光电检测技术第一章

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1、第二章光和光的传播特性及光调制原理1.1光和光的传播特性1.2光强度调制1.3光相位调制1.4光偏振态调制1.5光频率与波长调制1.1光和光的传播特性光的波粒二象性：波动性：光的干涉、光的衍射粒子性：光的发射、吸收，光电效应等平面波平面波单色平面波光偏振态椭圆偏振光线偏振光圆偏振光光的基本性质牛顿——微粒说根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振波动理论惠更斯、杨氏和费涅耳等解释光的干涉和衍射现象麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波光的基本性质光量子说1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论1905年，爱因斯坦在

2、解释光电发射现象时提出光量子的概念光子的能量与光的频率成正比光具有波粒二象性光在光纤介质中的传播光纤全反射原理光纤的结构光纤的应用光纤的结构光在光纤中的全反射光缆的外形及光纤的拉制光纤的类型阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。单孔型光纤单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。斯乃尔定理当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射（a）折射角大于

3、入射角：（b）临界状态：（c）全反射：光纤导光n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故n0≈1当θr=90°的临界状态时，Sinθi定义为“数值孔径”NA（NumericalAperture）相对折射率差arcsinNA是一个临界角，θi>arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；θi

4、数值孔径：有利于耦合效率的提高。但数值孔径太大，光信号畸变也越严重。2.光纤模式光波沿光导纤维传播的途径和方式在光导纤维中传播模式很多对信息的传输是不利的，导致合成信号的畸变，因此我们希望模式数量越少越好。阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量表示为希望V小：d不能太大，n2与n1之差很小3.传播损耗损耗原因：光纤纤芯材料的吸收、散射，光纤弯曲处的辐射损耗等的影响传播损耗（单位为dB）式中,l——光纤长度；a——单位长度的衰减；I0——光导纤维输入端光强；I——光导纤维输出端光强。光纤液位传感器1.2光强度调制光调制指的是使光信号的一个或几个特征参量按被传送信息的特

5、征变化，以实现信息检测传送目的的方法。光调制可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率和波长调制。下面将分别介绍各种调制的原理和方法。一、光强度调制光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。光强调制的基本方法辐射式如自动门、辐射式温度计反射式测距、表面检测遮挡式位置透射式成份分析1.辐射式调制原理利用测量与被测物理量对应的辐射（功率，光谱分布等）。例如：被测物的温度与其辐射量的对应关系。被测物的温度、成分与其光谱分布的关系。物体的

6、位置或有无。应用实例自动门①检测元件原理光电检测元件　　热释电元件不感受不变的辐射②原理报火警、侦查、跟踪、武器制导、地形地貌普查分析、光谱分析及太阳能利用等。斯忒潘根据实验得出结论，物体的总的辐射出射度与温度的四次方成正比。全辐射测温2.反射式激光测距、激光制导、主动式夜视仪、电视摄像、文字判读㈠　调制原理被测参数引起入射光的反射来调制达到探测器的光强。——反射光强是被测参数的函数。对象对入射光的反射位置检测对象的有无（镜面反射）对象表面状态（漫反射）被测参数对入射光的影响㈡　对入射光的光强的要求⒈　定性的方法对光强的精度要求较低。⒉　定量的方法对光强的精度

7、要求较严格。应注意①入射光强的稳定（电源的稳定）②测量方法例：检测产品外观质量设光电探测器的输出信号为：3.遮挡式㈠　调制原理被测物体部分地或全部地遮挡或扫过入射到光电探测器的光束，引起光电探测器输出信号的变化。利用定性的方法是否到位有无？已知物体的运动速度，测量长度（运动中）元件运动中的计数光电开关定量：遮挡面积在光纤传感器中，光纤的耦合效率设被测物体的宽度为b，物体遮挡光的位移量为，则物体遮挡入射光到光电探测器上的光的增量A为：㈡　应用实例⒈光电测微计⒉光电投影尺寸检测仪3.光电计数4.光电测速5.光电自动开关6.防盗报警被测物体全部扫过入射光束，光电探测

8、器的光通量会发生有无两种状态的变化，输