第一章光學(xué)測量基礎(chǔ)知識

1、本次課程的內(nèi)容本次課程的內(nèi)容: :參考書目w范志剛范志剛,光電測試技術(shù)光電測試技術(shù),電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社,2008w蘇大圖，光學(xué)測試技術(shù)，北京理工大學(xué)出版社，蘇大圖，光學(xué)測試技術(shù)，北京理工大學(xué)出版社，1996w楊國光，近代光學(xué)測試技術(shù)，浙江大學(xué)出版社，楊國光，近代光學(xué)測試技術(shù)，浙江大學(xué)出版社，1997w張琢，范志剛，激光干涉測試技術(shù)及應(yīng)用，機械工業(yè)出版張琢，范志剛，激光干涉測試技術(shù)及應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，社，1998w孫長庫，葉聲華，激光測量技術(shù)，天津大學(xué)出版社，孫長庫，葉聲華，激光測量技術(shù)，天津大學(xué)出版社，2001w殷純永，現(xiàn)代干涉測量技術(shù)，天津大學(xué)出版社，殷純永，現(xiàn)代干涉測量技術(shù)，

2、天津大學(xué)出版社，1999w湯順青，色度學(xué)，北京理工大學(xué)出版社，湯順青，色度學(xué)，北京理工大學(xué)出版社，1991一、一、 領(lǐng)域和特點領(lǐng)域和特點定義：定義：光學(xué)測試技術(shù)光學(xué)測試技術(shù) 利用光學(xué)原理實現(xiàn)精密測利用光學(xué)原理實現(xiàn)精密測 量的技術(shù)。量的技術(shù)。意義：意義：是先進制造工業(yè)的核心技術(shù)是先進制造工業(yè)的核心技術(shù)近代光學(xué)測試技術(shù)近代光學(xué)測試技術(shù) 利用激光，計算機等光利用激光，計算機等光機電算一體化實現(xiàn)精密測量的技術(shù)。機電算一體化實現(xiàn)精密測量的技術(shù)。名詞：分清二套四組名詞名詞：分清二套四組名詞1 1） 計量計量（Metrology)Metrology)對物理量的標定，傳遞與對物理量的標定，傳遞與控制，重點是確

3、保精度。控制，重點是確保精度。2 2） 測量測量（Measurement)Measurement)獲取物理量的方法，重點獲取物理量的方法，重點是獲取方法。是獲取方法。3) 3) 檢驗檢驗（Inspection)Inspection)產(chǎn)品質(zhì)量的評估技術(shù)。產(chǎn)品質(zhì)量的評估技術(shù)。4) 4) 測試測試（Measuring&Testing)Measuring&Testing)是指具有試驗研究是指具有試驗研究性質(zhì)的測量，一般是測量與試驗的總稱，側(cè)重于技術(shù)性質(zhì)的測量，一般是測量與試驗的總稱，側(cè)重于技術(shù)方法。是人們認識客觀事物的方法。方法。是人們認識客觀事物的方法。計量計量是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動。或

4、者說是以實是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動?；蛘哒f是以實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠為目的的測量?，F(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠為目的的測量。 當(dāng)生產(chǎn)的發(fā)展和商品的交換變成當(dāng)生產(chǎn)的發(fā)展和商品的交換變成社會性活動社會性活動時，客觀上就時，客觀上就需要測量單位的統(tǒng)一需要測量單位的統(tǒng)一, ,并要求在一定準確度內(nèi)對同一物體在不并要求在一定準確度內(nèi)對同一物體在不同地點，用不同的測量手段，達到其測量結(jié)果一致。同地點，用不同的測量手段，達到其測量結(jié)果一致。為此，就要求以法定的形式建立統(tǒng)一的單位制，建立計為此，就要求以法定的形式建立統(tǒng)一的單位制，建立計量基準、標準，并以這種計量基準、標準檢定其他計量器具，量基準、標準

5、，并以這種計量基準、標準檢定其他計量器具，保證量值準確可靠，從而形成了區(qū)別于測量的新概念保證量值準確可靠，從而形成了區(qū)別于測量的新概念 計計量，也可以說，量，也可以說，統(tǒng)一準確的測量就是計量統(tǒng)一準確的測量就是計量。 計量在歷史上稱之為計量在歷史上稱之為“度量衡度量衡”。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代計量已遠遠超出發(fā)展，現(xiàn)代計量已遠遠超出“度量衡度量衡”的范圍。現(xiàn)有熱學(xué)、力的范圍?，F(xiàn)有熱學(xué)、力學(xué)、學(xué)、 電磁學(xué)、無線電、時間頻率、電離輻射、光學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)、無線電、時間頻率、電離輻射、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)等計量專業(yè)，已形成了化學(xué)等計量專業(yè)，已形成了 一門獨立的學(xué)科一門獨立的學(xué)科

6、計量學(xué)。計量學(xué)。 1 1）光學(xué)計量光學(xué)計量對光學(xué)量的標定：光強、亮度對光學(xué)量的標定：光強、亮度、照照度、光譜、色度等標定。度、光譜、色度等標定。2 2）光學(xué)測量光學(xué)測量對光學(xué)參數(shù)的測量：對光學(xué)參數(shù)的測量：D D（通光口（通光口 徑）、徑）、f(f(焦距）、焦距）、2W2W（視場）、（視場）、MTFMTF（像質(zhì)）。（像質(zhì)）。3 3）光學(xué)檢測光學(xué)檢測對光學(xué)元件及光學(xué)系統(tǒng)進行質(zhì)量對光學(xué)元件及光學(xué)系統(tǒng)進行質(zhì)量 評估。評估。4 4）光學(xué)測試光學(xué)測試用光學(xué)方法進行精密測試。用光學(xué)方法進行精密測試。 自自7070年代開始由于年代開始由于激光技術(shù)激光技術(shù)、光波導(dǎo)技術(shù)光波導(dǎo)技術(shù)、數(shù)字技數(shù)字技術(shù)術(shù)、計算機技術(shù)計算

7、機技術(shù)以及以及傅里葉光學(xué)傅里葉光學(xué)的出現(xiàn)，使光學(xué)發(fā)展成的出現(xiàn)，使光學(xué)發(fā)展成。以激光為代表的近代光學(xué)促使光學(xué)測試技術(shù)。以激光為代表的近代光學(xué)促使光學(xué)測試技術(shù)出現(xiàn)更多新方法和新技術(shù)，從而開始形成近代光學(xué)測試出現(xiàn)更多新方法和新技術(shù)，從而開始形成近代光學(xué)測試技術(shù)。技術(shù)。 近代光學(xué)測試技術(shù)的出現(xiàn)適應(yīng)了近代科學(xué)和工業(yè)技術(shù)上近代光學(xué)測試技術(shù)的出現(xiàn)適應(yīng)了近代科學(xué)和工業(yè)技術(shù)上提出的提出的高靈敏度高靈敏度、高效率高效率、自動化自動化的測試要求，實現(xiàn)了計量的測試要求，實現(xiàn)了計量上的上的三維性三維性、實時性實時性和和相關(guān)性相關(guān)性。進入。進入8080年代，又提出了亞微年代，又提出了亞微米、納米級靈敏度的測試要求，產(chǎn)生了

8、無損檢測、在線光學(xué)米、納米級靈敏度的測試要求，產(chǎn)生了無損檢測、在線光學(xué)診斷等新技術(shù)。診斷等新技術(shù)。2 2 技術(shù)特色技術(shù)特色 利用光學(xué)進行精密測量，一直是計量測試技術(shù)領(lǐng)利用光學(xué)進行精密測量，一直是計量測試技術(shù)領(lǐng)域中的主要方法。由于光學(xué)測試方法的非接觸性，高域中的主要方法。由于光學(xué)測試方法的非接觸性，高靈敏度性和高精度性，而在近代科學(xué)研究，現(xiàn)代技術(shù)，靈敏度性和高精度性，而在近代科學(xué)研究，現(xiàn)代技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)，空間技術(shù)，國防技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，成工業(yè)生產(chǎn)，空間技術(shù)，國防技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，成為一種無法取代的技術(shù)。為一種無法取代的技術(shù)。1 1）非接觸性非接觸性遙測，軟表面（液面、高溫表面）遙測，軟表面（

9、液面、高溫表面）特種測量（深孔、微孔等）特種測量（深孔、微孔等） 特別是激光技術(shù)，微電子技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是激光技術(shù)，微電子技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展，使光學(xué)測試技術(shù)向近代光學(xué)測試技術(shù)方向發(fā)展。使光學(xué)測試技術(shù)向近代光學(xué)測試技術(shù)方向發(fā)展。作業(yè)作業(yè):簡述光學(xué)測試技術(shù)的技術(shù)特色簡述光學(xué)測試技術(shù)的技術(shù)特色.4 4）三維性三維性全部信息。全部信息。3 3）高精度：高精度：靈敏度：測量系統(tǒng)輸出變化量與引起該變化量的輸靈敏度：測量系統(tǒng)輸出變化量與引起該變化量的輸入量之比入量之比 K=K=y yx x亞波長亞波長:/2:/2=0.5m, =0.5m, 靈敏度：靈敏度：深亞波長：深亞波長：/10 /10

10、靈敏度（靈敏度（50nm)50nm)2 2）高靈敏度高靈敏度：精度：反映測量結(jié)果與真值接近程度的量。精度：反映測量結(jié)果與真值接近程度的量。超精度測量，精度超精度測量，精度 因此近代光學(xué)測試技術(shù)已成為當(dāng)代先進技術(shù)因此近代光學(xué)測試技術(shù)已成為當(dāng)代先進技術(shù)的表征之一。隨著二元光學(xué)及微光學(xué)的發(fā)展，光學(xué)的表征之一。隨著二元光學(xué)及微光學(xué)的發(fā)展，光學(xué)系統(tǒng)向系統(tǒng)向微型化、集成化、經(jīng)濟化微型化、集成化、經(jīng)濟化方向發(fā)展。方向發(fā)展。5 5）實時性實時性 生產(chǎn)線控制生產(chǎn)線控制 實時監(jiān)測控制實時監(jiān)測控制光電響應(yīng)光電響應(yīng)psps（皮秒）（皮秒）fsfs（飛秒）（飛秒） 快速響應(yīng)快速響應(yīng)二、技術(shù)現(xiàn)狀二、技術(shù)現(xiàn)狀 目前隨著激光

11、器的出現(xiàn)和傅立葉光學(xué)的形成，特目前隨著激光器的出現(xiàn)和傅立葉光學(xué)的形成，特別是激光技術(shù)與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的結(jié)合，出別是激光技術(shù)與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了光機電算一體化的近代光學(xué)測試技術(shù)?，F(xiàn)了光機電算一體化的近代光學(xué)測試技術(shù)。1 1、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀光學(xué)產(chǎn)業(yè)金字塔中各組成產(chǎn)業(yè)及其產(chǎn)值的大致比例，光學(xué)產(chǎn)業(yè)金字塔中各組成產(chǎn)業(yè)及其產(chǎn)值的大致比例，這是這是19901990年日本公布的統(tǒng)計值。年日本公布的統(tǒng)計值。日本公布近三年光學(xué)產(chǎn)業(yè)國內(nèi)產(chǎn)值的調(diào)查結(jié)果2 2、技術(shù)現(xiàn)狀、技術(shù)現(xiàn)狀從從原理上原理上說近代光學(xué)測試技術(shù)的說近代光學(xué)測試技術(shù)的現(xiàn)狀現(xiàn)狀主要是三點：主要是三點：1 1）從）從主觀光學(xué)主

12、觀光學(xué)發(fā)展成為發(fā)展成為客觀光學(xué)客觀光學(xué)，也就是用光電探，也就是用光電探測器來取代人眼這個主觀探測器，提高了測試精度測器來取代人眼這個主觀探測器，提高了測試精度與測試效率；與測試效率；2 2）用激光這個單色性、方向性、相干性、穩(wěn)定性都）用激光這個單色性、方向性、相干性、穩(wěn)定性都極好的光源來取代常規(guī)光源，獲得方向性極好的實際極好的光源來取代常規(guī)光源，獲得方向性極好的實際光線用于各種光學(xué)測量上；光線用于各種光學(xué)測量上； 3 3）從光機結(jié)合的模式向光機電算一體化的模式轉(zhuǎn)換，）從光機結(jié)合的模式向光機電算一體化的模式轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)測量與控制的一體化。實現(xiàn)測量與控制的一體化。從從功能上功能上說，近代光學(xué)測試技術(shù)

13、的說，近代光學(xué)測試技術(shù)的現(xiàn)狀現(xiàn)狀主要有三點：主要有三點：1)1)從從測量發(fā)展成為測量發(fā)展成為測量；測量；2)2)從從測量發(fā)展成為測量發(fā)展成為測量；測量；3)3)從從度測量發(fā)展成度測量發(fā)展成的，具有存貯、記錄功的，具有存貯、記錄功能的測量。能的測量。合理選擇光學(xué)測試方法的合理選擇光學(xué)測試方法的五點原則五點原則：以測以測溫度溫度為例，若我們采用傳感器測量，那么如何選為例，若我們采用傳感器測量，那么如何選擇合適的傳感器呢？擇合適的傳感器呢？溫度傳感器有四種主要類型：溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶熱電偶、熱敏電阻熱敏電阻、電阻溫度檢測器電阻溫度檢測器( (RTDRTD) )和和ICIC溫度傳感器溫度

14、傳感器( (見下表見下表) )。1)1)測定對象；測定對象；2)2)測定范圍；測定范圍；3)3)靈敏度或精度；靈敏度或精度；4)4)經(jīng)濟性；經(jīng)濟性； 5)5)測試環(huán)境。測試環(huán)境。將傳感器的輸出饋將傳感器的輸出饋送給一個控制送給一個控制CUPCUP散散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的脈沖熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的脈沖寬度調(diào)制器寬度調(diào)制器(PWM)(PWM)或或DACDAC。這樣可將。這樣可將CPUCPU的溫度保持在設(shè)計的溫度保持在設(shè)計要求之內(nèi)要求之內(nèi)( (見圖見圖3)3)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)度控制在消風(fēng)扇轉(zhuǎn)度控制在消費電子產(chǎn)品中正變費電子產(chǎn)品中正變得越來越重要。得越來越重要。 自動風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制實際上是使用一個本地數(shù)字輸自動風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制實際上

15、是使用一個本地數(shù)字輸出溫度傳感器來檢測出溫度傳感器來檢測CPUCPU的實際管芯溫度。的實際管芯溫度。作業(yè)作業(yè):選擇光學(xué)測試方法的基本原則有哪些選擇光學(xué)測試方法的基本原則有哪些,對照這些原則對照這些原則,對比對比衍射計量和全息計量衍射計量和全息計量. 工業(yè)生產(chǎn)的精密化、自動化和智能化，對光學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的精密化、自動化和智能化，對光學(xué)測試技術(shù)提出了新要求，促使光學(xué)測試技術(shù)的近代測試技術(shù)提出了新要求，促使光學(xué)測試技術(shù)的近代發(fā)展走向如下幾個方向：發(fā)展走向如下幾個方向：(1)(1)亞微米級亞微米級、納米級納米級的高精密光學(xué)測量方法首先得的高精密光學(xué)測量方法首先得到優(yōu)先發(fā)展；到優(yōu)先發(fā)展；(2)(2)快速發(fā)展

16、快速發(fā)展小型的小型的、微型的微型的非接觸式光學(xué)傳感器；非接觸式光學(xué)傳感器；(3)(3)半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器(LD)(LD)及其陣列，及其陣列，光濾波光濾波器器，光電探測陣列光電探測陣列等新器件將在過程控制，在線測等新器件將在過程控制，在線測量與控制上得到廣泛應(yīng)用；量與控制上得到廣泛應(yīng)用；(4)(4)微光學(xué)微光學(xué)這類微結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將嶄露頭角；這類微結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將嶄露頭角；(8)(8)以微細加工技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度、小尺寸、低成本以微細加工技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度、小尺寸、低成本的的集成光學(xué)集成光學(xué)和其他微傳感器將成為技術(shù)的主流方向；和其他微傳感器將成為技術(shù)的主流方向；(5)(5)快速、高效的快速、高效的3

17、3一一D(D(三維三維) )測量技術(shù)將取得突破；測量技術(shù)將取得突破；(6)(6)發(fā)展帶存貯功能的全場動態(tài)應(yīng)變測量儀器；發(fā)展帶存貯功能的全場動態(tài)應(yīng)變測量儀器；(7)(7)發(fā)展發(fā)展閉環(huán)閉環(huán)式光學(xué)測試技術(shù)，實現(xiàn)光學(xué)測量與光學(xué)式光學(xué)測試技術(shù)，實現(xiàn)光學(xué)測量與光學(xué)控制的一體化；控制的一體化；(9)(9)發(fā)展光學(xué)診斷和光學(xué)無損檢測技術(shù)。發(fā)展光學(xué)診斷和光學(xué)無損檢測技術(shù)。2 2、聲光光開關(guān)技術(shù)聲光光開關(guān)技術(shù) 基本原理：基本原理：控制電信號經(jīng)換能器后產(chǎn)生一定頻率的聲控制電信號經(jīng)換能器后產(chǎn)生一定頻率的聲表面波，聲表面波在聲光介質(zhì)中傳播，使介質(zhì)折射率表面波，聲表面波在聲光介質(zhì)中傳播，使介質(zhì)折射率發(fā)生周期性變化，形成了

18、一個運動的衍射光柵，當(dāng)入發(fā)生周期性變化，形成了一個運動的衍射光柵，當(dāng)入射光束滿足布拉格衍射條件時，就可引起光的偏轉(zhuǎn)，射光束滿足布拉格衍射條件時，就可引起光的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角由聲波的頻率和入射光波長決定。偏轉(zhuǎn)角由聲波的頻率和入射光波長決定。 聲光光開關(guān)的切換速度在毫秒量級，該技術(shù)可方聲光光開關(guān)的切換速度在毫秒量級，該技術(shù)可方便地用來制作端口數(shù)較少的光開關(guān)。便地用來制作端口數(shù)較少的光開關(guān)。 聲光光開關(guān)是利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)。聲光光開關(guān)是利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)。3 3、Mach-ZehnderMach-Zehnder干涉儀型光開關(guān)干涉儀型光開關(guān) 通常在鈮酸鋰襯底上制作一對平行光波導(dǎo)，波導(dǎo)兩通常在鈮酸鋰襯底上制

19、作一對平行光波導(dǎo)，波導(dǎo)兩端分別連接一個端分別連接一個Y Y形分束器。向波導(dǎo)臂注入電流將改變形分束器。向波導(dǎo)臂注入電流將改變光開關(guān)的折射率，使光程相應(yīng)變化，形成相干增強或相光開關(guān)的折射率，使光程相應(yīng)變化，形成相干增強或相消，達到開關(guān)的目的。消，達到開關(guān)的目的?；驹恚夯驹恚洪_關(guān)速度快，在微秒量級；開關(guān)速度快，在微秒量級；消光比不夠高。消光比不夠高。 在介質(zhì)材料（如玻璃或硅基片）先做上波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在介質(zhì)材料（如玻璃或硅基片）先做上波導(dǎo)結(jié)構(gòu), ,然后然后, ,再在波導(dǎo)上蒸鍍金屬薄膜加熱器。當(dāng)電流通過再在波導(dǎo)上蒸鍍金屬薄膜加熱器。當(dāng)電流通過加熱器時加熱器時, ,金屬薄膜通電發(fā)熱金屬薄膜通電發(fā)熱, ,

20、改變了波導(dǎo)分支區(qū)域內(nèi)改變了波導(dǎo)分支區(qū)域內(nèi)的熱量分布的熱量分布, ,導(dǎo)致其下面的波導(dǎo)的折射率發(fā)生變化導(dǎo)致其下面的波導(dǎo)的折射率發(fā)生變化, ,這這樣就可將光耦合從主波導(dǎo)引導(dǎo)至目的分支波導(dǎo)樣就可將光耦合從主波導(dǎo)引導(dǎo)至目的分支波導(dǎo), ,從而從而實現(xiàn)光的開關(guān)動作。實現(xiàn)光的開關(guān)動作。4 4、熱光光開關(guān)熱光光開關(guān)數(shù)字型光開關(guān)（數(shù)字型光開關(guān)（DOSDOS）和干涉型光開關(guān)）和干涉型光開關(guān)(Interferometric switches)(Interferometric switches)。微光學(xué)微光學(xué) 微光學(xué)（微光學(xué)（micro-optiCSmicro-optiCS）是微米尺度上的光學(xué)，）是微米尺度上的光學(xué)，其

21、中包括微米尺度的光學(xué)表面微結(jié)構(gòu)。微光學(xué)在日其中包括微米尺度的光學(xué)表面微結(jié)構(gòu)。微光學(xué)在日本稱為微小光學(xué)。本稱為微小光學(xué)。 物理意義上的微光學(xué)其單元尺寸已在光波長量級，物理意義上的微光學(xué)其單元尺寸已在光波長量級，因此，建立在單元尺度遠大于光波長的常規(guī)光學(xué)，其因此，建立在單元尺度遠大于光波長的常規(guī)光學(xué)，其主要理論及設(shè)計方法已不適用微光學(xué)或其計算結(jié)果不主要理論及設(shè)計方法已不適用微光學(xué)或其計算結(jié)果不夠精確。夠精確。微光學(xué)是一個知識密集、前沿和技術(shù)先進的新的微光學(xué)是一個知識密集、前沿和技術(shù)先進的新的光學(xué)學(xué)科分支。光學(xué)學(xué)科分支。 閉環(huán)控制閉環(huán)控制 輸出量直接或間接地反饋到輸入端，形成閉環(huán)參輸出量直接或間接地

22、反饋到輸入端，形成閉環(huán)參與控制的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。也叫反饋控制系統(tǒng)。與控制的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。也叫反饋控制系統(tǒng)。 為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對輸出量進行測量，并為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對輸出量進行測量，并將測量的結(jié)果反饋到輸入端與輸入量進行相減得到偏將測量的結(jié)果反饋到輸入端與輸入量進行相減得到偏差，再由偏差產(chǎn)生直接控制作用去消除偏差。整個系差，再由偏差產(chǎn)生直接控制作用去消除偏差。整個系統(tǒng)形成一個閉環(huán)。統(tǒng)形成一個閉環(huán)。 集成光學(xué)集成光學(xué)integated opticsintegated optics研究集成光路特性研究集成光路特性和制造技術(shù)以及與微電子學(xué)相結(jié)合的學(xué)科。把和制造技術(shù)以及與微電子學(xué)

23、相結(jié)合的學(xué)科。把光源光源、各種各種光學(xué)元件光學(xué)元件、耦合器耦合器和和檢測器檢測器等做成薄膜形式并等做成薄膜形式并組合在同一襯底上的微型光學(xué)回路稱為集成光路。組合在同一襯底上的微型光學(xué)回路稱為集成光路。 集成光路中現(xiàn)已制成的光學(xué)元件包括薄膜微型激集成光路中現(xiàn)已制成的光學(xué)元件包括薄膜微型激光器、薄膜透鏡、棱鏡、薄膜型光學(xué)波導(dǎo)、耦合器、光器、薄膜透鏡、棱鏡、薄膜型光學(xué)波導(dǎo)、耦合器、光開關(guān)、光學(xué)調(diào)制器、濾波器、光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件、模光開關(guān)、光學(xué)調(diào)制器、濾波器、光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件、模- -數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲器和檢測器等。數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲器和檢測器等。 1.2 1.2 光學(xué)測量中的常用光源光學(xué)測量中的常用光源1.2.1

24、 1.2.1 光源選擇的基本要求和光源的分類光源選擇的基本要求和光源的分類 為適應(yīng)各種科技工作的實際需要設(shè)計并生產(chǎn)為適應(yīng)各種科技工作的實際需要設(shè)計并生產(chǎn)了各種不同光學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點的光源。在具體的了各種不同光學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點的光源。在具體的光電檢測系統(tǒng)中，應(yīng)按實際工作的要求光電檢測系統(tǒng)中，應(yīng)按實際工作的要求選擇光源選擇光源，這些這些要求要求綜合起來主要包括以下幾個方面。綜合起來主要包括以下幾個方面。 除去那些直接檢測規(guī)定光源或輻射源特性的光電除去那些直接檢測規(guī)定光源或輻射源特性的光電檢測系統(tǒng)外，總是要求光源特性滿足檢測的需要。檢測系統(tǒng)外，總是要求光源特性滿足檢測的需要。按照檢測任務(wù)的不同，要求

25、的光譜范圍亦不同，如按照檢測任務(wù)的不同，要求的光譜范圍亦不同，如可見光區(qū)、紫外光區(qū)或紅外光區(qū)等。有時要求連續(xù)可見光區(qū)、紫外光區(qū)或紅外光區(qū)等。有時要求連續(xù)的光譜，有時又要求幾個特定的光譜段。系統(tǒng)對光的光譜，有時又要求幾個特定的光譜段。系統(tǒng)對光譜范圍的要求都應(yīng)在選擇光源時給以滿足。譜范圍的要求都應(yīng)在選擇光源時給以滿足。 為增大光電檢測系統(tǒng)的信號和為增大光電檢測系統(tǒng)的信號和信噪比信噪比，這里引入，這里引入光源光源和和光電探測器光電探測器之間之間光譜匹配系數(shù)光譜匹配系數(shù)的概念，以此描的概念，以此描述兩光譜特性間的重合程度或一致性。述兩光譜特性間的重合程度或一致性。光譜匹配系數(shù)光譜匹配系數(shù)定義定義為：為

26、：的的相相對對值值；時時，光光電電探探測測器器靈靈敏敏度度波波長長的的相相對對值值；時時，光光源源光光譜譜輻輻射射通通量量波波長長 :SW與與光光源源總總通通量量的的比比值值。信信號號配配合合工工作作時時，產(chǎn)產(chǎn)生生的的光光是是光光源源與與探探測測器器匹匹配配系系數(shù)數(shù) 供光電鼠標使用的對管供光電鼠標使用的對管一般的光電探測器都屬于一般的光電探測器都屬于選擇性探測器選擇性探測器，比如，比如光電導(dǎo)光電導(dǎo)探測器探測器，其光譜響應(yīng)率：，其光譜響應(yīng)率：GhcqISp )()()(量量子子效效率率輸輸出出光光電電流流:)( pI單色輻射功率單色輻射功率:)( 光電導(dǎo)探測器典光電導(dǎo)探測器典型光譜曲線：型光譜曲

27、線：益益系系數(shù)數(shù)本本征征型型光光電電導(dǎo)導(dǎo)探探測測器器增增:G光電二極管光譜曲線光電二極管光譜曲線（光伏探測器）：（光伏探測器）： 為確保光電檢測系統(tǒng)的正常工作，通常對系統(tǒng)為確保光電檢測系統(tǒng)的正常工作，通常對系統(tǒng)所采用的光源或輻射源的強度有一定的要求。所采用的光源或輻射源的強度有一定的要求。 光源強度過低，系統(tǒng)獲得光源強度過低，系統(tǒng)獲得信號過小信號過小，以至無法正，以至無法正常檢測。常檢測。 因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，必須對探測器所需獲得的因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，必須對探測器所需獲得的最大、最小光通量進行正確的最大、最小光通量進行正確的估計估計，并按估計來選擇，并按估計來選擇光源。光源。 光源強度過高，又

28、會導(dǎo)致系統(tǒng)工作的光源強度過高，又會導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性非線性，有，有時可能時可能損壞損壞系統(tǒng)、待測物或光電探測器系統(tǒng)、待測物或光電探測器等，同時也導(dǎo)等，同時也導(dǎo)致不必要的能源消耗而造成浪費。致不必要的能源消耗而造成浪費。不同的光電檢測系統(tǒng)對光源的穩(wěn)定性有著不同的要求。不同的光電檢測系統(tǒng)對光源的穩(wěn)定性有著不同的要求。 脈沖量脈沖量的檢測，包括脈沖數(shù)、脈沖頻率、脈沖持的檢測，包括脈沖數(shù)、脈沖頻率、脈沖持續(xù)時間等，這時對光源的穩(wěn)定性要求可稍低些，只要續(xù)時間等，這時對光源的穩(wěn)定性要求可稍低些，只要確保不因光源被動產(chǎn)生偽脈沖和漏脈沖即可。確保不因光源被動產(chǎn)生偽脈沖和漏脈沖即可。3)3)當(dāng)有更高要求時，可

29、對發(fā)出光進行當(dāng)有更高要求時，可對發(fā)出光進行采樣采樣，然后，然后反饋反饋控制光源的輸出控制光源的輸出。計量用標準光源通常采用高精度儀。計量用標準光源通常采用高精度儀器控制下的穩(wěn)流源供電。器控制下的穩(wěn)流源供電。 光量或輻射量中光量或輻射量中強度、亮度、照度強度、亮度、照度或或通量通量等的等的檢測系統(tǒng)，對光源的穩(wěn)定性就有較嚴格的要求。檢測系統(tǒng)，對光源的穩(wěn)定性就有較嚴格的要求。1)1)一般要求時，可采用一般要求時，可采用穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源供電。電源供電。2)2)當(dāng)要求較高時，可采用當(dāng)要求較高時，可采用穩(wěn)流穩(wěn)流電源供電電源供電, ,所用光源所用光源應(yīng)預(yù)先進行老化處理。應(yīng)預(yù)先進行老化處理。 用于光電檢測系統(tǒng)中的

30、光源除上述基本要求外，用于光電檢測系統(tǒng)中的光源除上述基本要求外，還有一些具體要求。如燈絲的還有一些具體要求。如燈絲的結(jié)構(gòu)和形狀結(jié)構(gòu)和形狀；發(fā)光面積發(fā)光面積的大小和構(gòu)成的大小和構(gòu)成；燈泡玻殼的形狀和均勻性燈泡玻殼的形狀和均勻性；以及；以及光源光源發(fā)光效率相空間分布發(fā)光效率相空間分布等。這些方面均應(yīng)按檢測系統(tǒng)的等。這些方面均應(yīng)按檢測系統(tǒng)的要求給以滿足。要求給以滿足。 按照光輻射按照光輻射來源來源不同，通常將光源分成兩大類：不同，通常將光源分成兩大類：自然光源自然光源和和人工光源人工光源。在光電檢測系統(tǒng)中，除對自然。在光電檢測系統(tǒng)中，除對自然光源的特性進行直接測量外光源的特性進行直接測量外很少采用很

31、少采用它們做為檢測它們做為檢測其它物理量的光源。其它物理量的光源。 自然光源主要包括自然光源主要包括太陽、月亮、恒星太陽、月亮、恒星和和天空天空等。等。這些光源對地面輻射通常這些光源對地面輻射通常很不穩(wěn)定很不穩(wěn)定，且，且無法控制無法控制，為，為了解各種自然光照在不同條件廠的大致數(shù)量范圍，給了解各種自然光照在不同條件廠的大致數(shù)量范圍，給出了下面一些數(shù)據(jù)表，供使用時參考。出了下面一些數(shù)據(jù)表，供使用時參考。 星的亮暗程度用地面所接收到的照度來衡量，具星的亮暗程度用地面所接收到的照度來衡量，具體表示為體表示為星等數(shù)字星等數(shù)字的大小。的大小。 星等數(shù)字星等數(shù)字愈大愈大，對地面的照度，對地面的照度愈弱愈弱

32、，并規(guī)定，并規(guī)定零等星零等星對地面的照度為對地面的照度為2.652.6510106 61x1x。各星等間每差五等，其。各星等間每差五等，其照度差為照度差為l00l00倍。所以相鄰兩等星的照度比為：倍。所以相鄰兩等星的照度比為： 若有若有m m等星和等星和n n等星，當(dāng)?shù)刃牵?dāng)m m等星比等星比n n等星亮?xí)r，則有等星亮?xí)r，則有n nm m，而這兩顆星對地面產(chǎn)生的照度比為：，而這兩顆星對地面產(chǎn)生的照度比為：)(512. 21005倍倍 應(yīng)當(dāng)注意，比零等星更亮的星等為負數(shù)，且星應(yīng)當(dāng)注意，比零等星更亮的星等為負數(shù)，且星等數(shù)不一定是整數(shù)。等數(shù)不一定是整數(shù)。 在光電檢測系統(tǒng)中，大量采用的是人工光源。在光

33、電檢測系統(tǒng)中，大量采用的是人工光源。按其工作原理不向，人工光源大致可以分為按其工作原理不向，人工光源大致可以分為熱光源熱光源、氣體放電光源氣體放電光源、固體光源固體光源及及激光光源激光光源。 激光光源激光光源固體光源固體光源氣體放電管氣體放電管氣體燈氣體燈封閉式封閉式電火花放電光源電火花放電光源電弧放電光源電弧放電光源開放式開放式氣體放電光源氣體放電光源熱光源熱光源 電致發(fā)光電致發(fā)光是電能直接轉(zhuǎn)換為光能的發(fā)光現(xiàn)象。是電能直接轉(zhuǎn)換為光能的發(fā)光現(xiàn)象。實現(xiàn)這種發(fā)光的材料很多，可以分為以下幾類：實現(xiàn)這種發(fā)光的材料很多，可以分為以下幾類：1 1）無機粉末發(fā)光無機粉末發(fā)光：又分為交流（：又分為交流（ACA

34、C）與直流）與直流（DCDC）發(fā)光，后者由于技術(shù)問題，一直未能大規(guī)模）發(fā)光，后者由于技術(shù)問題，一直未能大規(guī)模實際應(yīng)用，研究生產(chǎn)處于停頓。實際應(yīng)用，研究生產(chǎn)處于停頓。2 2）無機薄膜發(fā)光無機薄膜發(fā)光：于：于7070年代末期開始小規(guī)模使用年代末期開始小規(guī)模使用真空濺射技術(shù)，主要用于終端顯示器件，目前處于真空濺射技術(shù)，主要用于終端顯示器件，目前處于緩慢發(fā)展狀態(tài)。緩慢發(fā)展狀態(tài)。3 3）無機厚膜發(fā)光無機厚膜發(fā)光：于：于9090年代末開始小規(guī)模生產(chǎn)，年代末開始小規(guī)模生產(chǎn)，主要應(yīng)用于大屏幕電視，現(xiàn)處于規(guī)?；芯可a(chǎn)前主要應(yīng)用于大屏幕電視，現(xiàn)處于規(guī)?；芯可a(chǎn)前期狀態(tài)。期狀態(tài)。4 4）有機分子發(fā)光有機分子發(fā)光

35、（OELOEL或或OLEDOLED）。）。 于于9090年代末開始小年代末開始小規(guī)模生產(chǎn)，主要應(yīng)用于規(guī)模生產(chǎn)，主要應(yīng)用于小屏幕電視顯示，如手小屏幕電視顯示，如手機。現(xiàn)處于大規(guī)?；鷻C?，F(xiàn)處于大規(guī)模化生產(chǎn)前期狀態(tài)。產(chǎn)前期狀態(tài)。 OLED OLED是一項是一項魔幻般魔幻般的技術(shù)，未來可以發(fā)展的技術(shù)，未來可以發(fā)展為將電視機、電腦顯示為將電視機、電腦顯示屏隨意的折疊。屏隨意的折疊。 一、一、無機粉末發(fā)光無機粉末發(fā)光（EL, Electroluminescent EL, Electroluminescent ）5 5）P-NP-N結(jié)發(fā)光器件（結(jié)發(fā)光器件（LEDLED，發(fā)光二極管，發(fā)光二極管）。已經(jīng)成）。

36、已經(jīng)成熟應(yīng)用。熟應(yīng)用。 當(dāng)當(dāng)熒光材料熒光材料在足夠強的在足夠強的電場電場或或電流電流作用下，被作用下，被激發(fā)而發(fā)光構(gòu)成電致發(fā)光屏。按激發(fā)電源不同，又激發(fā)而發(fā)光構(gòu)成電致發(fā)光屏。按激發(fā)電源不同，又有有交流交流和和直流直流電致激發(fā)屏兩種。電致激發(fā)屏兩種。 1 1交流粉末場致發(fā)光屏交流粉末場致發(fā)光屏(AC-EL)(AC-EL) 該發(fā)光屏的結(jié)構(gòu)如圖所該發(fā)光屏的結(jié)構(gòu)如圖所示。其中鋁箔和透明導(dǎo)電膜示。其中鋁箔和透明導(dǎo)電膜作為兩個電極，透明導(dǎo)電膜作為兩個電極，透明導(dǎo)電膜通常用氧化錫制成；高介電通常用氧化錫制成；高介電常數(shù)的反射層常用搪瓷或鈦常數(shù)的反射層常用搪瓷或鈦酸鋇等制成，用以反射光束，酸鋇等制成，用以反射

37、光束，將光集中到上方輸出。將光集中到上方輸出。 粉層中自由電子在強電場作用下加速而獲得很粉層中自由電子在強電場作用下加速而獲得很高的能量，它們撞擊發(fā)光中心，使其受激而處于高的能量，它們撞擊發(fā)光中心，使其受激而處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)激發(fā)態(tài)復(fù)原為基態(tài)時產(chǎn)生復(fù)合發(fā)光。激發(fā)態(tài)，當(dāng)激發(fā)態(tài)復(fù)原為基態(tài)時產(chǎn)生復(fù)合發(fā)光。交流場致發(fā)光屏的交流場致發(fā)光屏的工作原理工作原理： 熒光粉層由熒光粉層由熒光粉熒光粉(Zns)(Zns)、樹脂樹脂和和搪瓷搪瓷等混合而等混合而成，厚度很薄。玻璃板起支撐、保護和透光作用、為成，厚度很薄。玻璃板起支撐、保護和透光作用、為使發(fā)光屏發(fā)光均勻，每層的厚度部應(yīng)十分均勻。使發(fā)光屏發(fā)光均勻，每層的厚度

38、部應(yīng)十分均勻。發(fā)光亮度的經(jīng)驗公式為：發(fā)光亮度的經(jīng)驗公式為： 上式中上式中A A和和b b為與為與f f有關(guān)的常數(shù)。有關(guān)的常數(shù)。優(yōu)點：優(yōu)點：光發(fā)射角大、光線柔和、壽命長、功耗小、光發(fā)射角大、光線柔和、壽命長、功耗小、發(fā)光響應(yīng)速度快、不發(fā)熱、幾乎無紅外輻射和不產(chǎn)發(fā)光響應(yīng)速度快、不發(fā)熱、幾乎無紅外輻射和不產(chǎn)生放射線。生放射線。缺點：缺點：是發(fā)光亮度低，驅(qū)動電壓高和老化快。是發(fā)光亮度低，驅(qū)動電壓高和老化快。應(yīng)用：應(yīng)用：這種發(fā)光屏主要用在儀表及暗環(huán)境下的特殊照這種發(fā)光屏主要用在儀表及暗環(huán)境下的特殊照明；比如：飛機與汽車儀表的照明，廣告屏等明；比如：飛機與汽車儀表的照明，廣告屏等 。 1982 1982年

39、中科院年中科院長春物理所長春物理所成功的研制了成功的研制了4X44X4米的米的矩陣式超大型塑料發(fā)光屏幕，并在北京人民大會堂矩陣式超大型塑料發(fā)光屏幕，并在北京人民大會堂大禮堂懸掛應(yīng)用大禮堂懸掛應(yīng)用1010年之久。年之久。二、二、有機分子發(fā)光有機分子發(fā)光（OELOEL或或OLEDOLED）最早推出最早推出OLEDOLED的廠商是索的廠商是索尼公司，早在尼公司，早在20042004年索尼年索尼就推出了采用就推出了采用OLEDOLED屏幕的屏幕的掌上電腦掌上電腦VZ90VZ90 左圖為：左圖為：APODAPOD青蘋果青蘋果 AP629AP629采用的就是采用的就是OLEDOLED屏屏 盈泰光電盈泰光電

40、索尼在東京召開的顯示索尼在東京召開的顯示器器20082008大會上展示了一大會上展示了一款電致發(fā)光顯示器，僅款電致發(fā)光顯示器，僅有一張打印紙那么薄有一張打印紙那么?。ǎ?。（）。 “OELD “OELD是很夢幻很令人向往，然而，由于是很夢幻很令人向往，然而，由于OELDOELD產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，使其制造成本偏高，在全球范圍內(nèi)，尚無業(yè)鏈不成熟，使其制造成本偏高，在全球范圍內(nèi)，尚無廠家盈利。廠家盈利。” 在邱成峰的帶領(lǐng)下，兩條有機發(fā)光顯示器生產(chǎn)線已在邱成峰的帶領(lǐng)下，兩條有機發(fā)光顯示器生產(chǎn)線已經(jīng)開發(fā)制造出多款產(chǎn)品樣品，并可進行小批量生產(chǎn)。經(jīng)開發(fā)制造出多款產(chǎn)品樣品，并可進行小批量生產(chǎn)。視頻 三、發(fā)光二極管

41、三、發(fā)光二極管 它是由它是由P P型和型和N N型半導(dǎo)體組合而成的二極管，當(dāng)型半導(dǎo)體組合而成的二極管，當(dāng)在在PNPN結(jié)上施加正向電壓時產(chǎn)生發(fā)光。結(jié)上施加正向電壓時產(chǎn)生發(fā)光。 為能將所發(fā)光引出，通常為能將所發(fā)光引出，通常將將P P型半導(dǎo)體充分減薄，于是結(jié)型半導(dǎo)體充分減薄，于是結(jié)中復(fù)合發(fā)光主要從垂直于中復(fù)合發(fā)光主要從垂直于P P一一N N結(jié)的結(jié)的P P型區(qū)發(fā)出。型區(qū)發(fā)出。 在在PNPN結(jié)上施加正向電壓，則促進多子擴散運動結(jié)上施加正向電壓，則促進多子擴散運動的進行，即從的進行，即從N N區(qū)流向區(qū)流向P P區(qū)的電子和從區(qū)的電子和從P P區(qū)流向區(qū)流向N N區(qū)的空區(qū)的空穴同時增多，于是有大量的電子與空穴在

42、穴同時增多，于是有大量的電子與空穴在PNPN結(jié)相遇結(jié)相遇復(fù)合，并以光和熱的形式放出能量。復(fù)合，并以光和熱的形式放出能量。 2 2、發(fā)光二極管的、發(fā)光二極管的主要特點主要特點：1 1）發(fā)光亮度與正向電流之間在電流低于）發(fā)光亮度與正向電流之間在電流低于25mA25mA時，時，基本呈線性關(guān)系?；境示€性關(guān)系。 當(dāng)電流高于當(dāng)電流高于25mA25mA時，由時，由于于P-NP-N結(jié)發(fā)熱而使曲線彎曲。結(jié)發(fā)熱而使曲線彎曲。 正是由于這種線性關(guān)正是由于這種線性關(guān)系使之可以通過改變電流系使之可以通過改變電流大小的方法，對所發(fā)光量進大小的方法，對所發(fā)光量進行調(diào)制。行調(diào)制。 2 2）發(fā)光二極管的響應(yīng)速度極快，時間常數(shù)

43、約為）發(fā)光二極管的響應(yīng)速度極快，時間常數(shù)約為10106 610109 9s s也就是說它有著良好的頻率特性。故其調(diào)制也就是說它有著良好的頻率特性。故其調(diào)制頻率可以很高。頻率可以很高。 3 3）發(fā)光二極管的正向電壓很低，約）發(fā)光二極管的正向電壓很低，約2v2v左右，可直左右，可直接與集成電路匹配使用。接與集成電路匹配使用。 4 4）發(fā)光二極管還具有小巧輕便、耐振動、壽命長）發(fā)光二極管還具有小巧輕便、耐振動、壽命長( (大于大于5000h)5000h)和單色性好等一系列優(yōu)點，使其應(yīng)用和單色性好等一系列優(yōu)點，使其應(yīng)用越來越廣泛。越來越廣泛。 5 5）主要缺點：主要缺點：發(fā)光效率低；有效發(fā)光面很難做大

44、；發(fā)光效率低；有效發(fā)光面很難做大；另外，發(fā)出短波光另外，發(fā)出短波光( (如藍紫色如藍紫色) )的材料極少，制成的的材料極少，制成的短波發(fā)光二極管的價格昂貴?？朔@些缺點將位發(fā)短波發(fā)光二極管的價格昂貴?？朔@些缺點將位發(fā)光二極管作用及應(yīng)用范圍劇增。光二極管作用及應(yīng)用范圍劇增。Tt1t2msCRRt397)(693. 0211 msCRt5 . 6693. 012 應(yīng)用示例：應(yīng)用示例： 下面就是一下面就是一種閃爍發(fā)光電路，種閃爍發(fā)光電路，該電路正常工作該電路正常工作時，兩只時，兩只發(fā)光二發(fā)光二極管極管將同時一閃將同時一閃一閃地發(fā)光。一閃地發(fā)光。ledled電視電視 嚴格意義上的嚴格意義上的LEDL

45、ED電視是指電視是指完全采用完全采用LEDLED（發(fā)光二極管）做（發(fā)光二極管）做為顯像器件的電視機，一般用于為顯像器件的電視機，一般用于低精度顯示或戶外大屏幕。低精度顯示或戶外大屏幕。 目前中國大陸地區(qū)家電行業(yè)中通常所指的目前中國大陸地區(qū)家電行業(yè)中通常所指的LEDLED電視嚴電視嚴格的名稱是格的名稱是“LEDLED背光源液晶電視背光源液晶電視”，是指以，是指以LEDLED做為做為背光源的液晶電視，仍是背光源的液晶電視，仍是LCDLCD的一種。的一種。 液晶必須借助額外的光源才能發(fā)光。目前液晶必須借助額外的光源才能發(fā)光。目前LCDLCD電視常電視常用的背光源有用的背光源有CCFL(CCFL(冷陰

46、極熒光燈管，也就是我們常見的冷陰極熒光燈管，也就是我們常見的日光燈日光燈) )、LED(LED(發(fā)光二極管發(fā)光二極管) )、HCFL(HCFL(熱陰極熒光燈管熱陰極熒光燈管) )等等幾種。其中幾種。其中CCFLCCFL是目前最常用的是目前最常用的LCDLCD背光源，目前通常也背光源，目前通常也稱傳統(tǒng)背光源。稱傳統(tǒng)背光源。 因此，如果按照背光源的類型來劃分因此，如果按照背光源的類型來劃分LCDLCD電視的種電視的種類，即可以分成：類，即可以分成： CCFLCCFL背光源背光源LCDLCD（也即通常所謂的（也即通常所謂的“傳統(tǒng)液晶電傳統(tǒng)液晶電視視”、“LCD”LCD”）；）； LEDLED背光源背

47、光源LCDLCD（也即通常所謂的（也即通常所謂的“LEDLED電視電視”）；）； HCFLHCFL背光源背光源LCDLCD（適合于較大尺寸電視，可以應(yīng)用（適合于較大尺寸電視，可以應(yīng)用到到6666英寸產(chǎn)品，市面上較少）；英寸產(chǎn)品，市面上較少）； 目前，南昌已經(jīng)形成目前，南昌已經(jīng)形成LEDLED從從研發(fā)研發(fā)到到生產(chǎn)生產(chǎn)，再到，再到應(yīng)用應(yīng)用的的完整產(chǎn)業(yè)鏈。完整產(chǎn)業(yè)鏈。 晶能光電依托南昌大學(xué)開發(fā)的硅襯底藍光晶能光電依托南昌大學(xué)開發(fā)的硅襯底藍光LEDLED外外延片、芯片技術(shù)，打造南昌延片、芯片技術(shù)，打造南昌LEDLED產(chǎn)業(yè)園，產(chǎn)業(yè)園，20102010年公司年公司形成年產(chǎn)形成年產(chǎn)100100億粒藍、綠光芯

48、片的產(chǎn)能。億粒藍、綠光芯片的產(chǎn)能。 據(jù)南昌市政府相關(guān)負責(zé)人介紹，目前南昌已有據(jù)南昌市政府相關(guān)負責(zé)人介紹，目前南昌已有聯(lián)創(chuàng)光電聯(lián)創(chuàng)光電、晶能光電晶能光電等一批等一批LEDLED企業(yè)，初步形成了從企業(yè)，初步形成了從研發(fā)到生產(chǎn)，再到應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)報道，維研發(fā)到生產(chǎn)，再到應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)報道，維修后的八一大橋以及改造完的陽明路、八一大道，修后的八一大橋以及改造完的陽明路、八一大道，都已使用都已使用LEDLED路燈。路燈。 目前實用的發(fā)光二極管大多用目前實用的發(fā)光二極管大多用族半導(dǎo)體族半導(dǎo)體材料制成。如磷化鎵、砷化鎵和磷砷化鎵等。材料制成。如磷化鎵、砷化鎵和磷砷化鎵等。3 3、目前常用的幾種發(fā)

49、光二極管及特點：、目前常用的幾種發(fā)光二極管及特點： 在磷化鎵中摻入鋅和氧時，所形成的復(fù)合物在磷化鎵中摻入鋅和氧時，所形成的復(fù)合物可發(fā)紅光，發(fā)光中心波長為，其帶寬為?？砂l(fā)紅光，發(fā)光中心波長為，其帶寬為。 當(dāng)摻入鋅和氮時，器件可發(fā)綠光，其發(fā)光的當(dāng)摻入鋅和氮時，器件可發(fā)綠光，其發(fā)光的中心波長為，而帶寬約為。中心波長為，而帶寬約為。 1 1）磷化嫁（）磷化嫁（GaPGaP）發(fā)光二極管）發(fā)光二極管 2 2）砷化鎵）砷化鎵(GaAs)(GaAs)發(fā)光二極管發(fā)光二極管 砷化鎵發(fā)光二極管的發(fā)光效率較高。該二極管發(fā)砷化鎵發(fā)光二極管的發(fā)光效率較高。該二極管發(fā)出近紅外光，中心波長為，帶寬為。出近紅外光，中心波長為，

50、帶寬為。 這種發(fā)光二極管的最大優(yōu)點是這種發(fā)光二極管的最大優(yōu)點是脈沖響應(yīng)快脈沖響應(yīng)快，時，時間常數(shù)約為幾十名微秒，所以能產(chǎn)生高頻調(diào)制的光間常數(shù)約為幾十名微秒，所以能產(chǎn)生高頻調(diào)制的光束，這使它的應(yīng)用十分廣泛。如用于光纖通訊、紅束，這使它的應(yīng)用十分廣泛。如用于光纖通訊、紅外夜視等多種領(lǐng)域中。外夜視等多種領(lǐng)域中。3.3.磷砷化嫁磷砷化嫁(GaAs(GaAs1-x1-xP Px x) )發(fā)光二極管發(fā)光二極管 當(dāng)磷砷化嫁的材料含量比不同時，即當(dāng)磷砷化嫁的材料含量比不同時，即x x內(nèi)內(nèi)1 1一一0 0變化，變化，其發(fā)光光譜可從變化到。所以，可以制成不同發(fā)光顏其發(fā)光光譜可從變化到。所以，可以制成不同發(fā)光顏色的

51、發(fā)光二極管。色的發(fā)光二極管。 一般取一般取x0. 4x0. 4，于是有，于是有，。1.2.5 1.2.5 激光光源激光光源 它們是以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器。它們是以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器。其結(jié)構(gòu)原理與發(fā)光二極管十分類似。其結(jié)構(gòu)原理與發(fā)光二極管十分類似。 如圖為注入式砷化鎵如圖為注入式砷化鎵激光二極管。將激光二極管。將PNPN結(jié)切結(jié)切成長方塊，其側(cè)面磨成非成長方塊，其側(cè)面磨成非反射面、二極管的端面是反射面、二極管的端面是平行平面，構(gòu)成端部反射平行平面，構(gòu)成端部反射鏡。鏡。 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器，重量輕重量輕，壽命長壽命長，具有，具有高的轉(zhuǎn)換效率。如砷化嫁激光器的效率可達高的轉(zhuǎn)

52、換效率。如砷化嫁激光器的效率可達2020，壽命超過一萬小時。壽命超過一萬小時。 半導(dǎo)體激光器是目前最被重視的激光器，它的半導(dǎo)體激光器是目前最被重視的激光器，它的商品化程度高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，新型商品化程度高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，新型的半導(dǎo)體激光器也在不斷出現(xiàn)。的半導(dǎo)體激光器也在不斷出現(xiàn)。 目前可制成波長可從到目前可制成波長可從到1 16m6m功率可由功率可由mwmw數(shù)數(shù)量級到量級到w w數(shù)量級的多種類型半導(dǎo)體激光器。數(shù)量級的多種類型半導(dǎo)體激光器。 它們可應(yīng)用于它們可應(yīng)用于光通訊技術(shù)光通訊技術(shù)、光存儲技術(shù)光存儲技術(shù)、光集光集成技術(shù)成技術(shù)、光計算機光計算機和和激光器泵浦激光器泵浦等

53、領(lǐng)域中。等領(lǐng)域中。 激光光束細小，且?guī)е薮蟮墓β剩缬猛哥R聚激光光束細小，且?guī)е薮蟮墓β?，如用透鏡聚焦，可將能量集中到微小的面積上，產(chǎn)生巨大的熱量。焦，可將能量集中到微小的面積上，產(chǎn)生巨大的熱量?？蓱?yīng)用于可應(yīng)用于打細小孔打細小孔、切割切割等工作；在醫(yī)療上做等工作；在醫(yī)療上做手術(shù)刀手術(shù)刀；大功率的大功率的激光武器激光武器等。等。二、激光器的主要用途：二、激光器的主要用途： (1) (1)激光用作熱源。激光用作熱源。金運小型激光打標機加工演示ESP回顧、激光焊接、簡訊煙臺冠金激光切割(2)(2)激光測距。激光測距。 激光作為測距光源由于方向性好、功率大，激光作為測距光源由于方向性好、功率大，可

54、測很遠的距離，精度很高?？蓽y很遠的距離，精度很高。(3)(3)激光通訊。激光通訊。(4)(4)受控核聚變受控核聚變中的應(yīng)用。中的應(yīng)用。 將激光射到氘與氚混合體中，激光所帶給它們將激光射到氘與氚混合體中，激光所帶給它們巨大能量，產(chǎn)生高壓與高溫，促使兩種原子核聚合巨大能量，產(chǎn)生高壓與高溫，促使兩種原子核聚合為氦與中子，并同時放出巨大輻射能量。由于激光為氦與中子，并同時放出巨大輻射能量。由于激光能量可控制，所以該過程稱為受控核聚變。能量可控制，所以該過程稱為受控核聚變。1.3.1 1.3.1 常用光電探測器分類常用光電探測器分類 凡是能把光輻射量轉(zhuǎn)換為電量的探測器，都稱凡是能把光輻射量轉(zhuǎn)換為電量的探

55、測器，都稱為光電探測。為光電探測。從物理效應(yīng)通常分為兩類：從物理效應(yīng)通常分為兩類： 光熱探測器光熱探測器光電磁光電磁光生伏特光生伏特光電導(dǎo)光電導(dǎo)光電子發(fā)射光電子發(fā)射光子探測器光子探測器溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng) 由兩種不同材料制成的結(jié)點由于受到某種因素作用而出現(xiàn)由兩種不同材料制成的結(jié)點由于受到某種因素作用而出現(xiàn)了溫差，就有可能在兩結(jié)點間產(chǎn)生電動勢，回路中產(chǎn)生電流，了溫差，就有可能在兩結(jié)點間產(chǎn)生電動勢，回路中產(chǎn)生電流，這就是溫差電效應(yīng)。光照射結(jié)點產(chǎn)生溫差變化也能造成溫差電這就是溫差電效應(yīng)。光照射結(jié)點產(chǎn)生溫差變化也能造成溫差電效應(yīng)。效應(yīng)。 溫差電效應(yīng)根據(jù)具體作用原理及表現(xiàn)形式，有賽貝克效應(yīng)、溫差電效應(yīng)根

56、據(jù)具體作用原理及表現(xiàn)形式，有賽貝克效應(yīng)、帕爾貼效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)三種。目前主要應(yīng)用前兩個效應(yīng)，賽貝帕爾貼效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)三種。目前主要應(yīng)用前兩個效應(yīng)，賽貝克效應(yīng)應(yīng)用在半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)上面，而帕爾貼效應(yīng)應(yīng)用在半克效應(yīng)應(yīng)用在半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)上面，而帕爾貼效應(yīng)應(yīng)用在半導(dǎo)體致冷。導(dǎo)體致冷。 塞貝克（塞貝克（SeebackSeeback）效應(yīng)，又稱作第一熱電效應(yīng)，它是指由于）效應(yīng)，又稱作第一熱電效應(yīng)，它是指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。壓差的熱電現(xiàn)象。溫差電制冷：如紅酒柜、啤酒機、小冰箱等，由于其制冷效果溫差

57、電制冷：如紅酒柜、啤酒機、小冰箱等，由于其制冷效果沒有壓縮機制冷效果好，并且最好的制冷溫度也在沒有壓縮機制冷效果好，并且最好的制冷溫度也在0 0度左右，所度左右，所以還不能取代冰柜、冰箱。溫差發(fā)電：可以做一些熱水發(fā)電，以還不能取代冰柜、冰箱。溫差發(fā)電：可以做一些熱水發(fā)電，汽車尾氣發(fā)電，還有一些工業(yè)廢熱發(fā)電，這些還只在實驗室研汽車尾氣發(fā)電，還有一些工業(yè)廢熱發(fā)電，這些還只在實驗室研究，目前轉(zhuǎn)換效率較低，還未能應(yīng)有到實際當(dāng)中。究，目前轉(zhuǎn)換效率較低，還未能應(yīng)有到實際當(dāng)中。 兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)回路中存在直流電兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)回路中存在直流電流時，兩個接頭之間將產(chǎn)生溫差。這就是珀

58、爾帖效應(yīng)流時，兩個接頭之間將產(chǎn)生溫差。這就是珀爾帖效應(yīng)（PeltierEffectPeltierEffect）。帕爾帖效應(yīng)可以視為塞貝克效應(yīng)的反效）。帕爾帖效應(yīng)可以視為塞貝克效應(yīng)的反效應(yīng)。通常將塞貝克效應(yīng)稱為熱電第一效應(yīng)，帕爾帖效應(yīng)稱作應(yīng)。通常將塞貝克效應(yīng)稱為熱電第一效應(yīng)，帕爾帖效應(yīng)稱作熱電第二效應(yīng)，湯姆遜效應(yīng)則稱作熱電第三效應(yīng)。帕爾帖效熱電第二效應(yīng)，湯姆遜效應(yīng)則稱作熱電第三效應(yīng)。帕爾帖效應(yīng)是法國科學(xué)家珀爾帖于應(yīng)是法國科學(xué)家珀爾帖于18341834年發(fā)現(xiàn)的。年發(fā)現(xiàn)的。 一、光子探測器一、光子探測器 在光電探測器的發(fā)展中，最受重視的是入射光在光電探測器的發(fā)展中，最受重視的是入射光子和材料中的電子

59、發(fā)生各相互作用的光電子效應(yīng)。子和材料中的電子發(fā)生各相互作用的光電子效應(yīng)。幾乎所有情況下，所用的材料都是半導(dǎo)體。幾乎所有情況下，所用的材料都是半導(dǎo)體。 在眾多的光電子效應(yīng)中，只有光電子發(fā)射效應(yīng)、在眾多的光電子效應(yīng)中，只有光電子發(fā)射效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電磁效應(yīng)得到廣泛光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電磁效應(yīng)得到廣泛的應(yīng)用。的應(yīng)用。 基于光電子發(fā)射效應(yīng)的器件在吸收了大于紅外基于光電子發(fā)射效應(yīng)的器件在吸收了大于紅外波長的光子能量以后器件材料中的波長的光子能量以后器件材料中的，這種器件稱為外光電效應(yīng)器件。，這種器件稱為外光電效應(yīng)器件。 基于光電導(dǎo)、光伏特和光電磁效應(yīng)的器件。在基于光電導(dǎo)、光伏特

60、和光電磁效應(yīng)的器件。在吸收了大于紅外波長的光子能量以后，器件材料中吸收了大于紅外波長的光子能量以后，器件材料中出現(xiàn)光生自由電子和空穴，這種器件稱為內(nèi)光電效出現(xiàn)光生自由電子和空穴，這種器件稱為內(nèi)光電效應(yīng)器件。應(yīng)器件。內(nèi)、外光電效應(yīng)及器件的區(qū)分內(nèi)、外光電效應(yīng)及器件的區(qū)分1 1）外光電效應(yīng)及器件）外光電效應(yīng)及器件2 2）內(nèi)光電效應(yīng)及器件）內(nèi)光電效應(yīng)及器件思考題：簡述內(nèi)外光電效應(yīng)的區(qū)別，列舉一些常用的利用內(nèi)光思考題：簡述內(nèi)外光電效應(yīng)的區(qū)別，列舉一些常用的利用內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)的器件。電效應(yīng)和外光電效應(yīng)的器件。1 1）光電子發(fā)射探測器）光電子發(fā)射探測器利用外光電效應(yīng)。利用外光電效應(yīng)。a) a) 基本