏度W A S μμ5.0=，结电导s g μ005.0=，屈膝
电压V u 10''=，入射光信号功率()W
t P μωsin 35+=，反偏压V V 40=。求：电信号输出送到放大器时，取得最大功率的电阻P R 及放大器的输出电压i R 。（分析过程占3分，绘出线性化处理后的伏安特性曲线得1分，运算过程正确得4分，结论得2分）
解答略（教材P141）
激光检测技术研究现状与发展趋势
激光检测技术研究现状与发展趋势 提要：激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。由泰曼干涉仪到莫尔条纹，然后到散斑，再到全息干涉，出现了一个个干涉场，物理量（如位移、温度、压力、速度、折射率等）的测量不再需要单独测量，而是整个物理量场一起进行测量。自从激光出现以后，电子学领域的许多探测方法（如外差、相关、取样平均、光子计数等）被引入，使测量灵敏度和测量精度得到大大提高。用激光检测关键技术(激光干涉测量技术、激光共焦测量技术、激光三角测量技术)实现的激光干涉仪、激光位移传感器等，可以完成纳米级非接触测量。可以说，超精密加工技术将随着高精密激光检测技术的发展而发展；在此基础上，提出了激光测量需解决的关键技术及今后的发展方向。 1.测量原理 1.1激光测距原理 先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。
1.2激光测位移原理 激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。 2.激光测量系统的应用 激光功率和能量是描述激光特性的两个基本参数，激光功率计和能量计是最常用的两类激光测量仪器。随着激光技术的不断发展，对激光测试技术和测量仪器提出了更高要求。由于调Q和锁模激光的出现和应用，要求测量的激光功率已从毫瓦、瓦、千瓦、兆瓦直到千兆瓦以上。激光能量也从毫焦尔逐渐跨过千焦尔。脉冲激光的持续时间也由毫秒、微秒、毫微秒、而缩短至微微秒量级。光谱范围也从紫外、可见、红外扩展到近毫米波段。激光精密测量和某些生物医学方面的研究和应用(如眼科治疗、细胞手术器等)的发展，对激光测量的精度也提出了非常高的要求。 2.1激光非球面检测技术 长期以来，非球面检测技术一直制约着非球面制造精度的提高，尤其对于高精度非球面的检测。规的非球面检测方法如刀口阴影法、激光数字干涉法及接触式光栅测量法等，对于检测工件表面来说都有一定的局限性。原子力显微镜是利用纳米级的探针固定在可灵敏操控的微米级尺度的弹性悬臂上，当针尖很靠近样品时，其顶端的原子与
光电检测技术——棱镜式光谱仪原理
第十二章 光谱检测原理及应用 （光谱学与光谱分析） 光谱仪器是光电仪器的重要组成部分。它是用光学原理，对物质的结构和成份等进行测量、分析和处理的基本设备，具有分析精度高、测量范围大，速度快等优点。它广泛应用于冶金、地质、石油、化工、医药卫生、环境保护等部门；也是军事侦察、宇宙探索、资源和水文探测等必不可少的遥感设备。 §12—1 棱镜式光谱仪原理 一． 光谱棱镜的分光原理 1． 棱镜色散公式 1665年牛顿发现了光的色散现象，他令一束平行的白光通过一块玻璃棱镜， 在棱镜后的屏幕上得到一条彩色光带。这就是最原始的色散模型。 如图12－1所示是通光棱镜主截面的光路图。 它是一个顶角为α的等腰三角形棱镜。光束的入射方向和出射方向的夹角θ为偏 向角。 折射定律为 n 0Sini 1=n Sini 1' n 0Sini 2'= n Sini 2 如果棱镜置于空气中，n 0≈1，则（1 Sini 1=n Sini 1' Sini 2'= n Sini 2 ----------(2) 如图可见 α= i 1'+ i 2 ----------(3) θ=（i 1- i 1'）+（i 2'- i 2） = i 1+ i 2'-( i 1'+ i 2) = i 1+ i 2'-α ----------(4) 将折射角与入射角的关系式（2）代入上式得 αθ-+=)sin arcsin(21i n i αα-??? ? ????????-+=)sin 1arcsin(sin arcsin 11i n n i ----------(5) 由（5）式可见，对于α角已定的光谱棱镜，当入射角i 1不变时，偏向角θ是折射率n 的函数。又因为n 是波长λ的函数，所以θ随波长的不同而不同。一束白光经棱镜后，各波 图12－1
(完整版)光学仪器基本原理习题及答案
第四章 光学仪器基本原理 1．眼睛的构造简单地可用一折射球面来表示，其曲率半径为5.55mm ，内部为折射率等于4／3的液体，外部是空气，其折射率近似地等于1。试计算眼球的两个焦距。用右眼观察月球时月球对眼的张角为1°，问视网膜上月球的像有多大？ 解；眼球物方焦距；当s ’=∞时，f=﹣5.55／﹙4／3﹣1﹚=﹣16．65㎜=﹣1．665㎝ 眼球的象方焦距：f ＇=s ＇=mm 2.2213455.534 =-? 当u=1°时，由折射定律n 1sinu 1=n 2sinu 2 U 1=1°n 1=1,n 2=4∕3 像高l ＇=f ＇tanu 2=f ＇sinu 2=f ＇×3∕4 sin1o =22.2×3∕4×0.01746=0.29mm 2．把人眼的晶状体看成距视网膜2㎝的一个简单透镜。有人能看清距离在100㎝到300㎝ 间的物体。试问：⑴此人看清远点和近点时，眼睛透镜的焦距是多少？⑵为看清25㎝远的物体，需配戴怎样的眼镜？ 解：人眼s ＇=2cm. S 1=100cm.s 2=300cm 近点时透镜焦距'f =21002 100+?=1.961cm 远点时透镜焦距f ＇=23002 300+? =1.987cm 当s =﹣25cm 时s '=﹣100cm ﹦﹣1m 34125.0100.1111=+-=---=-'= Φs s D 300=度 3．一照相机对准远物时，底片距物镜18㎝，当镜头拉至最大长度时，底片与物镜相距20 ㎝，求目的物在镜前的最近距离？ 解：.18.0m f =' m s 20.0=' 照相机成像公式： f s s '=-'1 11 556.020.01 18.01111-=+-='+'-=s f s m s 8.1-= 目的物在镜前的最近距离为m 8.1
光电检测技术
光电检测技术总结 经过一学期的光电检测技术课程的学习，我们大致上了解了光电检测技术有许多方面的知识，按照传感器、转换电路、检测装置划分排列。接下来我们来仔细探讨一下究竟有什么值得我们学习的。 首先是光电技术的定义。何为光电技术？光电检测技术是以激光、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，或进入计算机处理，最终显示输出所需要的检测物理参数。其中检测和测量有一些不同的地方：检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或是否存在。测量：将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。而光电检测技术的应用存在在生活中的每一个部分。比如人的视觉功能，人眼是一个直径为23mm的近似球体，眼球前方横径为11mm的透明角膜具有屈光作用，角膜后的虹膜中央有称为瞳孔的圆孔，它可以扩大或缩小以调节进入眼球的光亮。虹膜后的水晶体相当于光学系统中的透镜，其直径为9mm。在眼球的后方有视网膜，这是光学细胞和杆状细胞，它们和视网膜上的其他细胞组成的微小感光单元。这些感光单元接收光刺激后转化为神经冲动，经视神经传导到大脑的高级视觉中枢，从而产生亮度和彩色的感觉，同时也形成有关物体状和大小的判断。因此，人眼是一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器。正好光学仪器是人眼的视觉扩展，通过利用光辐射的各种现象和特性，摄取信息实现控制的有力工具，它是人类视觉参与下才能工作的。光学仪器一共在人类视觉上做出了以下的扩展：1、时间上扩展，可以通过摄像机记录过去的样子；2、空间上的扩展，通过地球卫星观看世界个地的样貌；3、识别能力的扩展，通过放大镜和显微镜我们能够观测到人眼看不见的细微东西。 光电检测系统由哪些东西组成？典型的光电仪器包括了精密机械、光学系统、光电信号传感器、电信号处理器和运算控制计算机以及输出显示设备等环节。各种环节分别实现各自的职能，组成光、机、电的综合系统。一个典型的光电检测系统的组成由辐射源开始，依次为传输媒质、检测目标、光学系统、光点检测器件、信息处理、输出设备。其中辐射源通过传输媒质由对象空间进入到光电系统。
光电检测技术课程作业及答案(打印版)
思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接
收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：
光电检测技术知识点
1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光生伏特效应）。 2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。结构特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中 3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。 4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光生伏特模式）。 5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。 6、固体成像器件（CCD）主要有两大类，一类是电荷耦合器件（CCD），另一类是（SSPD）。CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD（表面沟道电荷耦合器件）是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输 7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。 8、场致发光有（粉末、薄膜和结型三种形态。 9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极（PEA）和负电子亲合势光电阴极（NEA），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。 10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。 11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。 12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。 13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。 14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。 15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。 16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力，决定了能被传播的光束的半孔径角 17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。
《光电仪器原理与设计》
《光电仪器原理与设计》 MEA04007 本课程是一门专业技术课，适合于近测控技术与仪器，光学工程类各专业。本课程的目的是通过光电仪器原理与设计课程的学习，培养学生光电仪器原理分析、仪器使用和仪器系统设计能力。 本课程的任务是使学生以现有光、机、电、算基础知识为起点，通过常用光电仪器工作原理及设计原则的理论和方法的学习，从普遍规律和具体经验两方面提高对于光电仪器原理和设计的认知和掌握；熟知常用光电仪器的工作原理；掌握光电仪器重要组成部件的结构、功能及参数设计方法；培养学生进行总体设计的能力；为后续课程的学习和工程设计奠定理论基础和工程实践基础。 《Optoelectronic Instrument Principle and Design》 MEA04007 The objective of this course is to familiarize students with principles and basic design methods of commonly used optoelectronic instruments. Students will be trained to master the operating procedure of the instruments, distinguish the structure and function of each component, and present preliminary results of both overall design and parameter design. This course starts from basic physical principles adopted in optoelectronic instruments, and covers accuracy analysis of measuring instrument and modern instrument design methods such as ergonomics or optimum design. The focused functional contents include light sources, optical elements, detectors and metrical standards. Micro displacement technology for precision instruments and common alignment schemes are also introduced. Examples of conventional instruments like interferometers or microscopes are proposed to train the students to solve specific practical problems.
光电探测技术发展概况
光电探测技术发展概况 学号：20121226465姓名：熊玉宝 摘要:本文扼要论述光电探测技术重要性，并简要地介绍了光电探测技术的几种主要方法及发展趋势。 关键词:光电；探测；技术 光电探测技术是根据被探测对象辐射或反射的光波的特征来探测和识别对象的一种技术，这种技术本身就赋予光电技术在军事应用中的四大优点，即看得更清、打得更准、反应更快和生存能力更强。 光电探测技术是现代战争中广泛使用的核心技术，它包括光电侦察、夜视、导航、制导、寻的、搜索、跟踪和识别多种功能。光电探测包括从紫外光（0.2～0.4μm）、可见光（0.4～0.7μm）、红外光（1～3μm，3～5μm，8～12μm）等多种波段的光信号的探测。 新一代光电探测技术及其智能化，将使相关武器获得更长的作用距离，更强的单目标/多目标探测和识别能力，从而实现更准确的打击和快速反应，在极小伤亡的情况下取得战争的主动权。同时使武器装备具有很强的自主决策能力，增强了对抗，反对抗和自身的生存能力。实际上，先进的光电探测技术已成为一个国家的军事实力的重要标志。 现代高技术战争的显著特点首先是信息战，而信息战中首要的任务是如何获取信息。谁获取更多信息，谁最早获取信息，谁就掌握信息战的主动权。光电探测正是获取信息的重要手段。微波雷达和光电子成像设备常常一起使用，互相取长补短，相辅相成，可以获取更多信息，可以更早获取信息。前者作用距离远，能全天候工作；后者分辨率高，识别能力和抗干扰能力强。无论侦察卫星、预警卫星、预警飞机还是无人侦察机往往同时装备合成孔径雷达和CCD相机、红外热像仪或多光谱相机。为改进对弹道导弹的预警能力，美国正在研制的天基红外系统（SBIRS）拟用双传感器方案，即一台宽视场扫描短波红外捕获传感器和一台窄视场凝视多色（中波/长波红外、长波红外/可见光）跟踪传感器，能捕获和跟踪弹道导弹从发射到再入大气的全过程。美国已经装备并正在不断改进的CR-135S眼镜蛇球预警机，采用可见光和中波红外像机，能精确测定420km外的导弹发射，确定发动机熄火点，计算出它的弹道和碰撞点。最近在上面加了一台远程激光测距机，其作用距离可达400km。美国海军也在为战区弹道导弹防御
《光电仪器系统设计》期末复习
《光电仪器系统设计》复习 注：以下题目的答案仅供参考，部分题目的答案可能不够完整与严格。 第一章概论 一、什么是光电仪器，其基本作用有那些？ 以光学原理为基础，综合采用电子、计算机、机械等其他技术的各类仪器，用于对物质实体及其属性进行观察、监测、测定、验证、传输、变换、显示、分析处理与控制。 二、光电仪器的基本构成包括哪几部分，涉及哪些内容？ 光电仪器的构成——三大部分 ●机械部分：仪器的传动机构、联接机构、调整机构和壳体等 ●电子与微机控制部分：各种电子线路、照明、显示和计算机控制等 ●光学部分：由各种透镜、棱镜、平面镜、光栅和光纤等元件组合而成 三、光电仪器设计的指导思想是什么？ (1) 仪器的性能指标确定要合理，综合考虑应用场合和整体性能 (2) 经济性：不盲目追求复杂、高级方案，尽可能采用最简单、最经济的设计方案满足所提出的功能要求。 (3) 可靠性：可靠性差，就没有使用价值。 (4) 环保与安全性：不污染环境，对操作人员没有伤害。 (5) 效率：尽可能提高测量速度 (6) 寿命：充分考虑器件的寿命，易耗元件的更换，维护的方便。 (7) 封装和造型：总体结构安装、部件建的造型、细部美化等都要考虑，尽量使产品。 (8) 操作方便：操作要符合人们的习惯，尽可能节省人的体力和脑力。 四、光电仪器设计的原则是什么？ (1) 从原理上提高性能的原则 (2) 精度匹配原则：在分析基础上，对各部分精度分配恰当 (3) 最短传动链原则：影响精度的测量和传动链最短，零部件最少 (4) 零部件的标准化、系列化和通用化原则
(5) 便于加工和生产的原则 (6) 最佳性价比的原则 五、光学仪器如何进行分类？ ①按光学工作原理： ●反射原理：采用各种反射镜及其组合：潜艇观察镜、反光镜等 ●成像原理：显微、望远、投影、照相、OCT等 ●物理光学：干涉、衍射、偏振等 ●导波光学：纤维光学和波导光电仪器等 ②按经典光学应用分类： ●观察仪器：望远镜、显微镜等 ●测量仪器：测距仪、干涉仪、OCT等 ●瞄准： ●摄像：照相机 ③按光谱波段分类： ●可见光仪器：目视光学仪器、可见光成像仪器 ●红外光学仪器：红外夜视仪器、空间红外探测仪器 ●紫外光学仪器：紫外成像仪器、光刻机器 ④按现代光学用途分类： ●民用光电仪器：普通目视光学仪器、可见光成像仪器、CCD观察及成像仪器等 ●军用光电仪器：观测仪器、头盔夜视仪、空间红外探测仪器、各种军用装备等 ●空间光电仪器：飞机机载光电仪器、卫星光电仪器 六、光学仪器设计包括哪些程序？ (1) 确定设计任务：根据用户需求、发展要求来确定 (2) 调研：了解国内外同类产品、性能和特点 (3) 分析设计任务，制定设计任务书 (4) 方案设计： ①实现功能分析；
光电检测技术在机械设计中的应用与发展(DOC)
《光机电检测技术》 结课论文 光电检测技术在机械设计中的应用
摘要：本文通过对光电检测基本原理的描述，通过讨论了光电检测技术在印刷机，包装机械，洗衣机当中的应用，论述了在工艺上应该注意的问题。 关键词：光电检测，机械 前言：检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是当今检测技术发展的主要方向。光电检测技术是以激光、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。 1.光电检测的基本原理 图1 光电检测系统主要由投光器(光源)、受光器、信号处理装置等组
成。根据受光器所感知的信号判断被测对象的有无、形状、方位和颜色时,按投光器和受光器的相对位置不同可分为反射型和透过型两种型式,见图2。作为光电检测媒介的光可以是自然光如白炽灯、萤光灯或卤素灯发出的光。随着光电技术的发展,现常用的是一种特殊的经过调制的光,它是反光二极管在电压作用下发出的光。因为半导体没有热惯性,可以在通电的瞬间发光,并且可发出与电流波形相同的光,这大大提高了其抗干扰能力。投光器发出的光采用不同形式接触被测物后照射在受光器上,而受光器是在光照射下产生电流(或电导率发生变化),即所谓的具有光电效应的光敏元件,常用的有光电二极管和光电三极管。光电二极管的PN结在没有光照时和普通二极管一样具有单向导电性,使用时处于反向偏置;光线照射管芯,会产生光生载流子,在反向电压作用下,生载流子导电产生光电流,即随入射光强度的变化在负载电阻的两端就会产生随光强度变化的光电压,经检波、放大处理去推动控制系统。 图2 2.光电检测在机械设计中的应用
光电检测技术与应用-郭培源-课后答案
光电检测技术与应用课后答案 第1章 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用： 家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度 检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检 测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制 困难，故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而 对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征 有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会 不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民 币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞 票的荧光反映，可判别钞票真假。 （4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器 的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
光电仪器课程设计
西安工业大学 课程设计论文 课题名称:__光电仪器课程设计____ 姓名: 学号: 专业: 学院: 指导老师： 时间：
目录 第一章引言------------------------------------------------------------------------------------------（1）1．1 国内外测径的主要方法-------------------------------------------------------------（1） 1.1.1 扫描阴影法--------------------------------------------------------------------------（1） 1.1.2 投影放大法--------------------------------------------------------------------------（2） 1.1.3 衍射法---------------------------------------------------------------------------------（3） 1.1.4 双光路成像法------------------------------------------------------------------------（4） 1.2 国内外光电测径系统的发展现状-------------------------------------------------（4）第二章细丝直径测量仪方案设计与系统分析--------------------------------------------（5）2．1 课题的方案设计-----------------------------------------------------------------------（5）2．2 细丝直径测量仪的工作原理--------------------------------------------------------（6）第三章光学系统系统设计------------------------------------------------------------------------（7）3．1照度匹配-----------------------------------------------------------------------------------（7）3．2照明方法-----------------------------------------------------------------------------------（8）3．3．照明系统的设计原则----------------------------------------------------------------（9）3．4 光源的选择及分析-------------------------------------------------------------------（11）3．5像系统分析-----------------------------------------------------------------------------（13）3．5．1成像物镜的设计--------------------------------------------------------------（13） 3．5．2 CCD镜头的选择-------------------------------------------------------------（14）第四章精度分析-----------------------------------------------------------------------------------（14）4．1系统误差分析----------------------------------------------------------------------------（14）4．1．1本系统中包含的误差-------------------------------------------------------（14） 4．1．2减小误差的措施--------------------------------------------------------------（16）第五章总结-------------------------------------------------------------------------------------------（17）5．1投影法测量系统的特点--------------------------------------------------------------（17）5．2结束语--------------------------------------------------------------------------------------（17）第六章致谢和参考文献------------------------------------------------------------------------（19）
光电检测技术的现状及发展趋势
光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。本文从光电检测技术本身特点出发，分析其发展现状及发展趋势。 一、光电检测技术的概述 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。 光电检测的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 光电检测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，它具有高精度、高速度、远距离、大量程、非接触测量等特点。 二、光电检测技术的发展现状
光电检测原理与技术
一 填空题20分，每空1分 1波长在__________-的是红外辐射。通常分为_______、_______和远红外三部分 2辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足公式_________________,式中I e 0是面元 dS 沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为__________,也称为朗伯体。 3光辐射普遍形式的波动方程t J t P t E E ??-??-=??+???? μ μμε22220中，方程右边两项分别由________与________引起。 4 KDP 晶体沿z 轴加电场时，由________变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕________轴旋转了45度角，此转角与外加电场的大小______，其折射率变化与电场成_______。 5 KDP 晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：其中一项与外加电场无关，是由晶体本身__________引起的；另一项为电光效应_________。 6考虑到声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L 满足条件___________,会产生多级衍射，否则从多级衍射过渡到单级衍射。 7要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，光束调制按其调制的性质可分为______、______、______及强度调制等。 8依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为________、________和________三类。 二 简答题，共30分，每题6分 1光电探测器性能参数包括哪些方面。 2 光子效应和光热效应。 3 请简要说出InSb 和PbS 光敏电阻的特性。 4 为什么说光电池的频率特性不是很好? 5 直接光电探测器的平方律特性表现在哪两个方面? 三 推导证明，共10分，每题5分 1 已知热电晶体极板面积为A ，热电系数为β，负载电阻为R L ，热敏元件的吸收系数为α，热导为G ，且温度变化规律为t i Te T T ω?+?=0。证明热释电探测器的电压灵敏度为()() 222211H c L u G R A R τωτωαβω++=。 2已知光电二极管的反偏压V 及最大入射光功率P ，器件的暗电导为g,临界电导为g ’，器件 光点转换灵敏度为S ，证明合理的负载电阻为：SP g SP g g V R L ''1-???? ??-=。（画出线性化处理后的伏安特性曲线） 四 分析、计算题，共40分，每题10分 1 已知热敏器件的受光面为100mm 2,频率响应范围Δf 为1H Z ，器件初始温度为300K ，发射率为ε为100%，试推导并估算此热敏探测器的最小可探测光功率。（σ=5.67×10-12J/cm 2K 4,k B =1.38×10-23J/K ） 2输入信号U in 经过二极管整流后，输出信号为U ou =KU in ，现有一按正弦规律变化的经过隔直处理后的调幅输入信号为：U in =（1+msin Ωt ）sin ωt,其中的m 为调制度，Ω为调制频率，ω为载波频率，经过二极管整形后并按傅里叶级数展开，得到:
光电检测技术在机械设计中的应用与发展
光电检测技术在机械设计中的应用与发展 摘要：本文通过对光电检测基本原理的描述，通过讨论了光电检测技术在印刷机，包装机械，洗衣机，表面粗糙度的测定当中的应用，论述了在工艺上应该注意的问题，同时展望了光电检测技术的发展趋势 关键词：光电检测机械 前言：检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是当今检测技术发展的主要方向。光电检测技术是以激光、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。光电检测在机械设计中的应用也越来越多。 1.光电检测的基本原理 光电检测系统主要由投光器(光源)、受光器、信号处理装置等组成。根据受光器所感知的信号判断被测对象的有无、形状、方位和颜色时,按投光器和受光器的相对位置不同可分为反射型和透过型两种型式,见图1。作为光电检测媒介的光可以是自然光如白炽灯、萤光灯或卤素灯发出的光。随着光电技术的发展,现常用的是一种特殊的经过调制的光,它是反光二极管在电压作用下发出的光。因为半导体没有热惯性,可以在通电的瞬间发光,并且可发出与电流波形相同的光,这大大提高了其抗干扰能力。投光器发出的光采用不同形式接触被测物后照射在受光器上,而受光器是在光照射下产生电流(或电导率发生变化),即所谓的具有光电效应的光敏元件,常用的有光电二极管和光电三极管。光电二极管的PN结在没有光照时和普通二极管一样具有单向导电性,使用时处于反向偏置;光线照射管芯,会产生光生载流子,在反向电压作用下,生载流子导电产生光电流,即随入射光强度的变化在负载电阻的两端就会产生随光强度变化的光电压,经检波、放大处理去推动控制系统。
医学仪器原理及设计试题库(2016)
一、简答题 第一章 1、简述医疗器械的定义。 指那些单独或组合应用于人体的仪器、设备、器具、材料或其它物品，包括所需要的软件； 2、简述生物医学信号的基本特征。 不稳定性非线性概率性 3、简述医疗仪器的特殊性。 噪声特性、个体差异与系统性、生理机能的自然性、接触界面的多样性 操作与安全性 4、画出医学电子仪器的结构框图，简述各组成部分的作用 （1）被测量（被测对象）：需要医学仪器测量的人体的物理量、化学量、特性和状态等。 （2）传感器：传感器是将一种能量转换成另一种能量的器件。 （3）生物信息的处理：为了从检测到的信号中获得更多的有用信息，同时使信息的特征更明确、更 准确、更直观 （4）生物信息的记录与显示系统：记录显示，供人可直接观察 5、简述医学仪器的主要技术指标。 准确度：衡量仪器测量系统误差的一个尺度 精密度：指仪器对测量结果区分程度的一种度量 输入阻抗：外加稳态作用力输入变量X1 （如电压、力、压强等）与相应稳态流速输入变量X2 （如电流、速度、流量等）之比为仪器的输入阻抗。 灵敏度：指输出变化量与引起它变化的输入变化量之比。 频率响应：仪器保持线性输出时，允许其输入频率变化的范围，它是衡量系统增益随频率变化的一个尺度 信噪比：定义为信号功率PS与噪声功率PN之比 零点漂移：仪器的输入量在恒定不变（或无输入信号）和恒定条件下，输出量偏离原来起始值而上、下漂动、缓慢变化的现象 共摸抑制比：放大差模信号和抑制共模信号的能力为共模抑制比 6、简述医学仪器的设计步骤。 （1）建立生理模型（2）系统设计（3）试验样机设计（4）动物实验研究 （5）临床试验（6）医疗仪器新产品的审批和注册
光电检测技术的发展及应用
新世纪献辞 光学?激光是知识创新体系的重要一环 李景镇 (深圳大学科技研究院,深圳 518060) 1 20世纪的光学创新在人类知识创新上有特殊重要的地位 ?普朗克从黑体辐射的研究中提出了辐射能量子化理论,随之出现的量子力学、量子物理、量子化学、量子生物学,等等,是人类认识微观世界的基础。 ?爱因斯坦明确提出了光量子理论,光量子的能量E=ν,根据迈克尔逊光干涉实验导致了狭义相对论的出现,形成了新的时空概念及推导出质能互换定律E=mc2; 玻尔在光谱学的成就和量子理论的指导下,提出子氢原子的光谱理论,导致了对原子、分子结构的了解; ?爱因斯坦1917年提出原子系统中不仅有自然辐射,而且有受激辐射,受激光辐射是激光的理论基础;1954年,T.H. Townes发明了NH3受激辐射的微波放大器;1960年,T.H. Maiman做出了红宝石激光器。激光的发现,是人类科学技术发展史上的一次重大突破; ?半导体物理在导致科技进入信息时代的同时,也为光电器件及光信息技术开辟了途径; ?光纤通信,是人们进入信息时代的重大突破; ?超分辩显微术,特别是扫描探针技术,使人们进入观察、操纵,重组原子成为现实; ?超大天文望远镜,特别是哈勃空间望远镜,大大提高了人们认识宇宙的深度、广度; ?光合作用的研究,等等。 这些重大的突破和创新,正是知识创新体系中最重要的源泉,在创新体系中属于最高层次。 2 光学知识本身的知识创新 主要体现在光学到光子学的飞跃,正像电学到电子学的飞跃。光子学是研究光子的产生,运动和转化的科学,侧重于从微观的角度来研究它的属性。完成光学到光子学飞跃的重大突破和进展主要有: ?半导体超晶格概念和理论的提示,半导体超晶格激光器、量子阱、量子线和量子点激光器的出现; ?微腔量子电动力学效应的发现和垂直腔面发射激光器的问世,是光子学理论和器件的重大突破,是光集成的基础; ?非线性导波光学的发展,导致了光通信技术上的三大突破;孤子激光器和光孤子传输,光纤放大器,和波分复用技术; ?光子材料和光子器件的发展,光子晶体的研究正出现突破,光子晶体的研究与上个世纪半导体的研究有着同样重大的意义; ?光存储和广义三维光存储的进展; ?光双稳、光互联和光子计算机的进展; ?量子光学的进展,量子纠缠态、量子通信和量子计算机已初见端倪,等等; 3 激光在知识和技术创新体系中居于重要地位和光纤技术一道是光子学的主要依托,将在下世纪———光子世纪担纲重要的角色,关于激光的历史作用,王大珩院士有一段精辟的论述: “60年代激光的问世,堪称本世纪物理学重大进展之一,是光学方面具有革命意义的重大突破。基于它所具有的前所未有的性质,对于光的本质,以及光与物质相互作用都具有划时代的认识。我们知道,X光在研究物质上将近一个世纪,还有其生命力,还用以研究较复杂的分子(生物分子),而激光所开辟的研究物质动态及反应的手段,它的生命力将更长,必将成为即将到来的下个世纪(21世纪)的重要科学研究对象”。激光是创新体系中的重要一环。 光电检测技术的发展及应用 钟丽云 (昆明理工大学激光研究所,昆明 650051) 检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作 用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代 光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰 能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是 当今检测技术发展的主要方向。 利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史, 由台曼干涉仪到莫尔条纹,然后到散斑,再到全息干涉,出现了 一个个干涉场,物理量(如位移、温度、压力、速度、折射率等)的 测量不再需要一个个的测量,而是整个物理量场一起进行。 自从激光出现以后,电子学领域的许多探测方法(如外差、 相关、取样平均、光子计数等)被引入,使测量灵敏度和测量精 度得到大大提高。光纤技术的出现,由于光纤能控制光束的传 播路径,使调制的方法增多,接收更为方便,同时它能进入物体 内部,扩大了测量范围,提高了测量精度,甚至可以事先铺设在 各种建筑物内部,作实时监测和自动控制等。 CCD固体摄像头的出现 ,由于它是成像的,又很容易和计 算机连接,利用图像处理技术,可以提高测量的信噪比,并扩大 测量范围,目前它正全面地改造着传统的光学测量方法;由于 它的高分辨率,可以直接用于物体外部尺寸,轮廓以及位移和 有关物理量的测量。由于图像具有非常高的信息量,特别是彩 色CCD,在遥感技术和光纤传感技术中也得到普遍应用。 利用光与物质的相互作用,如激光致超声、激光热效应等 新的探测方法,在无损检测中也得到广泛应用。随着科学技术 的不断发展,新的探测方法还会不断的出现。 计算机在光电检测中的应用,不但可以处理大量的测量数 据,而且还可以用于设备本身的自诊断,使设备成为真正的智 能仪器。某些传统的光学仪器,如照像机和显微镜等,由于采 用了新的光信息处理方法,而出现了富里叶光谱仪和断层摄影 与计算机成像结合的CT等许多光电子设备;将激光技术和计 算机技术相结合,出现了品种繁多的各行各业的光电子仪器设 备,如激光相位测距仪、激光多谱勒测速、干涉仪、光纤陀螺、激 光排版、激光印刷、VCD光盘以及各种激光治疗仪等。 1 《激光杂志》2000年第21卷第3期 LASERJOURNAL(Vol121,No.312000)