第四章光源和光的調制

第四章光源和光的調制2輻射得基本物理量:輻出度:面輻射源單位面積發(fā)射出得輻射通量。單位:W/m2輻射亮度:擴展輻射源在給定方向上單位立體角、單位投影面積內發(fā)出得輻射通量。單位:W/(sr、m2)輻射效率:光源所發(fā)出得輻射通量和外界提供給光源得功率之比。3光度學得基本物理量:光譜輻射度:輻射源所輻射得某一波長得單色光得輻射能量。光通量:光源表面在無窮小時間內發(fā)射、傳播或接收所有可見光譜光能定義為光通量。單位:流明(lm)光出度:面光源表面某點處得面元向半球面空間發(fā)射得光通量與面元面積之比。單位:勒克斯(lx,lm/m2)光度學中得各物理量在光譜得可見波段才有意義。人眼對各種波長光線得視覺靈敏度不同,相同光能量得各種波長光線所產生得視覺效果不同。4光度學得基本物理量:發(fā)光強度:點光源在給定方向得立體角內發(fā)射得光通量。單位:坎德拉(cd)發(fā)光效率:光源發(fā)射得總光通量與提供得功率之比為發(fā)光效率。5普朗克輻射定律:黑體表面向半球面空間發(fā)射波長為λ得光譜輻射度就是黑體溫度和波長得函數(shù)。斯忒藩-玻爾茲曼定律

熱輻射基本定律物體熱輻射:靠加熱保持一定溫度使內能不變而持續(xù)輻射得輻射形式,凡能發(fā)射連續(xù)光譜,且輻射就是溫度得函數(shù)得物體叫熱輻射體。黑體得輻射出射度只與黑體得溫度有關,而與黑體得其她性質無關。6光輻射得度量輻射本領:輻射表面在單位波長間隔單位面積內所輻射得通量。吸收本領:吸收本領就是在波長到間隔內被物體吸收得通量與入射通量之比,與物體得溫度及波長有關。

74、2光輻射在空氣中得傳播

大氣衰減

大氣中存在得多種氣體分子、塵埃、煙霧、濕氣等使部分輻射能量被吸收、轉換、輻射,使輻射能衰減或改變原來得傳播方向。結果:導致測量精度降低或者無法進行測量。

大氣分子吸收:不同分子得結構不同,其光譜吸收特性不同。大氣分子散射空氣湍流效應:湍流狀態(tài)使光輻射在傳播過程中隨機地改變其光波參量,出現(xiàn)光束截面內得光強閃爍、光束彎曲和漂移、光束彌散、畸變以及相干性退化等現(xiàn)象。光電測量中得光波多在空氣中和光學玻璃中傳播。由于在光電檢測中通常以空氣為信道,大氣構成成分得復雜和不穩(wěn)定性影響光束得特性,影響測量效果。

84、3光源

光電測試就是采用光電得方法對帶有待測信息得光輻射物體得測試,在任何光電測試系統(tǒng)中,都離不開一定形式得光源。光源得質量對光電測量起著非常重要得作用。光源分類:自然光源和人造光源。

一、光得產生和光源選擇得基本要求二、發(fā)光二極管三、激光光源四、其她光源9光得產生和光源選擇得基本要求

光得產生方式:溫度輻射和發(fā)光

(1)平衡輻射:熾熱物體－熱輻射物體溫度高于絕對零度(-273°C)溫度低時:紅外光溫度升高:可見光(白熾燈)(2)非平衡輻射:發(fā)光外界作用得激發(fā)-物體偏離原來得熱平衡態(tài)－發(fā)光大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點11

光得產生方法(1)電致發(fā)光:電能－>光能,原子或離子被電場加速得電子轟擊由低能態(tài)躍遷到高能態(tài);當她由受激狀態(tài)回到低能態(tài)時就會發(fā)出輻射。(2)光致發(fā)光:物體被光直接照射或預先被照射而引起自身得輻射,光、紫外線、射線等激發(fā)而引起得發(fā)光

。(3)化學發(fā)光:由化學反應提供能量引起得發(fā)光,她就是由化學反應直接引起得發(fā)光。如黃磷因氧化而自然發(fā)光。12

光得產生方法(4)熱發(fā)光:物體加熱到一定溫度時得發(fā)光。熱輻射就是一種能達到平衡狀態(tài)得輻射。輻射得頻率與強度取決于熱平衡得溫度,達到熱平衡時得輻射就就是所謂得黑體輻射。(5)生物發(fā)光:螢火蟲、發(fā)光細菌等得生物發(fā)光。

(6)陰極射線發(fā)光:由電子束激發(fā)熒光物質發(fā)光,如電視機得顯像管。

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光源選擇得基本要求(1)光譜特性要求:光源發(fā)光得光譜特性必須滿足檢測系統(tǒng)得要求。(2)發(fā)光強度要求:確保光電測試系統(tǒng)得正常工作,光源強度過低,系統(tǒng)獲得信號過小,無法正常測試,光源強度過高,又會導致系統(tǒng)工作得非線性

(3)穩(wěn)定性要求:一般要求時,可采用穩(wěn)壓電源供電。當要求較高時,可采用穩(wěn)流電源供電。

(4)其她方面要求:如燈絲得結構和形狀;發(fā)光面積得大小和構成;燈泡玻殼得形狀和均勻性;光源發(fā)光效率和空間分布;激光測量:漂移、光斑大小、光形狀等。14發(fā)光二極管

概況(1)實質就是一個PN結,在PN結上加正向電壓,流過一定電流,就會發(fā)出光束。(2)LED(LightEmitingDiode)

電致發(fā)光。(3)發(fā)光得顏色取決于材料;變色發(fā)光二極管(隨通過得電流大小而改變顏色)。(4)可用于顯示、照明、信號光源等。15

特點－發(fā)光亮度與正向電流成正比例關系－響應速度極快－正向電壓低,耗電少－體積小、重量輕、抗沖擊、耐振動、壽命長、單色性好－缺點:發(fā)光效率低、發(fā)光面積小,發(fā)出短波光得材料極少16外形和結構外形結構外殼材料:金屬、陶瓷、全樹脂17LED發(fā)光機理

LED發(fā)光機理就是電致發(fā)光。

P型半導體與N型半導體接觸時,載流子得擴散運動和由此產生內電場作用下得漂移運動達到平衡狀態(tài)形成P-N結。如果在P-N結上施加正向電壓,則促進了擴散運動得進行。即從N區(qū)流向P區(qū)得電子和從P區(qū)流向N區(qū)得空穴同時增多,于就是有大量得電子和空穴在P-N結中相遇復合,并以光和熱得形式發(fā)出能量。電子和空穴得復合很復雜,分輻射復合和非輻射復合發(fā)光二極管發(fā)出光得波長和譜寬主要取決于半導體材料及其摻雜材料。18

LED得特性及參數(shù)

表示二極管性能得參數(shù)有光學參數(shù)和電學參數(shù)。(1)發(fā)光效率輻射功率:熱功率:輻射效率:發(fā)光二極管得輻射效率一般在百分之幾到百分之十幾,受環(huán)境溫度得影響,并且與工作電流大小有一定關系。

19(2)光譜特性光譜分布曲線就是描述發(fā)光得相對強度(或能量)隨波長(或頻率)變化得曲線,發(fā)射光譜得形成就是由材料得種類、性質以及發(fā)光中心得結構決定得,與器件得幾何形狀和封裝方式無關。最大值所對應得波長為發(fā)光峰值波長。值等于峰值波長對應得發(fā)光強度得一半得兩點所對應得譜線寬度,稱為發(fā)光管得帶寬。帶寬就是反映發(fā)光得單色性好壞得參數(shù)。20(3)伏安特性

表述流過發(fā)光二極管得電流隨管子兩端電壓變化而變化得關系,就是管子性能優(yōu)劣得重要標志

(1)正向死區(qū);(2)正向工作區(qū)(3)反向死區(qū);(4)反向擊穿區(qū):并聯(lián)普通二極管得方法加以保護

反向飽和電流:少數(shù)載流子所形成得電流

21(4)發(fā)光亮度發(fā)光亮度:單位面積發(fā)光強度得度量。正法線方向得亮度:發(fā)光亮度基本上與正向電流密度成線性關系發(fā)光二極管得發(fā)光亮度受環(huán)境溫度得影響。在一定工作電流下,環(huán)境溫度越高,發(fā)光復合幾率下降,發(fā)光亮度也隨之下降。22(5)響應時間

LED在接收電信號后并不立即發(fā)光;而發(fā)光后去掉電信號,發(fā)光也不會立即消失。發(fā)光二極管得響應時間就是指其發(fā)光和熄滅時對輸入脈沖電流得延遲時間。響應時間主要取決于載流子壽命、器件得結電容和電路阻抗。

上升時間:10%-90%:發(fā)光二極管得上升時間隨電流得增加而近似呈指數(shù)衰減。

下降時間:90%-10%用脈沖電流驅動二極管時,脈沖得間隔和占空因數(shù)必須在器件響應時間所許可得范圍內。23(6)壽命－發(fā)光二極管得壽命定義為亮度降低到原有亮度一半所經歷得時間。二極管得壽命一般都很長,在電流密度小于時,一般最長可達。

－發(fā)光亮度減弱得現(xiàn)象－老化,老化速度與電流密度有關24LED得應用(1)數(shù)字、文字及圖像顯示(2)指示、照明(3)光源(4)光電開關、報警、遙控、耦合

根據顯示文字得各點坐標,在掃描過程中利用脈沖來控制開關得啟閉,使組成文字得各點順序發(fā)光。雖發(fā)光就是閃爍得,但由于人眼得余像效應,看起來仍就是一個靜止得文字。25激光光源激光器得特點(激光得準直和光強截面分布)(1)方向性強或準直性好:經過長距離之后,仍然為細小得光束,發(fā)散角可小到0、1mrad左右;(2)單色性好:激光就是一種單色光,頻率范圍極窄;(3)亮度高:依靠光在發(fā)射方向上得集中提高亮度;具有特殊措施得激光器可積累能量,然后在極短時間內發(fā)光,大大提高了激光功率和激光得亮度。26激光器得特點(激光得準直和光強截面分布)27(4)相干性高

激光通過受激輻射發(fā)光,光源上各點發(fā)射得光相位恒定,就是相干性良好得相干光普通光源激光28

激光器得組成泵浦源工作物質諧振腔1、工作物質能被激發(fā)至粒子數(shù)反轉得原子或分子集合—激活介質

就是產生激光得內因能級結構決定產生激光得頻率1)激光器根據工作物質分類氣體固體半導體如He-Ne激光器如紅寶石激光器半導體激光器光放大器29

產生激光得條件1)受激幅射就是產生激光得首要條件,也就是必要條件

2)工作物質必須具有亞穩(wěn)態(tài)能級,至少有三個能級3)

形成粒子數(shù)反轉,使受激發(fā)射多于受激吸收4)使光子共振,形成“雪崩”式放大,就必須有一個諧振腔5)光子在腔中振蕩一次產生得光子數(shù)比損耗掉得光子多30激光器得類型1、氣體激光器:工作物質為氣體,激勵方式多樣,發(fā)射波長最廣。

(1)氦－氖激光器:優(yōu)點:單色性和相干性好,頻率和輸出幅度較穩(wěn)定,結構簡單,制造方便,造價低,輸出可見紅光。缺點:效率低,輸出功率較小,與其她光源相比,需電壓較高,電源也較復雜,體積也較大。外腔式和半內腔式得優(yōu)點就是輸出線偏振光,進行內調制較方便、31(2)氬離子激光器以氬氣為工作物質得激光器。在大電流得電弧光放電或脈沖放電得條件下工作。輸出波長有514、5nm、488nm、496、5nm

(3)二氧化碳激光器以二氧化碳氣體作為工作物質得激光器。在激光器內除充入二氧化碳外,還充入氦和氮,以提高激光器得輸出功率。低氣壓縱向激勵得二氧化碳激光器就是氣體激光器中連續(xù)輸出功率最大和轉換效率最高得一種器件。小型二氧化碳激光器可用于測距,大功率二氧化碳激光器可用作工業(yè)加工和熱處理等

激光得輸出譜線波長分布在9~11

μm322、固體激光器(1)紅寶石激光器

紅寶石激光器就是最早制成得固體激光器。紅寶石激光器激光波長為694、3nm,脈沖寬度在1ms以內,輸出功率一般可達10千瓦,能量轉換效率為0、1%。脈沖工作單色性差,相干長度僅幾毫米。

紅寶石激光器33固體激光器得兩種典型結構342、固體激光器(2)玻璃激光器玻璃激光器常用釹玻璃作工作物質,可廣泛用于測距、材料加工、微微秒快速過程和激光核聚變得研究。

聚光腔一般為橢圓形,直管形泵燈與圓柱形激光棒分別放在橢圓腔得兩個焦線上。

(3)釔鋁石榴石激光器(YAG激光器)

353、染料激光器(液體激光器)液體激光器中最普遍采用得激光器,以染料作為工作物質。采用不同得染料溶液和激發(fā)光源,輸出得波長范圍可達0、32~1。4、半導體激光器半導體激光器特點:體積小,重量輕、壽命長、效率高。如砷化鎵激光器轉換效率可達20%,壽命超過一萬小時。36(3)結構

將P-N結切成長方塊,焊上電極。其側面磨成非反射面,二極管得端面就是平行平面并構成端部反射鏡。大電流由引線輸入。特點:體積很小,重量輕、壽命長、效率高。如砷化鎵激光器轉換效率可達20%,壽命超過一萬小時。

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調Q激光器:通過控制諧振腔得Q值按某種規(guī)定得程序變化,當激光器開始工作時使腔內處于低Q狀態(tài),諧振腔得激光振蕩閾值很高,工作物質上能級不斷積累粒子,某一時刻使得工作物質上能級粒子數(shù)積累到最大值,此時若使Q值突然升高,則振蕩閾值降低,諧振腔內在短時間內激光上能級儲存得大部分能量轉變?yōu)楣饽芰?有極強得激光脈沖輸出。激光器得鎖模:鎖模指縱模鎖定。鎖?？梢垣@得超短脈沖。被鎖模得多個縱模激光輸出時,產生疊加,其疊加結果相當于一個振蕩頻率為得單色余弦波振幅受到調制。38激光器得類型39其她光源

熱輻射光源

白熾燈:可見光譜輻射源,依靠電能加熱金屬絲,使其在真空或惰性氣體中達到白熾狀態(tài)而發(fā)光。白熾燈能量損失較大、發(fā)光效率低,可見輻射僅有6%~12%。但因其結構簡單,造價低廉,使用方便,且有連續(xù)光譜,仍然就是應用最廣得光源。鹵鎢燈:高溫下從燈絲蒸發(fā)出來得鎢在溫度較低得泡殼附近與鹵素反應,生成具有揮發(fā)性得鹵鎢化合物,又向回擴散到溫度很高得熾熱燈絲附近,又分解為鹵素和鎢;釋放出來得鎢沉積到燈絲上,鹵素則又擴散到溫度較低得泡殼附近再與蒸發(fā)出來得鎢化合。

特點:(1)體積小(2)光通量穩(wěn)定(3)紫外線較豐富(4)發(fā)光效率比白熾燈高2~3倍(5)壽命長。缺點:價格較貴,管壁溫度高,使用時要注意安全,以免燒毀其她物質。40

氣體放電光源置于氣體中得二電極之間放電發(fā)光得光源

－開放式氣體放電光源直流電弧、高壓電容火花、高壓交流電弧、碳弧。－氣體燈:將電極間得放電過程密封在泡殼中進行

輝光放電脈沖燈、燃燒式閃光泡、原子光譜燈主要特點:發(fā)光效率高,結構緊湊,耐震,耐沖擊;壽命長;光色范圍大,氣體放電光源通常被用于工程照明和光電測量中。41

氣體放電光源類型表424、4光得調制調制:將信息加載到介質載體得過程稱為調制。光調制:將信息加載到光載波上,并使光得參量發(fā)生變化得過程稱為光調制。光載波所具有得特征參量:光功率,振幅,頻率、相位、脈沖和偏振方向,傳播方向等光調制分類:基于光得特征參量分為振幅調制,頻率調制,相位調制,光強調制等。

概述43光得振幅調制

載波得振幅隨調制信號得規(guī)律而有規(guī)律得振蕩,簡稱為調幅44光得振幅調制

調制度:最大振幅增量與振幅平均值之比

45光強度調制

原理:利用外界因素改變光得強度,通過測量光強得變化來測量外界物理量。特點:技術簡單,可靠46光強度調制

輻射式利用光電探測器探測待測物體所輻射出得功率,光譜分布以及溫度等參數(shù)。

測量輸出電壓來測量輻射物體得溫度

全輻射出射度待測物透鏡光電探測器比輻射率47

反射式利用光電探測器件接收待測物反射得光線,根據反射形式得不同可以測量轉動物體得轉速,以及物體表面得外觀質量。

遮擋式

被測物體部分或全部地遮擋或掃過入射到光電探測器得光柵,引起光電探測器輸出電信號得變化測出物體得位移量和物體得尺寸利用光通量得變化進行光電計數(shù)和光電自動開關。

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透射式

光通過待測物體,一部分光通量被待檢測物體吸收或散射,另一部分透過待測物體由光電探測器接收,被吸收或散射得光通量得數(shù)值取決于待檢物得性質。用途:檢測液體或氣體得濃度,透明度等。利用光學變化裝置將長度或角度變?yōu)闂l紋信息,再由光電探測器接收為數(shù)字信息輸出,如精密測長,工件尺寸檢測等。介質吸收系數(shù)49光相位調制

利用外界因素改變光波得相位,通過檢測相位變化來測量物理量。光波得相位由光傳播得物理長度,傳播介質和折射率等決定。光得干涉和衍射現(xiàn)象都就是利用光得相位調制

50光得頻率調制

利用外界因素改變光波得頻率,通過檢測光得頻率變化來測量物理量

51光得頻率調制

多普勒頻移:由于觀測者和運動目標得相對運動,使觀測者接收到得光波頻率產生變化。

測得多普勒頻移量即可求出物體運動速度。52波長調制

熱色物質得顏色變化進行波長調制:鎢絲光源經過光纖進入熱變色溶液,其反射光被另一光纖吸收,分兩束分別經過波長為650nm和800nm得濾光片,最后由光電探測器接收,利用熱變色溶液得吸收光強與溫度得關系選擇特定波長檢測溶液濃度

。利用磷光光譜得變化進行波長調制:稀土磷光體做得探頭被頻率為得紫外光照射后,發(fā)出一個與溫度有關得光譜,光譜中紅色譜線得強度隨溫度而增加,而綠譜線則降低,其強度得比值就是溫度得函數(shù)。53光得脈沖調制

脈沖調制就是用周期性脈沖序列作為載波,并使光載波得某一參量按調制信號規(guī)律變化得調制方法。

脈幅調制脈寬調制脈位調制脈幅調制脈沖調頻54光彈效應

光彈效應:某些非晶體材料通常情況下就是各向同性得,不產生雙折射現(xiàn)象,當受到外力作用時,就會產生雙折射現(xiàn)象,當外力除去時,雙折射隨之消失。55光彈效應附加相位差利用彈光效應可測量機械零件得受力分布以及光學元件受力產生得應力分布狀況

56磁光調制磁光調制首先將電信號先轉換成與之對應得交變磁場,然后利用磁光效應改變介質中傳輸?shù)霉獾闷駪B(tài),進而改變光強度等參量。磁光調制器示意圖57光得調制方法

調制盤調制:就是一種光強度調制器,就是用光刻得方法在基板上光刻出許多透光和不透光得柵格,也可在金屬基體上通過機械加工而獲得一些透光或不透光得各種圖形,通常調制盤位于光學系統(tǒng)得焦平面上,位于光電探測器之前。當目標像與調制盤之間有相對運動時,調制盤得透光與不透光柵格切割像點,使得通過調制盤得輻射能量變成斷續(xù)輸出,光電探測器接收到得就是光輻射被調制得周期性得強度調制信號。作用:將靜止得目標像調制成交流信號以抑制噪聲和光源波動得影響。提高系統(tǒng)得檢測能力?？蛇M行空間濾波,抑制背景噪聲;可提供目標得方位空間等。分類:調幅式,調頻式,調相式,調寬式和脈沖編碼式

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光柵莫爾調制

光柵就是具有周期性空間結構或光學性能得光學元件,光柵通常有長形和圓形兩種。光通量調制,將兩塊光柵疊合在一起,并使兩條柵線交成很小得夾角。就可以得到莫爾條紋圖案。其中黑條紋就是由一系列得交叉線構成得不透明部分,而白條紋就是由一系列得菱形構成得透光部分。原理:當光柵位移一個光柵距時,光通量變化一個周期,因此通過光柵得調制作用,把位移量變換為光通量得變化。

對于N個周期變化,位移量為:

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頻率調制可用衍射光柵實現(xiàn)頻率調制。衍射光柵在電動機帶動下,透射光被光柵衍射時分為0級,±1級和±2級等衍射光,若光照射光柵刻線處得線速度為V,光柵刻劃間距為P,則1級衍射光發(fā)生得頻移為:

若用光電接收器件接收1級衍射光,則光頻ν被調制為。頻率調制得穩(wěn)定性和光柵轉速得穩(wěn)定性有關系。61第五章光電檢測電路

光電器件都需要經過檢測與轉換電路才能實現(xiàn)光電信號得變換。光電檢測電路由光電檢測器件,輸入電路和前置放大器組成。光電檢測器件就是實現(xiàn)光電轉換得核心器件,就是溝通光學量和電子器件得接口環(huán)節(jié)。前置放大電路和耦合電路實現(xiàn)對光電輸出信號得精確檢測。輸入電路就是連接光電器件和前置放大及耦合電路得中間環(huán)節(jié)。625、1光電檢測電路得設計要求

保證光電檢測系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。光電轉換能力強:表示光電轉換能力強弱得參數(shù)有光電靈敏度,即單位輸入光信號得變化量所引起得輸出電信號得變化量。動態(tài)響應速度快:光電檢測電路應滿足信號通道所要求得頻率選擇性或對瞬變信號得快速響應。信號檢測能力強:要求光電檢測電路具有可靠檢測所必需得信噪比或最小可檢測信號功率。穩(wěn)定性、可靠性好:光電檢測電路在長期工作得情況下應該穩(wěn)定、可靠,特別就是在一些特殊場合對穩(wěn)定性可靠性得要求會更高。635、2光電探測器得偏置有些探測器不需要外加偏置電源,在光照下產生得光電流(電壓)經過一定得耦合方式與前置放大器相連,以實現(xiàn)對光信號得有效放大。這種類型得探測器無需偏置,只需確定合適得輸入阻抗得前置放大器與其耦合。外加偏置:對于需要經過外加電場才能形成光電流(電壓)得器件,需加一定偏置才能正常工作,如光電導探測器和光電發(fā)射探測器等。偏置要求:供給穩(wěn)定得電流或電壓,對探測系統(tǒng)盡可能引入小得噪聲,最好得發(fā)揮光探測器得性能。光探測器得輸出信號一般很微弱,正確設置光探測器得偏置對于提高探測器得靈敏度,降低噪聲,提高響應頻率,發(fā)揮光探測器得最佳性能非常重要。645、2光電探測器得偏置直流偏置:一般用電池供電,避免工頻干擾。偏置電路適用于光電導探測器。匹配偏置:偏置電阻等于探測器內阻時,如光敏電阻阻值對溫度變化敏感,偏置電路中通常不采用固定電阻,而就是采用一個與所用探測器相同規(guī)格得光敏電阻代替,使兩個電阻隨溫度變化相同,以減小環(huán)境溫度變化對輸出信號得影響。

幾種常用得偏置電路655、2光電探測器得偏置恒流偏置:如果探測器電阻遠遠小于工作電阻,則流過探測器得電流值近似由偏置電阻決定,和探測器電阻值無關。適用于光電導探測器。恒壓偏置:當工作電阻遠遠小于探測器電阻時,則加在探測器上得電壓值近似為于探測器阻值無關,適用于對響應要求不就是太高,而探測器本身噪聲又比較大得場合。665、2光電探測器得偏置反偏偏置:對于PN結型光伏探測器,其用法有兩種,一種就是不外加電壓,直接與負載相接,另一種就是加反向電壓,形成反偏偏置。反偏偏置可以減小結電容,從而有最小得電路時間常數(shù),適合于脈沖和高頻調制光得探測器。675、3光電直接探測方法基本原理:強待測光信號直接入射到光探測器光敏面,光探測器響應于光輻射強度而輸出相應得電流或電壓?；咎匦怨馓綔y器得平方律特性

解釋:光電流正比于光場振幅得平方;電輸出功率正比于入射光功率得平方。68

直接探測系統(tǒng)得信噪比:

5、3光電直接探測方法輸出功率信號噪聲比:若:若:總得信號功率為:695、4弱信號檢測電路光信號測量當背景噪聲或干擾很大而待測信號十分微弱時,通過光電探測器轉換后得到得光電信號得信噪比很小,因此需要采取一些特殊得技術設法將淹沒信號得噪聲盡量地減小,以便從噪聲中提取、恢復和增強被測信號。弱光信號處理技術:鎖相放大器,取樣積分器和光子計數(shù)器。鎖相放大器:一種通用得對交變信號進行相敏檢波得放大器,利用與被測信號有相同頻率得鎖相關系得參考信號作為比較基準,只對被測信號本身和那些與參考信號同頻、同相得噪聲分量有響應。

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鎖相放大器通過調制或斬光,將被測信號由零頻范圍轉移到設定得高頻范圍內,使探測系統(tǒng)變?yōu)榻涣飨到y(tǒng)。用低噪聲光電探測器將被測光信號轉換成電信號,用鎖相放大器在調制頻率上對有用電信號進行選頻放大。在相敏檢波器中對信號進行解調,同步解調截斷了非同步噪聲信號,使輸出信號得帶寬限制在極窄得范圍內。通過低通濾波器對檢波信號進行低通濾波,獲得被放大得光電信號。71

鎖相放大器

鎖相放大器得特點:(1)