光电检测技术91共96页
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光电检测技术精品专业课件
血糖测试仪
三、在军事上的应用
美军研制的未来单兵作战武器
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。
四、检测技术在国防领域的应用
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系统
监测系统: 探测和发现 敌人导弹的发射并追踪 导弹的飞行轨道；
16、业余生活要有意义，不要越轨。2021/7/232021/7/23Jul y 23, 2021
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。2021/7/232021/7/232021/7/232021/7/23
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。
硅原子数百万分之一的杂质时，电导率为2 /(欧姆•厘米))
半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影 响。
本征和杂质半导体
本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。
在绝对零度时，价带中的全部量子态都被电子占据，而 导带中的量子态全部空着（半导体的共价键结构，能带、 电子、空穴对，载流子）。温度升高，导电能力增强， 电子、空穴对
光电检测技术 与应用
教材
《光电检测技术与应用》郭培源 编著 北京航空航天大学出版社
参考书目
《光电检测技术》曾光宇等编著 清华大学出版社 《激光光电检测》吕海宝等编著 国防科技大学出版社 《光电检测技术》雷玉堂等编著 中国计量出版社
目录
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
三、在军事上的应用
美军研制的未来单兵作战武器
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。
四、检测技术在国防领域的应用
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系统
监测系统: 探测和发现 敌人导弹的发射并追踪 导弹的飞行轨道；
16、业余生活要有意义，不要越轨。2021/7/232021/7/23Jul y 23, 2021
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。2021/7/232021/7/232021/7/232021/7/23
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。
硅原子数百万分之一的杂质时，电导率为2 /(欧姆•厘米))
半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影 响。
本征和杂质半导体
本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。
在绝对零度时，价带中的全部量子态都被电子占据，而 导带中的量子态全部空着（半导体的共价键结构，能带、 电子、空穴对，载流子）。温度升高，导电能力增强， 电子、空穴对
光电检测技术 与应用
教材
《光电检测技术与应用》郭培源 编著 北京航空航天大学出版社
参考书目
《光电检测技术》曾光宇等编著 清华大学出版社 《激光光电检测》吕海宝等编著 国防科技大学出版社 《光电检测技术》雷玉堂等编著 中国计量出版社
目录
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
光电检测技术PPT演示文稿
•
大。
• 改进型波导腔 FFPT
•
可通过中间光纤波导段的长度 光纤
•
来调整其自由谱区，其光纤长
•
度一般为 100 m 到 几厘米。
光纤
PZT
(a)
光纤 (b)
PZT
光纤 F－P 腔
光纤 (c)
PZT
光纤温度测量技术
光纤压力测量技术
光纤电流测量技术
光纤图像传感器
光纤图像传感器是靠光纤传像束实现图像传输的。传像束由光纤按阵列排
列而成，一根传像束一般由数万到几十万条直径为l0～20μm 的光纤组成，每
条光纤传送一个像素信息。用传像束可对图像进行传递、分解、合成和修正。 传像束式的光纤图像传感器在医疗、工业、军事部门有着广泛的应用。
⑴ 工业用内窥镜
I
光纤 载流导线
起偏器 显微物镜
激光器
光探测器
检偏器
＝ VHL V：Verdet 常数
记录显示器
光纤电流传感器原理示意图
频率调制型光纤传感器
利用外界作用改变光纤中光的波长或频率，通过检测光纤中光的波长或 频率的变化来测量各种物理量,这两种调制方式分别称为波长调制和频率调 制。波长调制技术比强度调制技术用得少，其原因是解调技术比较复杂。 光纤光栅传感器 通过外界参量对布拉格中心波长的调制来获取传感信息
fc ＝
C 2nL
T1-3 ＝ 0， T1-4 ＝ 1
f ＝ f2
或： ＝ (12)/(2nL)
Fabry－Perot 光纤干涉仪
• 光纤波导腔 FFPF
•
光纤两端面直接镀高反射膜，
•
腔长一般为厘米到米量级，因
•
此自由谱区小。
光电检测技术概论资料PPT课件
光电检测的缺点： 受光学介质的影响大（水、空气、
尘土），成本高些。
四. 光电检测技术的应用
工业生产 航空航天 民用生活 军事作战
绪论
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%
在线 测量
在流水线上，边加工，边检 验，可提高产品的一致性和加工 精度。
从亮处突然进入暗处时，最初看不清楚任何物 体，经过一定时间后，视觉敏感度才逐渐增强。
从暗处突然进入亮处时，最初只感到耀眼的光 亮，看不清物体，一段时间后才能恢复视觉。
３.人的视觉有很高的分辨能力
４. 人的视觉具有很高的辨色能力
视网膜三种视锥细胞：
三原色学说：某一波长光线作用于视网膜 时，三种视锥细胞兴奋程度不同，信息传入 中枢，产生某一颜色的视觉
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
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
光电检测系统与人操作功能比较
被测物体 手控
航空航天
民用生活
安全检查
面部 识别技术
军用作战
激光测距机、激光雷达、激光导引头、激 光陀螺、热成像系统、微光夜视仪、观瞄 系统、卫星观测系统……
单兵作战武器
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。
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系 统
尘土），成本高些。
四. 光电检测技术的应用
工业生产 航空航天 民用生活 军事作战
绪论
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%
在线 测量
在流水线上，边加工，边检 验，可提高产品的一致性和加工 精度。
从亮处突然进入暗处时，最初看不清楚任何物 体，经过一定时间后，视觉敏感度才逐渐增强。
从暗处突然进入亮处时，最初只感到耀眼的光 亮，看不清物体，一段时间后才能恢复视觉。
３.人的视觉有很高的分辨能力
４. 人的视觉具有很高的辨色能力
视网膜三种视锥细胞：
三原色学说：某一波长光线作用于视网膜 时，三种视锥细胞兴奋程度不同，信息传入 中枢，产生某一颜色的视觉
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
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
光电检测系统与人操作功能比较
被测物体 手控
航空航天
民用生活
安全检查
面部 识别技术
军用作战
激光测距机、激光雷达、激光导引头、激 光陀螺、热成像系统、微光夜视仪、观瞄 系统、卫星观测系统……
单兵作战武器
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。
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系 统
《光电检测技术》课件
生物医学
光电检测技术在生物医学领域的 应用包括光谱分析、荧光成像、 激光共聚焦显微镜等，有助于疾 病的诊断和治疗。
工业生产
光电检测技术在工业生产中的应 用包括产品质量检测、生产线自 动化控制等，可以提高生产效率 和产品质量。
光电检测技术的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，光电检测技术 将逐渐实现智能化，能够自动识别和分类
目标，提高检测精度和效率。
微型化
随着微纳加工技术的发展，光电检测器件 将逐渐微型化，能够应用于更广泛的领域
，如生物医疗、环境监测等。
高光谱成像
高光谱成像技术能够获取目标的多光谱信 息，有助于更准确地分析物质成分和状态 ，是光电检测技术的重要发展方向。
多模态融合
将多种光电检测技术进行融合，实现多模 态信息获取和分析，能够提高检测的准确 性和可靠性。
利用光电检测技术快速读取条形码的设备
详细描述
光电式条形码阅读器通过发射光源和接收装置，快速扫描条形码并将光信号转 换成电信号，实现快速、准确地读取条形码信息。广泛应用于超市、图书馆、 物流等领域，提高信息录入效率和准确性。
光电式指纹识别系统
总结词
利用光电检测技术进行指纹识别的系统
详细描述
光电式指纹识别系统通过发射光源和图像传感器，获取指纹的反射光信号，再转换成电信号进行处理。系统能够 实现高精度、高速度的指纹识别，广泛应用于身份认证、门禁控制等领域，提高安全到探测器表面时，光子与材料中的电子相 互作用，使电子从束缚状态跃迁到导带，形成光生电压或电流，从而实现对光 信号的探测。
03
常见的光伏探测器有硅、锗等。
光子探测器
光子探测器是利用光子效应制成的探测器，主要应用于紫外、可见和近红外波段的探测。
《光电检测技术》全【2024版】
能源与动力工程学院
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
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(第一章幻灯片PPT
光电检测技术(第一章幻灯 片PPT
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前言
一、光电检测技术在工业生产领域中的应用
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
光电检测系统框图
获得测量所需要 的光载波（如激
光、平行光）
被测量转换为光参量 （振幅、频率、相位、 传播方向等变化）通过 各种光学元件和光学系
统实现
光信号转换为电 信号，用各种光 电器件来完成。
17
第一章 绪论 §1.2 光电检测系统的组成和特点
二、光电检测系统的特点
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：很强的信息处理、运算和控制能力，可以将复杂信
息并行处理，用光电方法还便于信息的控制和存储，易于与计算机连 接，易于实现智能化。
18
第一章 绪论 §1.3 光电检测方法及应用发展趋势
❖ §1.3 光电检测方法及应用发展趋势 一、光电检测方法
25
第一章 重点知识总结
光电检测方法分类
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。
根据检测原理
直
差补
脉
接
动偿
冲
作
测测
测
用
量量
量
法
法法
法
将被测量的光 通量转换成电脉 冲，其参数（脉 宽、相位、频率、 脉冲数量等）反 映被测量的大小。
利用被测量与某一标 准量相比较，所得差 或者数值比可反映被 测量的大小。
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前言
一、光电检测技术在工业生产领域中的应用
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
光电检测系统框图
获得测量所需要 的光载波（如激
光、平行光）
被测量转换为光参量 （振幅、频率、相位、 传播方向等变化）通过 各种光学元件和光学系
统实现
光信号转换为电 信号，用各种光 电器件来完成。
17
第一章 绪论 §1.2 光电检测系统的组成和特点
二、光电检测系统的特点
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：很强的信息处理、运算和控制能力，可以将复杂信
息并行处理，用光电方法还便于信息的控制和存储，易于与计算机连 接，易于实现智能化。
18
第一章 绪论 §1.3 光电检测方法及应用发展趋势
❖ §1.3 光电检测方法及应用发展趋势 一、光电检测方法
25
第一章 重点知识总结
光电检测方法分类
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。
根据检测原理
直
差补
脉
接
动偿
冲
作
测测
测
用
量量
量
法
法法
法
将被测量的光 通量转换成电脉 冲，其参数（脉 宽、相位、频率、 脉冲数量等）反 映被测量的大小。
利用被测量与某一标 准量相比较，所得差 或者数值比可反映被 测量的大小。
《光电检测技术》word版
光电检测技术绪论第1节光电技术一、概述a)主要研究光与电之间的转换b)接收器件/发射器件/光电探测器件二、光电技术的发展a)半导体集成电路b)光纤传感器和光波导第2节光电技术的特点及应用一、光电系统a)光电能量系统、光电信息系统b)光电系统的主要类型（1）光-电型（应用最广泛）（2）光-电-光型（3）电-光-电型（4）光电混合型（5）电光混合型c)光电系统基本模型i.光电系统通常分为主动式和被动式两类。
ii.光接收机可以分为两种基本类型，即功率探测接收机和外差接收机。
二、光电检测所谓光电检测，指的是对光信号的调制变换和接收解调两个主要方面。
光电检测系统中信息必须经过两个基本的变换环节，调制与解调。
光电检测系统分类（1）测量检查型（2）控制跟踪型（3）图像分析型三、光电器件凡能探测某种电磁辐射（自射线到红外线）的各种电子器件，都应归入光电探测器件。
主要是固体的光电效应，就是固体中决定其电学性质的电子系统直接吸收入射光能，使固体的电学性质发生改变的现象。
例如：光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。
1、光电器件具有选择性的吸收2、光电器件器件通常具有灵敏度高，惰性小，响应速度快四、光电技术的应用和发展(1)有广泛的适用范围(2)有较高的信号检测能力(3)有较强的信息运算能力第一章光电器件的物理基础1-1 光的概念与度量学中的参量一、电磁波谱与光子能量公式二、辐射量与光度量三、辐射量与光度量的换算1、光谱量与积分量2、光谱光视效能K(λ)与光谱光视效率V(λ)四、朗伯余弦定律1-2 半导体基础知识一、半导体的能带理论1、原子能级与晶体能带2、本征半导体（I型）3、杂质半导体二、热平衡状态下的载流子三、光辐射与半导体的相互作用1、本征吸收2、非本征吸收(杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收)四、非平衡状态下的载流子1、产生与复合2、复合与非平衡载流子寿命τ五、载流子的输运1-3 光电转换的物理基础－光电效应一、光电效应辐射→电子运动状态发生变化→光电导效应、光生伏特效应、光电子发射二、光电效应分类a)外光电效应b)内光电效应(光电导效应、光生伏特效应、丹倍效应和光磁电效应)三、光电效应的物理现象（一）光电导效应a)光电导率b)本征半导体的光电导效应c)杂质半导体的光电导效应d)光电导体的灵敏度e)光电导的弛豫f)光电导的光谱分布（二）光生伏特效应⒈PN结的光生伏特效应⒉异质结的光生伏特效应⒊肖特基结的光生伏特效应4、丹倍效应5、光磁电效应（三）光电发射效应1、光电发射原理2、光电发射的基本定律3、光电发射长波限上述探测器件所依据的物理效应的共同特性是（1）光电效应的有、无只与入射光的波长、频率有关，与入射光的强度无关；—光电效应的产生，唯一的取决于入射光的波长、频率以及器件的能级结构（2）光电效应的强弱既与入射光的强度有关，也与入射光的波长、频率有关。
光电检测技术ppt课件
精选PPT课件
25
本课程的学习内容
光电检测器件的物理基础 光电检测器件的工作原理和特性及
其应用 光电直接和外差检测系统 光纤传感检测技术 光电信号的数据采集与微机接口
精选PPT课件
26
第二章 光电检测技术基础
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27
光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
精选PPT课件
12
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)
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
精选PPT课件
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光电检测系统
光电检测技术以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，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。
在纯净的半导体中掺入一定的杂质，可以显著地控制半 导体的导电性质。
掺入的杂质可以分为施主杂质（磷）和受主杂质（棚）。 施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子，同
时向导带提供电子，使半导体成为多数载流子为电子的 n型半导体。 受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子，同 时向价带提供空穴，使半导体成为多数载流子为空穴的 p型半导体。
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有下列关系:
zbtan
tanf'/x' zbf'/x'
z
β
激光器
f′
b
x′
图7-16 三角法原理示意图
特点： 非接触、不易划伤表面、结构简单、测量距离大、 抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高
精度：光学元件本身的精度、环境温度、激光束的光强和直 径大小以及被测物体的表面特征
应用：
厚度测量
t tCW tCC W c R c R c2
图1
Sagnac原理图
由于环路面积
AR2
，则
t
4A
c2
亦即有光程差：L 4A c
在光学干涉型陀螺中，与 L
相应的非互易相移（相位差）
为：2L8cA（1）
在光学谐振型陀螺中，与 L
相应的非互易相移（频率差）
为： LL4LA （2）
即顺时针行波和逆时针行波的频率差
主要内容
一、视觉检测技术 二、光纤测量技术 三、激光测量技术 ** 四、衍射测量技术 **
视觉检测技术
1、什么是视觉检测技术? 2、视觉检测系统的组成? 3、视觉检测系统的应用? 4、视觉检测系统涉及的技术? 5、视觉检测技术的现状和发展前景?
光纤测量技术
1、什么是光纤? 2、光纤传输光的原理和主要特性？ 3、光纤有哪些主要的应用？ 4、光纤在测量方面有哪些主要的技术？其基本的操作原
3、激光外差干涉测量技术
4、激光扫描测量、扫描定位与扫描跟踪
视觉检测技术
相对运动
视觉检测技术
一、应用 领域：工业、农业、 航天、军事等
1、工业检测 (1) 零件的识别与定位 • 自动连接引线、对准 芯片和封装； • 自动安装部件，自动 焊接或自动切割加工、 自动浇注系统等。
例：双目立体视觉检测系统
(a) 参考表面：两传感器同向 --- 减小偏心误差 (b) 相对测量：两传感器反向，无参考表面
--- 克服钢板本身上下起伏造成的误差
测量范围：16mm左右；相对测量精度：0.1% ~ 0.2% 适用：在线测量钢板/铝板等板材厚度 特点：测头对表面颜色和纹理变化以及背景光的影响不敏感
不能测量镜面 --- 漫反射原理
激光干涉测量系统
单频激光干涉系统
激光干涉仪
斐索干涉仪检验表面缺陷
球面曲率半径测量
等倾
等厚
条纹
条纹
1、激光干涉测长技术
双频激光干涉测量系统
2、共光路激光干涉测量技术
什么是”共光路干涉仪?” 干涉仪中测量光束和参考光束经过同一光路! 1)斐索共路干涉仪 2)米勒干涉仪 3)散射板干涉仪 4)错位式干涉仪
从而消除“闭锁” 产生的根源； 6) 属有源谐振型激光陀螺，具有气体激光陀螺精度高的优点。
气体激光陀螺环型谐振腔
合光棱镜
五镜腔环形固体激光器
LD泵浦的激光陀螺的方案
D BS
O M3
LD
P1
C
M2
L1
M1
G
E1 E2
P2 L2
LD—激光二极管 C—制冷器 P1、P2—整形棱镜 L1—扩束镜 L2—聚焦透镜 M1、M2—球面镜反射镜 M3—平面反射镜 O—光学延时器 BS—分束片 G—增益介质( Nd:YVO4晶体) D—光电探测器 E1—LD驱动电路 E2—制冷器电路
激光 1、光学陀螺的工作原理（Sagnac效应）
在圆形环路（周长 L2R）中
光程差 LLCWLCCW （或时间差 t tCWtCCW）
LCW 2RR tCW LCC W2RR tCCW
因
LCWctCW LCCWctCCW
有时间差 t
2R 2R 4R 2
2）相位差测距法 激光束调制 --- 相位差 --- 时间 --- 距离 特点：测量精度高、分辨力强
c c
D
20 4f0
3）激光三角法
原理：
y = f (x)
x y
激光测距产品 Keyence 激光测距传感器
§7-2 三角法测试技术
2.1 三角法测试技术基础
在上述的三角法测量原理中，要计算被测面的位移量，需 要知道距离a，而在实际应用中，一般很难知道a的具体值， 或者知道其值但准确度也不高，影响系统的测试准确度。 实际应用中可以采用另一种表述方式，如图所示
B E [W/c( m 2s)r] S t
激光测距系统 --- 大范围远距离测距（几千/几十千米）
1）脉冲测距法 激光短脉冲信号（激光器 被测目标）
距离 dct/2
测量精度：时间间隔测量精度（脉冲窄、响应速度快）
远距离 --- 固体/二氧化碳；近距离 --- 半导体 巨脉冲激光器 --- 地球—月球距离（分辨力：1m）
光学陀螺的优势
1) 性能稳定，抗干扰能力强，不受载体运动加速度的影响； 2) 测量动态范围（比机械陀螺仪）宽； 3) 标定因数线性度和稳定性高； 4) 输出信号数字化，与计算机结合方便； 5) 无高速转动部件，可直接附着于运动载体上。
气体激光陀螺
LD泵浦的固体激光陀螺的优点
1) 增益大，易小型化； 2) LD工艺成熟，性能稳定，电光转化效率高； 3) 全固态陀螺，宜长期贮存，温度效应弱； 4) 对反射镜的镀膜工艺要求低，生产成本低； 5) 激光谐振腔内可以加入锁模光学元件，工作于短脉冲模式，
理是什么？
激光测量技术
1 激光干涉测长技术 2 共光路激光干涉测量技术 3 激光外差干涉测量 4 激光扫描测量、扫描定位和扫描跟踪
激光器
20 世纪激光、光纤、全息、光存储、光记录、光显示等的发明，给我 们带来光通信、因特网、光盘等技术，使我们在21世纪迈向光子时代。 如果没有20世纪光学的巨大进步，也就没有今天信息社会的到来。 激光器的发明(1960年)是20世纪的重大成就之一是继原子能、半导体、
计算机后的又一重大发明 计算机延伸了人的大脑
而激光延伸了人的五官 是探索大自然奥秘的超级“探针”
激光开始了光学一场新的革命
它使近代光学和电子学联姻，诞生了光电子学，使传统光学、近代光学 进入现代光学和光子学的新世纪；激光已经改变和正在改变我们的生活。
激光的基本物理性质
激光的方向性 激光的高亮度 激光的单色性 激光的相干性
——简单视觉的机器人系统
芯片定位 (2) 零件尺寸的在线测量
钢板厚度的在线测量 (3) 零件外观及内部缺陷检测
例：木料检测：缺陷、体积 (4) 产品分类、分组
苹果分级、分色、配色 (5) 产品标识、编码识别
zbtan
tanf'/x' zbf'/x'
z
β
激光器
f′
b
x′
图7-16 三角法原理示意图
特点： 非接触、不易划伤表面、结构简单、测量距离大、 抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高
精度：光学元件本身的精度、环境温度、激光束的光强和直 径大小以及被测物体的表面特征
应用：
厚度测量
t tCW tCC W c R c R c2
图1
Sagnac原理图
由于环路面积
AR2
，则
t
4A
c2
亦即有光程差：L 4A c
在光学干涉型陀螺中，与 L
相应的非互易相移（相位差）
为：2L8cA（1）
在光学谐振型陀螺中，与 L
相应的非互易相移（频率差）
为： LL4LA （2）
即顺时针行波和逆时针行波的频率差
主要内容
一、视觉检测技术 二、光纤测量技术 三、激光测量技术 ** 四、衍射测量技术 **
视觉检测技术
1、什么是视觉检测技术? 2、视觉检测系统的组成? 3、视觉检测系统的应用? 4、视觉检测系统涉及的技术? 5、视觉检测技术的现状和发展前景?
光纤测量技术
1、什么是光纤? 2、光纤传输光的原理和主要特性？ 3、光纤有哪些主要的应用？ 4、光纤在测量方面有哪些主要的技术？其基本的操作原
3、激光外差干涉测量技术
4、激光扫描测量、扫描定位与扫描跟踪
视觉检测技术
相对运动
视觉检测技术
一、应用 领域：工业、农业、 航天、军事等
1、工业检测 (1) 零件的识别与定位 • 自动连接引线、对准 芯片和封装； • 自动安装部件，自动 焊接或自动切割加工、 自动浇注系统等。
例：双目立体视觉检测系统
(a) 参考表面：两传感器同向 --- 减小偏心误差 (b) 相对测量：两传感器反向，无参考表面
--- 克服钢板本身上下起伏造成的误差
测量范围：16mm左右；相对测量精度：0.1% ~ 0.2% 适用：在线测量钢板/铝板等板材厚度 特点：测头对表面颜色和纹理变化以及背景光的影响不敏感
不能测量镜面 --- 漫反射原理
激光干涉测量系统
单频激光干涉系统
激光干涉仪
斐索干涉仪检验表面缺陷
球面曲率半径测量
等倾
等厚
条纹
条纹
1、激光干涉测长技术
双频激光干涉测量系统
2、共光路激光干涉测量技术
什么是”共光路干涉仪?” 干涉仪中测量光束和参考光束经过同一光路! 1)斐索共路干涉仪 2)米勒干涉仪 3)散射板干涉仪 4)错位式干涉仪
从而消除“闭锁” 产生的根源； 6) 属有源谐振型激光陀螺，具有气体激光陀螺精度高的优点。
气体激光陀螺环型谐振腔
合光棱镜
五镜腔环形固体激光器
LD泵浦的激光陀螺的方案
D BS
O M3
LD
P1
C
M2
L1
M1
G
E1 E2
P2 L2
LD—激光二极管 C—制冷器 P1、P2—整形棱镜 L1—扩束镜 L2—聚焦透镜 M1、M2—球面镜反射镜 M3—平面反射镜 O—光学延时器 BS—分束片 G—增益介质( Nd:YVO4晶体) D—光电探测器 E1—LD驱动电路 E2—制冷器电路
激光 1、光学陀螺的工作原理（Sagnac效应）
在圆形环路（周长 L2R）中
光程差 LLCWLCCW （或时间差 t tCWtCCW）
LCW 2RR tCW LCC W2RR tCCW
因
LCWctCW LCCWctCCW
有时间差 t
2R 2R 4R 2
2）相位差测距法 激光束调制 --- 相位差 --- 时间 --- 距离 特点：测量精度高、分辨力强
c c
D
20 4f0
3）激光三角法
原理：
y = f (x)
x y
激光测距产品 Keyence 激光测距传感器
§7-2 三角法测试技术
2.1 三角法测试技术基础
在上述的三角法测量原理中，要计算被测面的位移量，需 要知道距离a，而在实际应用中，一般很难知道a的具体值， 或者知道其值但准确度也不高，影响系统的测试准确度。 实际应用中可以采用另一种表述方式，如图所示
B E [W/c( m 2s)r] S t
激光测距系统 --- 大范围远距离测距（几千/几十千米）
1）脉冲测距法 激光短脉冲信号（激光器 被测目标）
距离 dct/2
测量精度：时间间隔测量精度（脉冲窄、响应速度快）
远距离 --- 固体/二氧化碳；近距离 --- 半导体 巨脉冲激光器 --- 地球—月球距离（分辨力：1m）
光学陀螺的优势
1) 性能稳定，抗干扰能力强，不受载体运动加速度的影响； 2) 测量动态范围（比机械陀螺仪）宽； 3) 标定因数线性度和稳定性高； 4) 输出信号数字化，与计算机结合方便； 5) 无高速转动部件，可直接附着于运动载体上。
气体激光陀螺
LD泵浦的固体激光陀螺的优点
1) 增益大，易小型化； 2) LD工艺成熟，性能稳定，电光转化效率高； 3) 全固态陀螺，宜长期贮存，温度效应弱； 4) 对反射镜的镀膜工艺要求低，生产成本低； 5) 激光谐振腔内可以加入锁模光学元件，工作于短脉冲模式，
理是什么？
激光测量技术
1 激光干涉测长技术 2 共光路激光干涉测量技术 3 激光外差干涉测量 4 激光扫描测量、扫描定位和扫描跟踪
激光器
20 世纪激光、光纤、全息、光存储、光记录、光显示等的发明，给我 们带来光通信、因特网、光盘等技术，使我们在21世纪迈向光子时代。 如果没有20世纪光学的巨大进步，也就没有今天信息社会的到来。 激光器的发明(1960年)是20世纪的重大成就之一是继原子能、半导体、
计算机后的又一重大发明 计算机延伸了人的大脑
而激光延伸了人的五官 是探索大自然奥秘的超级“探针”
激光开始了光学一场新的革命
它使近代光学和电子学联姻，诞生了光电子学，使传统光学、近代光学 进入现代光学和光子学的新世纪；激光已经改变和正在改变我们的生活。
激光的基本物理性质
激光的方向性 激光的高亮度 激光的单色性 激光的相干性
——简单视觉的机器人系统
芯片定位 (2) 零件尺寸的在线测量
钢板厚度的在线测量 (3) 零件外观及内部缺陷检测
例：木料检测：缺陷、体积 (4) 产品分类、分组
苹果分级、分色、配色 (5) 产品标识、编码识别