光电检测技术_Ch01
什么是光电检测？光电检测技术介绍
什么是光电检测？光电检测技术介绍光电检测是一种物理测量技术，是指通过对物体表面上的光线、电磁波或其他电磁辐射进行检测和分析，获取物体相关的信息、性质或状态的一种检测方法。
光电检测技术具有非破坏性、灵敏度高、响应速度快等特点，广泛应用于国防、医疗、工业、交通以及生物科学研究等领域，具有广阔的应用前景。
光电检测技术主要包括以下几种类型：1. 光谱检测技术光谱检测技术是指通过对物体发出的、经过或反射的光谱进行测量和分析，确定物体成分、物质状态、色彩、温度、湿度等属性的一种检测方法。
常见的光谱检测技术包括紫外光谱、可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱等。
这些技术广泛应用于顶级研究、材料科学、食品安全、药物研发以及环境保护等领域。
2. 光电子技术光电子技术是指将光电转换效应与电子学技术相结合，制造光电子器件，实现对物体光辐射信号的识别，从而获取相关信息、性质或状态的一种检测技术。
光电子技术的主要应用包括光电传感器、光电防御、光电测量等。
其中，光电传感器是一种能够将物理量转换成为光学信号的检测技术，具有反应速度快、灵敏度高、抗干扰性能好等特点，在机器人、智能家居、汽车安全等领域得到广泛应用。
3. 光学成像技术光学成像技术是指利用物体表面反射的光线，经过光学技术的成像处理和分析，获得物体的二维或三维图像和特征信息的一种检测技术。
常见的光学成像技术包括数字摄像、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等。
这些技术广泛应用于医疗诊断、金属材料分析、标志检测、行车记录仪等领域。
4. 光学测量技术光学测量技术是指利用光学技术进行测量和分析，获得物体的尺寸、形态、位移、速度、加速度等相关物理量的一种检测技术。
常见的光学测量技术包括激光干涉测量、光学遥感测量、相位测量、散斑成像测量等。
这些技术广泛应用于机电设备检测、材料工程、建筑施工、航空航天等领域。
光电检测技术已经成为现代科学技术的重要组成部分，能够帮助人们更好地认知世界、研究科学、提高生产效率。
《光电检测技术改》课件
需要专业操作
光电检测技术需要专业的操作人 员和技术支持，对设备和实验条
件要求较高。
高成本、高维护
光电检测技术需要高精度的光学 元件和电子设备，导致成本和维
护成本较高。
对未来发展的展望和期待
微型化、集成化
随着微纳加工技术的发展，光电检测 技术将向微型化、集成化方向发展， 实现更小体积、更高精度的检测。
傅里叶变换型光电检测技术具有高分辨率、高 精度和高稳定性等优点，因此在光谱分析、激 光雷达和光纤传感等领域得到广泛应用。
04
光电检测技术的应用实例
光电测距
总结词
利用光波传播特性测量距离
详细描述
光电测距是利用光波的传播特性，通过测量光波在待测距离上往返传播的时间或 相位差，来计算待测距离的技术。光电测距具有精度高、测量速度快、抗干扰能 力强等优点，广泛应用于地形测量、航空航天、机器人定位等领域。
直接检测型光电检测技术具有结 构简单、响应速度快和易于实现 等优点，因此在许多领域得到广
泛应用。
相干检测型光电检测技术
相干检测型光电检测技术是一种利用 光的干涉现象来进行信号检测的方法 。
相干检测型光电检测技术具有高灵敏 度、高分辨率和高稳定性等优点，因 此在激光雷达、光谱分析和光纤传感 等领域得到广泛应用。
环境监测
光电检测技术用于大气 污染监测、水质监测、
气象观测等方面。
安全防范
光电检测技术用于安防 监控、红外夜视、激光
雷达等领域。
光电检测技术的发展趋势
01
02Biblioteka 0304高速化
随着工业自动化和信息技术的 快速发展，光电检测技术需要
更高的速度和响应能力。
高精度化
光电检测技术概述
光电检测技术概述光电检测技术是指利用光学和电子技术结合，通过检测光信号的特征和变化来实现对目标物体或环境的测量、监测和控制的一种技术。
光电检测技术被广泛应用于光学通信、光学测量、光学成像、光学传感、光学信息处理、光学控制等领域，具有高精度、非接触、快速响应、无污染、易自动化等优点。
光电检测技术的基本原理是利用光电器件将光信号转换为电信号，再通过电子器件进行信号处理和判定，最后通过控制单元实现对目标物体或环境的测量、监测和控制。
光电器件包括光电二极管、光电三极管、光敏电阻、光电导、光电二极管等，电子器件包括放大器、比较器、数字信号处理器、逻辑电路等，控制单元可以是微处理器、机器人等。
1.光学通信：光电检测技术在光学通信中起着关键作用，光电检测器件用于接收和检测光信号，通过电子器件进行信号处理和解码，实现信息的传输和交流。
光电检测技术在光纤通信、激光通信、无线光通信等领域得到广泛应用。
2.光学测量：光电检测技术在光学测量中可以实现对物体或环境的位置、形状、尺寸、颜色等参数的测量。
例如，在工业生产中，利用光电检测技术可以实现对产品的自动检测和测量，提高生产效率和质量；在环境监测中，可以利用光电检测技术对大气污染、水质污染等进行监测和检测。
3.光学传感：光电检测技术在光学传感中可以实现对环境参数的测量和监测。
例如，利用光电检测技术可以实现对温度、湿度、压力等物理量的测量；利用光电检测技术可以实现对气体、液体、固体等化学参数的测量。
4.光学成像：光电检测技术在光学成像中可以实现对目标物体的拍摄和图像处理。
例如，在医学影像中，利用光电检测技术可以实现对人体内部器官的成像和检测；在遥感影像中，利用光电检测技术可以实现对地球表面的成像和监测。
总结起来，光电检测技术是一种利用光学和电子技术结合的技术，广泛应用于光学通信、光学测量、光学成像、光学传感等领域。
光电检测技术具有高精度、非接触、快速响应、无污染、易自动化等优点，为现代工业生产、环境监测、医学诊断等提供了有力的技术支持。
《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1
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。
光电检测技术的应用
一、在工业生产领域的应用
了解光纤传感检测技术的原理和应用，掌握光纤的 光波调制技术。
掌握了解常用光电检测技术的测量、数据采集、处 理和转换的方法，了解所需的元器件、仪器和相关 的接口技术。
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
– 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光
学信息。
光电变换
E＝a cos(kz t )
– 光电/热电器件（传感器）、变换电路、前置放大
– 将光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
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）。
光电检测技术
光电检测技术摘要：光电检测技术是一种利用光电效应来检测和测量物体的技术。
本文将介绍光电检测技术的原理和应用领域，探讨光电检测技术的优势和局限，并展望其未来发展方向。
第一部分：光电检测技术的原理1.1 光电效应的基本原理光电效应是指当光照射到特定材料表面时，产生光电子和电子的释放现象。
光电效应包括光电发射效应和光电吸收效应两种情况。
在光电检测技术中，一般利用光电发射效应来实现光电测量。
1.2 光电检测元件在光电检测技术中，常用的光电检测元件包括光电二极管、光敏电阻、光电倍增管等。
这些元件能够将光信号转化为电信号，并进行相应的电路处理。
1.3 光电检测技术的基本原理光电检测技术利用光电效应的原理，将光信号转化为电信号，并通过电路处理和分析得到所需的测量结果。
光电检测技术可以实现对光强度、光功率、光频率等参数的测量。
第二部分：光电检测技术的应用领域2.1 工业自动化光电检测技术在工业自动化领域中有广泛的应用。
例如，光电传感器可以用于检测物体的位置、速度和形状等信息，从而实现对生产流程的控制和优化。
2.2 无损检测光电检测技术可以用于无损检测领域，例如对材料的缺陷、组织结构和磨损程度进行检测和分析，从而提高材料的品质和可靠性。
2.3 生物医学在生物医学领域中，光电检测技术可以用于血氧测量、生物分子测量、细胞成像等应用。
例如，光电子学显微镜可以观察和研究微观生物结构。
2.4 环境监测光电检测技术在环境监测领域中被广泛应用。
例如，光电二极管可以用于光强度的测量，从而监测光照强度对环境的影响。
第三部分：光电检测技术的优势和局限3.1 优势光电检测技术具有响应速度快、精度高、可靠性强等优点。
光电检测元件体积小，可放置在狭小的空间中，并能耐受高温和高压等恶劣环境。
3.2 局限光电检测技术在进行远距离测量和透明物体测量时存在一定的局限。
此外，光电检测技术的应用受到光照强度和环境噪声等因素的影响。
第四部分：光电检测技术的未来发展方向随着科技的不断进步，光电检测技术将会在以下几个方面得到进一步发展：4.1 小型化和集成化光电检测元件将趋向于小型化和集成化，以适应小型化和高性能化的设备和系统要求。
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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。
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3.2.1 光电外差检测的基本原理
两束入射光：偏振方向相同、传 播方向平行、重合后垂直入射到 光电探测器上，光波场的合成产 生了和频、差频光强信号。当差 频信号频率在探测器频率响应区 域时形成输出电信号。
3.2.1 光电外差检测的基本原理
3.2.2 光电外差检测的基本特性
(1)光外差探测增益 被探测信号光功率
本振光功率
Ps
E
2 s
2
PL
E
2 L
2
光外差检测输出功率
P IFi2R L2E s2 2 E L2R L2 h e 2P sP LR L
3.2.2 光电外差检测的基本特性
(1)光外差探测增益 光电直接探测输出功率为
3.2.2 光电外差检测的基本特性
(3)光外差探测的滤波特性 直接探测时用滤波片滤除背景光
1nm
对应的光频带宽度为
f
c
2
0.3
2
二氧化碳激光的10.6微米波长
f 3GHz
3.2.2 光电外差检测的基本特性
(3)光外差探测的滤波特性 光外差产生差频信号转换成电信号，频率远远低于探测光 的频率。光外差信号对应的频率宽度为
fIFf fSfL
CO2激光多普勒效应测物体运动速率 10m / s
fIF2cufL2uL 1.89MHz
3.2.2 光电外差检测的基本特性
(4)光外差探测的极限灵敏度
考虑到光电探测器的内部增益，散粒噪声、热噪声，光外 差探测器的噪声为
P n 2 G 2 e h eP s P b P L Id fIF R L 4 K T fIF R L
输出信号有效功率为
什么是光电检测光电检测技术介绍
什么是光电检测光电检测技术介绍光电检测是指利用光电器件对光信号进行检测和测量的技术。
光电器件是一种将光信号转化为电信号的器件，常见的光电器件有光电二极管、光敏电阻、光电导、光敏三极管、光电三极管等。
光电检测技术在科学研究、工业制造、医疗诊断等领域都得到了广泛的应用。
光电检测技术由光源、光电器件、光电转换电路和信号处理系统组成。
光源提供光信号，光电器件将光信号转化为电信号，光电转换电路对电信号进行放大和处理，信号处理系统将电信号转化为可以人们理解的信号进行分析和判断。
光电检测技术具有以下几个特点：1.高灵敏度：光电器件对光信号的检测灵敏度高，可以检测到非常微弱的光信号。
2.快速响应：光电器件的响应速度快，可以对快速变化的光信号进行检测。
3.宽频响：光电器件对不同频率的光信号都有较好的响应。
4.可选择性：不同的光电器件对不同波长的光信号有不同的响应，可以选择合适的光电器件进行检测。
光电检测技术在许多领域中都有广泛的应用。
在科学研究中，光电检测技术常被用于光谱分析、荧光检测、显微镜观测等。
光谱分析可以通过光电检测技术将光信号转化为电信号，进而通过信号处理系统得到样品的光谱信息。
荧光检测可以利用光电器件对样品发出的荧光信号进行检测，用于分析样品的成分和浓度。
显微镜观测可以通过光电检测技术对显微镜下的样品进行观测和测量。
在工业制造中，光电检测技术常被用于检测产品的质量和性能。
例如，光电检测技术可以用于检测产品的表面缺陷、尺寸精度和形状等。
光电检测技术可以替代传统的机械式检测方法，具有速度快、精度高的优点。
在医疗诊断中，光电检测技术可以用于医学影像的获取和分析。
例如，X射线和CT扫描是利用光电检测技术对人体内部结构进行成像的。
光电检测技术还可以用于血液分析、心电图、眼科检查等医学检验和诊断中。
总的来说，光电检测技术是一种非常重要的检测和测量技术，在许多领域都起着关键的作用。
随着光电器件的不断发展和进步，光电检测技术将会在更多的领域中得到应用和推广。
光电检测技术绪论
光电检测技术涉及光电子学、物 理学、化学、材料科学等多个学 科领域，是现代信息科学的重要 组成部分。
光电检测技术的应用领域
在通信领域，光电检测技术用于 光纤通信、光信号处理境监测领域，光电检测技术 用于气体成分分析、水质监测、 气象观测等方面，为环境保护和 治理提供技术支持。
光电检测技术绪论
• 光电检测技术概述 • 光电检测技术的基本原理 • 光电检测技术的分类 • 光电检测技术的应用实例 • 光电检测技术的挑战与展望
01
光电检测技术概述
光电检测技术的定义
01
光电检测技术是指利用光子与电 子相互作用产生电信号，通过测 量电信号实现对光信号的检测和 转换的一种技术。
精度提升
随着科技的发展，光电检测技术 需要更高的精度以适应各种应用 场景，如光学通信、生物医疗和
环境监测等。
响应速度优化
在某些实时性要求较高的场合， 如高速运动目标跟踪和高速信号 处理，光电检测技术需要具备更
快的响应速度。
算法改进
通过算法优化和改进，提高光电 检测系统的数据处理能力和实时 性，以满足高精度和高速度的要
傅里叶变换型光电检测技术主要应用于光谱 分析、光学通信、激光雷达等方面。通过不 同的光学系统和信号处理方法，可以实现不
同的检测功能。
04
光电检测技术的应用实例
光电测距技术
激光雷达测距
利用激光雷达发射激光束并接收反射 回来的信号，通过测量光束往返时间 来计算目标距离，广泛应用于无人驾 驶、环境监测等领域。
超声波测距
利用超声波发射器发出超声波并接收 回波，通过测量回波时间计算目标距 离，常用于近距离测距，如机器人避 障等。
光电跟踪技术
红外跟踪
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Chapter 1: 光辐射与光源
光度学基本定律——余弦定律
O A
A’
朗伯余弦定律
任意表面上的照度随该 表面法线与辐射能传播 方向之间的夹角余弦变 化。
E
V A
E'
V A'
E' E cos
Chapter 1: 光辐射与光源
朗伯辐射表面
当被光照的表面是理 想漫反射表面时（朗伯 余弦表面），则由该表 面辐射的光强也服从余 弦定律，即朗伯辐射表 面在某方向辐射光强随 该方向和法线之间夹角 余弦变化
T M b T T T 4 M T
红 外 测 温 系 统 简 化 图
Chapter 1: 光辐射与光源
假定物体发出波长（λ1～λ2）全被探测器探测到。物体 单位面元向外定向发射的红外功率为P(V) 利用全辐射定律，黑体在该温度下总辐射出射度为σT4； 则该物体单位面元单位立体角内发射的功率
Chapter 1: 光辐射与光源
激光器的分类
激活媒质的物质状态 ：气体激光器、液体激 光器、固体激光器、半导体激光器 激活媒质的粒子结构 ：原子、离子、分子和 自由电子激光器
Chapter 1: 光辐射与光源
激光特点
光束特点 气体激光器和固体激光器大 都采用两块具有共轴线的球面 镜作为反射镜构成谐振腔，成 为共轴球面腔；如果两个球面 镜焦点重合，成为共焦腔。 共焦腔的光振幅分布是高斯 分布。
辐射度单位体系，幅通量或辐射能是基本量，只与 辐射客体有关的量；基本单位是瓦特（W）或者焦 耳（J）；适用于整个电磁波段
光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计 量单位；基本量是发光强度，其基本单位是坎德拉； 只适用于可见光波段
Chapter 1: 光辐射与光源
辐射度体系
辐射能：以辐射形式发射或传输的电磁波能 量，符号Qe单位焦耳J 辐射通量Φe
辐射强度Ie （点光源）
辐射亮度Le （面光源）
辐射出射度Me
辐射照度Ee
单位波长间隔内对应量
单 位 辐 射 度 量
Chapter 1: 光辐射与光源
光度量
光通量Φν
v ( ) K e ( )
K v ( ) e ( )
lm
光视效能Kλ
lm/w
用光通量代替辐射通量即可得到光度量 发光强度Iv 光亮度Lv 光出射度Mv
v ( ) K mV e ( )
Km是一比例常数。对于波 长555nm的单色光（V （555）＝1），Km等于 683m/W。 光谱光视效率曲线
Chapter 1: 光辐射与光源
常见物体的亮度
光源名称
地球上看到的太阳 地球大气层外看到的太阳 普通碳弧的喷头口 超高压球状水银灯 钨丝白炽灯 乙炔焰 太阳照射下的洁净雪面
共焦腔
Chapter 1: 光辐射与光源
激光特点
光的单色性
激光谱线宽度很窄，即波长变化范围很小，单色
性好。如He-Ne激光器发出的波长为632.8nm的 红光，光频f为4.74×1014Hz，而高精度稳频后 频率的变化只有2Hz。 半导体激光器热稳定性差，所以谱线宽度远比 He-Ne激光器差。
分类：紫外辐射、可见光、红外辐射 可见光：波长在390nm-770nm范围的光辐射 紫外辐射：人眼看不见，波长范围是10nm-390nm
红外辐射：波长在0.77μm-1000μm
Chapter 1: 光辐射与光源
光学基本知识
对于光辐射的探测和计量，存在着辐射度单位和光 度单位两套体系
2 1
P
P
种类 白炽灯 节能荧光灯
发光效率 15 70
(lm/W)
功耗 (W) 40 9
白光LED灯
80
9
Chapter 1: 光辐射与光源
光谱分布
光源的辐射能随波长分布的关系
峰值波长
谱线宽度
Chapter 1: 光辐射与光源
光谱分布
线状光谱
带状光谱 连续光谱 混合光谱
Chapter 1: 光辐射与光源
光谱分布和峰值波长
相 对 发 光 强 度
1.0
0.8
0.6 0.4 0.2 0 0 500 600 700 800
GaP绿 GaAsP
GaP红
λ/nm
Chapter 1: 光辐射与光源
很强方向性
光强分布特性
Chapter 1: 光辐射与光源
LED 伏安特性
mA 80 60 40 20 V -8 -6 -4 -2 -20 -40 -60 2 4 6 8
f 1 , 2
表面单元面元ds与法线方向成夹角 θ 方向上单位立 体角内辐射功率为P(θ ) T 4 f 1 , 2 P cos
Chapter 1: 光辐射与光源
红外测温
光学成像面元 S
S SD
2
镜头所形成的立体张角
Chapter 1: 光辐射与光源
激光的特点
方向性
He-Ne激光器方向性最好，发散角可达到 3×10-4rad；用于准直测量； 固体激光器约为10-2rad； 半导体激光器纵向发射角约为5~10°
Chapter 1: 光辐射与光源
激光的特点
亮度
激光在空间传播是一个立体角很小的 圆锥光束； 发散角和立体角的关系
Chapter 1: 光辐射与光源
照度计
显示：3 1/2位LCD显示， 测量范围：1Lux～ 50,000Lux 准确度：±4% ±10个字 （±5% ±10个字 大于 10,000Lux时） 重复测试：±2%
感光体：光二极管附滤 光镜片
Chapter 1: 光辐射与光源
光度学基本定律
余弦定律 亮度守恒定律 照度与距离平方成反比定律
D2
4R2
Chapter 1: 光辐射与光源
光电检测系统中常用 光源
光源的基本参数 常用光源
典型激光器
Chapter 1: 光辐射与光源
光源的基本参数
发光效率——在给定波长范围内，某一光源所发出的 光通量 V 与产生该光通量所需要的功率P之比， 称为该光源的发光效率，表示为 V d
激光的纵模和横模
纵模描述为光场分布沿光传 播方向分布
相干加强条件
2k
k 1,2,3,
c v
波长和频率关系
满足条件谐振频率
vk kc 2nL
k 1,2,3,
Chapter 1: 光辐射与光源
激光的纵模
vk kc 2nL
k 1,2,3,
只有谐振腔的光学长度等于半波长整数倍的那 些光波才能形成稳定的振荡输出 为了获得单一的纵模输出，可通过选择谐振腔 的腔长和在反射镜上镀选频波长的增强膜的方 法来达到
空间光强分布特性
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，便得到该光源在该截面 的发光强度曲线。
高压钠灯配光曲线
Chapter 1: 光辐射与光源
光源
热辐射光源：物体通电后温度升高 钨丝灯 气体放电光源：电流通过气体放电而发光 汞灯 钠灯
半导体发光器件 场致发光屏、发光二极管
Chapter 1: 光辐射与光源
气体放电光源
利用气体放电发光
将氢、氦、氘、氙、氪或金属蒸汽充入灯中， 在电场作用下激励出电子和离子。当电子和 离子分别向阳极和阴极运动，它们再次与气 体原子和分子发生碰撞激励出新的电子和离 子，如此使一些原子跃迁到高能级，由于高 能级不稳定，回到低能级时发出光子 发光效率高，寿命长，光色范围大。如普通 高压汞灯发光波长大约为400~500nm
激光光源 产生相干光源，能够激发出激光并能实现激光的 持续发射的器件 固体激光器、气体激光器、半导体激光器
Chapter 1: 光辐射与光源
热辐射光源
太阳光
复合光，但是很好的平行光源
白炽灯
钨丝加热而发光，发出连续光谱
发光稳定、简单
应用在光栅的莫尔测量中，对灯丝的结构 有所要求，主要是限制发光强度的方向性
Iv
Lv
d v d
d v
cd cd/m2 lm/m2
dds cos
d v ds
Ev
光照度Ev
Ev
d v ds
lx
Chapter 1: 光辐射与光源
视见函数
V（λ）是对应波长为 555nm的辐通量Φe（555） 与某波长能对平均人眼产 生相同光视刺激的辐通量 Φe（λ）的比值。
2
W
气体激光器亮度为104~108
sr cm
2
7~1011 W sr cm2 固体激光器亮度为10
Chapter 1: 光辐射与光源
激光的特点
相干性
激光的单色性好，所以其相干性也非常 好；是目前光源中相干性最好的光源 干涉测量；散斑测量；全息测量
Chapter 1: 光辐射与光源
Chapter 1: 光辐射与光源
Chapter 1
Chapter 1: 光辐射与光源
学习目标
光度量的基本物理量
光度量基本定律
光电检测系统中常用光源
Chapter 1: 光辐射与光源
光辐射
以电磁波形式或Байду номын сангаас子形式传播的能量，它们可以用 光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过 程称为光辐射
M eb T M eb T d T
0
4
2 2 2 k B
15h c
3 2
5.670 108 J / m 2 s K 4