第四章光源和光的調(diào)制_第1頁
第四章光源和光的調(diào)制_第2頁
第四章光源和光的調(diào)制_第3頁
第四章光源和光的調(diào)制_第4頁
第四章光源和光的調(diào)制_第5頁
已閱讀5頁,還剩69頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

第四章光源和光的調(diào)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(kuò)展輻射源在給定方向上單位立體角、單位投影面積內(nèi)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(xué)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(shí)間內(nèi)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(diǎn)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(xué)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(chǎn)生得視覺效果不同。4光度學(xué)得基本物理量:發(fā)光強(qiáng)度:點(diǎn)光源在給定方向得立體角內(nèi)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(nèi)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(guān),而與黑體得其她性質(zhì)無關(guān)。6光輻射得度量輻射本領(lǐng):輻射表面在單位波長間隔單位面積內(nèi)所輻射得通量。吸收本領(lǐng):吸收本領(lǐng)就是在波長到間隔內(nèi)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(guān)。

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(zhuǎn)換、輻射,使輻射能衰減或改變原來得傳播方向。結(jié)果:導(dǎo)致測量精度降低或者無法進(jìn)行測量。

大氣分子吸收:不同分子得結(jié)構(gòu)不同,其光譜吸收特性不同。大氣分子散射空氣湍流效應(yīng):湍流狀態(tài)使光輻射在傳播過程中隨機(jī)地改變其光波參量,出現(xiàn)光束截面內(nèi)得光強(qiáng)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(xué)玻璃中傳播。由于在光電檢測中通常以空氣為信道,大氣構(gòu)成成分得復(fù)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)生和光源選擇得基本要求

光得產(chǎn)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(shí):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(diǎn)11

光得產(chǎn)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(dāng)她由受激狀態(tài)回到低能態(tài)時(shí)就會發(fā)出輻射。(2)光致發(fā)光:物體被光直接照射或預(yù)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(xué)發(fā)光:由化學(xué)反應(yīng)提供能量引起得發(fā)光,她就是由化學(xué)反應(yīng)直接引起得發(fā)光。如黃磷因氧化而自然發(fā)光。12

光得產(chǎn)生方法(4)熱發(fā)光:物體加熱到一定溫度時(shí)得發(fā)光。熱輻射就是一種能達(dá)到平衡狀態(tài)得輻射。輻射得頻率與強(qiáng)度取決于熱平衡得溫度,達(dá)到熱平衡時(shí)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(xì)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(zhì)發(fā)光,如電視機(jī)得顯像管。

13

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(qiáng)度要求:確保光電測試系統(tǒng)得正常工作,光源強(qiáng)度過低,系統(tǒng)獲得信號過小,無法正常測試,光源強(qiáng)度過高,又會導(dǎo)致系統(tǒng)工作得非線性

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

(4)其她方面要求:如燈絲得結(jié)構(gòu)和形狀;發(fā)光面積得大小和構(gòu)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(shí)質(zhì)就是一個(gè)PN結(jié),在PN結(jié)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(diǎn)-發(fā)光亮度與正向電流成正比例關(guān)系-響應(yīng)速度極快-正向電壓低,耗電少-體積小、重量輕、抗沖擊、耐振動(dòng)、壽命長、單色性好-缺點(diǎn):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(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)外殼材料:金屬、陶瓷、全樹脂17LED發(fā)光機(jī)理

LED發(fā)光機(jī)理就是電致發(fā)光。

P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸時(shí),載流子得擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和由此產(chǎn)生內(nèi)電場作用下得漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡狀態(tài)形成P-N結(jié)。如果在P-N結(jié)上施加正向電壓,則促進(jìn)了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)得進(jìn)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(shí)增多,于就是有大量得電子和空穴在P-N結(jié)中相遇復(fù)合,并以光和熱得形式發(fā)出能量。電子和空穴得復(fù)合很復(fù)雜,分輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合發(fā)光二極管發(fā)出光得波長和譜寬主要取決于半導(dǎo)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(xué)參數(shù)和電學(xué)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(guān)系。

19(2)光譜特性光譜分布曲線就是描述發(fā)光得相對強(qiáng)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(zhì)以及發(fā)光中心得結(jié)構(gòu)決定得,與器件得幾何形狀和封裝方式無關(guān)。最大值所對應(yīng)得波長為發(fā)光峰值波長。值等于峰值波長對應(yīng)得發(fā)光強(qiáng)度得一半得兩點(diǎn)所對應(yīng)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(guān)系,就是管子性能優(yōu)劣得重要標(biāo)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(hù)

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(qiáng)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(guān)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(fù)合幾率下降,發(fā)光亮度也隨之下降。22(5)響應(yīng)時(shí)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(yīng)時(shí)間就是指其發(fā)光和熄滅時(shí)對輸入脈沖電流得延遲時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間主要取決于載流子壽命、器件得結(jié)電容和電路阻抗。

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

下降時(shí)間:90%-10%用脈沖電流驅(qū)動(dòng)二極管時(shí),脈沖得間隔和占空因數(shù)必須在器件響應(yīng)時(shí)間所許可得范圍內(nèi)。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(jīng)歷得時(shí)間。二極管得壽命一般都很長,在電流密度小于時(shí),一般最長可達(dá)。

-發(fā)光亮度減弱得現(xiàn)象-老化,老化速度與電流密度有關(guān)24LED得應(yīng)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(guān)、報(bào)警、遙控、耦合

根據(jù)顯示文字得各點(diǎn)坐標(biāo),在掃描過程中利用脈沖來控制開關(guān)得啟閉,使組成文字得各點(diǎn)順序發(fā)光。雖發(fā)光就是閃爍得,但由于人眼得余像效應(yīng),看起來仍就是一個(gè)靜止得文字。25激光光源激光器得特點(diǎn)(激光得準(zhǔn)直和光強(qiáng)截面分布)(1)方向性強(qiáng)或準(zhǔn)直性好:經(jīng)過長距離之后,仍然為細(xì)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(shí)間內(nèi)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(diǎn)(激光得準(zhǔn)直和光強(qiáng)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(diǎn)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(zhì)諧振腔1、工作物質(zhì)能被激發(fā)至粒子數(shù)反轉(zhuǎn)得原子或分子集合—激活介質(zhì)

就是產(chǎn)生激光得內(nèi)因能級結(jié)構(gòu)決定產(chǎn)生激光得頻率1)激光器根據(jù)工作物質(zhì)分類氣體固體半導(dǎo)體如He-Ne激光器如紅寶石激光器半導(dǎo)體激光器光放大器29

產(chǎn)生激光得條件1)受激幅射就是產(chǎn)生激光得首要條件,也就是必要條件

2)工作物質(zhì)必須具有亞穩(wěn)態(tài)能級,至少有三個(gè)能級3)

形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn),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(gè)諧振腔5)光子在腔中振蕩一次產(chǎn)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(zhì)為氣體,激勵(lì)方式多樣,發(fā)射波長最廣。

(1)氦-氖激光器:優(yōu)點(diǎn):單色性和相干性好,頻率和輸出幅度較穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,造價(jià)低,輸出可見紅光。缺點(diǎn):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(fù)雜,體積也較大。外腔式和半內(nèi)腔式得優(yōu)點(diǎn)就是輸出線偏振光,進(jìn)行內(nèi)調(diào)制較方便、31(2)氬離子激光器以氬氣為工作物質(zhì)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?xì)怏w作為工作物質(zhì)得激光器。在激光器內(nèi)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(lì)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(zhuǎn)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(nèi),輸出功率一般可達(dá)10千瓦,能量轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhì),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(gè)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(zhì)。采用不同得染料溶液和激發(fā)光源,輸出得波長范圍可達(dá)0、32~1。4、半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器特點(diǎn):體積小,重量輕、壽命長、效率高。如砷化鎵激光器轉(zhuǎn)換效率可達(dá)20%,壽命超過一萬小時(shí)。36(3)結(jié)構(gòu)

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

37

調(diào)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(dāng)激光器開始工作時(shí)使腔內(nèi)處于低Q狀態(tài),諧振腔得激光振蕩閾值很高,工作物質(zhì)上能級不斷積累粒子,某一時(shí)刻使得工作物質(zhì)上能級粒子數(shù)積累到最大值,此時(shí)若使Q值突然升高,則振蕩閾值降低,諧振腔內(nèi)在短時(shí)間內(nèi)激光上能級儲存得大部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽芰?有極強(qiáng)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(gè)縱模激光輸出時(shí),產(chǎn)生疊加,其疊加結(jié)果相當(dāng)于一個(gè)振蕩頻率為得單色余弦波振幅受到調(diào)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(dá)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(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉,使用方便,且有連續(xù)光譜,仍然就是應(yīng)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(yīng),生成具有揮發(fā)性得鹵鎢化合物,又向回?cái)U(kuò)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?jǐn)U散到溫度較低得泡殼附近再與蒸發(fā)出來得鎢化合。

特點(diǎn):(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(diǎn):價(jià)格較貴,管壁溫度高,使用時(shí)要注意安全,以免燒毀其她物質(zhì)。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(jìn)行

輝光放電脈沖燈、燃燒式閃光泡、原子光譜燈主要特點(diǎn):發(fā)光效率高,結(jié)構(gòu)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(diào)制調(diào)制:將信息加載到介質(zhì)載體得過程稱為調(diào)制。光調(diào)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(diào)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(diào)制分類:基于光得特征參量分為振幅調(diào)制,頻率調(diào)制,相位調(diào)制,光強(qiáng)調(diào)制等。

概述43光得振幅調(diào)制

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

調(diào)制度:最大振幅增量與振幅平均值之比

45光強(qiáng)度調(diào)制

原理:利用外界因素改變光得強(qiáng)度,通過測量光強(qiáng)得變化來測量外界物理量。特點(diǎn):技術(shù)簡單,可靠46光強(qiáng)度調(diào)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(jù)反射形式得不同可以測量轉(zhuǎn)動(dòng)物體得轉(zhuǎn)速,以及物體表面得外觀質(zhì)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(jìn)行光電計(jì)數(shù)和光電自動(dòng)開關(guān)。

48

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(zhì)。用途:檢測液體或氣體得濃度,透明度等。利用光學(xué)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(zhì)吸收系數(shù)49光相位調(diào)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(zhì)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(diào)制

50光得頻率調(diào)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(diào)制

多普勒頻移:由于觀測者和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)得相對運(yùn)動(dòng),使觀測者接收到得光波頻率產(chǎn)生變化。

測得多普勒頻移量即可求出物體運(yùn)動(dòng)速度。52波長調(diào)制

熱色物質(zhì)得顏色變化進(jìn)行波長調(diào)制:鎢絲光源經(jīng)過光纖進(jìn)入熱變色溶液,其反射光被另一光纖吸收,分兩束分別經(jīng)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(qiáng)與溫度得關(guān)系選擇特定波長檢測溶液濃度

。利用磷光光譜得變化進(jìn)行波長調(diào)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(gè)與溫度有關(guān)得光譜,光譜中紅色譜線得強(qiáng)度隨溫度而增加,而綠譜線則降低,其強(qiáng)度得比值就是溫度得函數(shù)。53光得脈沖調(diào)制

脈沖調(diào)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(diào)制信號規(guī)律變化得調(diào)制方法。

脈幅調(diào)制脈寬調(diào)制脈位調(diào)制脈幅調(diào)制脈沖調(diào)頻54光彈效應(yīng)

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

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

調(diào)制盤調(diào)制:就是一種光強(qiáng)度調(diào)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(jī)械加工而獲得一些透光或不透光得各種圖形,通常調(diào)制盤位于光學(xué)系統(tǒng)得焦平面上,位于光電探測器之前。當(dāng)目標(biāo)像與調(diào)制盤之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí),調(diào)制盤得透光與不透光柵格切割像點(diǎn),使得通過調(diào)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(diào)制得周期性得強(qiáng)度調(diào)制信號。作用:將靜止得目標(biāo)像調(diào)制成交流信號以抑制噪聲和光源波動(dòng)得影響。提高系統(tǒng)得檢測能力。可進(jìn)行空間濾波,抑制背景噪聲;可提供目標(biāo)得方位空間等。分類:調(diào)幅式,調(diào)頻式,調(diào)相式,調(diào)寬式和脈沖編碼式

58

光柵莫爾調(diào)制

光柵就是具有周期性空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能得光學(xué)元件,光柵通常有長形和圓形兩種。光通量調(diào)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(gòu)成得不透明部分,而白條紋就是由一系列得菱形構(gòu)成得透光部分。原理:當(dāng)光柵位移一個(gè)光柵距時(shí),光通量變化一個(gè)周期,因此通過光柵得調(diào)制作用,把位移量變換為光通量得變化。

對于N個(gè)周期變化,位移量為:

5960

頻率調(diào)制可用衍射光柵實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。衍射光柵在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下,透射光被光柵衍射時(shí)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(diào)制為。頻率調(diào)制得穩(wěn)定性和光柵轉(zhuǎn)速得穩(wěn)定性有關(guān)系。61第五章光電檢測電路

光電器件都需要經(jīng)過檢測與轉(zhuǎn)換電路才能實(shí)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(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換得核心器件,就是溝通光學(xué)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(shí)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(shè)計(jì)要求

保證光電檢測系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。光電轉(zhuǎn)換能力強(qiáng):表示光電轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快:光電檢測電路應(yīng)滿足信號通道所要求得頻率選擇性或?qū)λ沧冃盘柕每焖夙憫?yīng)。信號檢測能力強(qiáng):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(yīng)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(chǎn)生得光電流(電壓)經(jīng)過一定得耦合方式與前置放大器相連,以實(shí)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(jīng)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(dǎo)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(shè)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(yīng)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(dǎo)探測器。匹配偏置:偏置電阻等于探測器內(nèi)阻時(shí),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(gè)與所用探測器相同規(guī)格得光敏電阻代替,使兩個(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(guān)。適用于光電導(dǎo)探測器。恒壓偏置:當(dāng)工作電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于探測器電阻時(shí),則加在探測器上得電壓值近似為于探測器阻值無關(guān),適用于對響應(yīng)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(jié)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(fù)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(jié)電容,從而有最小得電路時(shí)間常數(shù),適合于脈沖和高頻調(diào)制光得探測器。675、3光電直接探測方法基本原理:強(qiáng)待測光信號直接入射到光探測器光敏面,光探測器響應(yīng)于光輻射強(qiáng)度而輸出相應(yīng)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(dāng)背景噪聲或干擾很大而待測信號十分微弱時(shí),通過光電探測器轉(zhuǎn)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(shù)設(shè)法將淹沒信號得噪聲盡量地減小,以便從噪聲中提取、恢復(fù)和增強(qiáng)被測信號。弱光信號處理技術(shù):鎖相放大器,取樣積分器和光子計(jì)數(shù)器。鎖相放大器:一種通用得對交變信號進(jìn)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(guān)系得參考信號作為比較基準(zhǔn),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(yīng)。

70

鎖相放大器通過調(diào)制或斬光,將被測信號由零頻范圍轉(zhuǎn)移到設(shè)定得高頻范圍內(nèi),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(zhuǎn)換成電信號,用鎖相放大器在調(diào)制頻率上對有用電信號進(jìn)行選頻放大。在相敏檢波器中對信號進(jìn)行解調(diào),同步解調(diào)截?cái)嗔朔峭皆肼曅盘?使輸出信號得帶寬限制在極窄得范圍內(nèi)。通過低通濾波器對檢波信號進(jìn)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(diǎn):(1)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評論

0/150

提交評論