光电检测 大作业
光电检测技术及系统大作业光电计件装置
光电检测技术及系统大作业
光电计件装置
指导老师：项 震 小组成员：胡沛然，甘凌青
L/O/G/O
产品实际应用情景
总体功能概述
• 该光电计件装置可以实现：0~99范围计数 • 当达到计数溢出值时，计数器能自动清零并报警 • 附加：手动清零功能（即可以在计数期间随时清零）
用户可以根据其实际生产线的产品运输速率和产品间距来 模拟计数器的实际工作状态，并可以提前为计数器设置一些 参数。比如计件溢出值等。 其实际运行状态。 见视频
成品展示
心得体会
• 搭建装置
– 灵活的头脑 – 严谨的思维 – 创新精神
• 电路调试
– 自主查资料，了解计数译码芯片功能和光电开 关实现方法等。 – 焊接和调试过程中遇到了的实际问题的解决。
产品特点
1、小型化
– 可以安装在生产线旁，随时随地进行计件功能。 – 220V转USB供电，易于移植
见视频
2、扩展性强
– 通过进一步使用更加复杂的数字电路，我们可 以扩大计数范围，使之更符合实际生产的需求。
产品特色
• 通过单片机设计了自校验功能：
我们通过单片机设计了一个脉冲信号发生器，该发生器 可以产生1——10KHz的方波，配置单片机内部基准电压 2.4v。脉冲的幅值、频率、占空比均可调。
功能模块1——光电开关
有激光发出 三极管输出 高电平 工件遮光 脉冲输出
无激光发出
三极管输出 低电平
功能模块2——计数器
IC1—HQS1312 为2位十进制计数器和译码器 （5和6：十位控制 7：清零端 8：蜂鸣器 9：脉冲输入） AN1—轻触按键开关 1位共阳极数码管（七段）
光电检测技术课程作业及答案(打印版)概要
思考题及其答案习题01一、填空题1、通常把对应于真空中波长在（mμ）到（mμ）范围内的电磁辐射称为光辐射。
2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。
3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。
光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。
二、概念题1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。
%2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。
3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。
单位为 (瓦每球面度平方米) 。
4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。
三、简答题辐射照度和辐射出射度的区别是什么答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。
四、计算及证明题证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍。
答：2224444R I R I dA d E R dA d E R II===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为()122222222211221211001001010E E L I E L I L I L I E R IE L L L L =∴====∴== 又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光习题02 一、填空题1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。
光电探测技术作业
1 引言在很多高温的环境中，一般都同时伴有高压与高冲击等特点，这些特殊的环境对测试仪器的性能提出了很高的要求。
在这些不适合人为操作的场合，实验一旦开始，则不允许实验者进入实验场地，这往往就要求测试装置必须在放入实验环境的同时就通电，而这会带来不必要的电源损耗，如果实验等待时间过长有可能会出现电池电量损耗过多的情况。
为了解决此问题，本文设计了一种在高温环境中应用光电二极管来实现光控的电源开关。
电路设计中排除了太阳光的干扰，光敏二极管吸收辐射光波，经光电转换放大后进行整形滤波，最后利用电压控制开关达到闭合电源开关的效果。
2 高温环境中光信号的特点一切具有温度的物体都在不断的向外辐射红外线，理想的红外辐射体成为黑体，黑体红外辐射的出射度与温度和波长的关系可用普朗克公式表示出来。
根据普朗克公式可以计算出黑体不同波段的辐射能量与温度的关系。
温度为1000℃时，1.5um左右波长的光的红外辐射能量在总辐射能量中所占比例最大，可见光辐射能量所占比例最温度升高而增加。
2500℃时可见光辐射能量所占比例最大，所以1000℃~2000℃的温度范围内近红外光的辐射能量最大。
3 光触发开关的设计3.1 光电传感器的选择3.1.1光电传感器的选择主要依据以下几条原则（1）上升时间。
伴随高温的主要是爆炸，而爆炸光信号持续时间很短，一般在10us以下，所以光电传感器要有很快的响应时间。
（2）光谱的响应范围。
高温环境下光谱主要集中在近红外光光谱范围，因此应选择响应光谱在近红外光光谱范围内的光电传感器。
（3）光电流。
一般情况下，光电传感器的输出灵敏度相对较小，大多在MA级别。
选择光电流小的传感器，需要在后级电路配置高放大倍数的放大器，但是此时一些外界信号也会经过放大器放大，从而造成开关误触发。
因此在选择光电传感器时应该选择光电流大，感光面积大的光电传感器。
3.1.2 光电传感器类型(1) 光电二极管硅光电二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件。
东南大学光电检测作业
光电检测技术作业第一章绪论1.为什么说传统的光学仪器已不能满足当今社会生活与科技发展的需求，那么传统光学仪器是否要淘汰？光学仪器要朝什么方向发展？答：（1）①传统的光学仪器已不能满足当今社会生活与科技发展的需求。
随着科学技术的发展，随着对复杂信息的高速采集和自动控制等需要的日益迫切，对光学仪器提出了日益增长的技术要求：如对高速运动或瞬息短暂过程的观察、记录、显示和储存；对复杂的二维或三维物体的形状和尺寸的识别、精确测量；对宏观或超微细图形的分析和判读，特别是对于太空、深水、高温、有害气体、核辐射等人类难以长期接触的各种特殊工作环境，这些都是传统光学仪器所难以胜任的。
以光、机为主体的传统光学仪器主要靠视觉参与下的人机系统，还离不开人的操作和观察，这与当代社会化大生产的要求很不适应。
②根据目前的市场需求和国家产业结构而言，还不能完全淘汰传统光学仪器。
首先光学的发展经历了理论上不断完善、技术不断成熟、应用逐渐广泛的过程。
在光的电磁波理论产生前的二千多年中，各国光学科学家发现了许多光学现象，建立了许多几何光学和物理光学定理，并根据这些定理制作了许多至今仍有重要实用价值的光学仪器，包括望远镜、显微镜、照相机、电影机、经纬仪、光谱仪等，大大扩展了人类的观察、测量和分析能力，在长期的生产和科学实验中作出了重要贡献。
其次我国光学仪器制造业（民用系统）目前主要生产传统光学仪器，包括显微镜、望远镜、光学计量仪器、物理光学仪器、测绘和遥感光学仪器及电子光学仪器等，在产业结构没有完全调整的当前还不能淘汰传统光学仪器。
（2）光学仪器的发展方向①光学仪器要朝光、机、电、算一体化的现代光学仪器或光电仪器和设备的方向发展。
由于光电系统能充分发挥光学和电子两方面技术的优越性，所以在生产过程中的自动监控、图象分析、精密测量、信息处理和传输、能源利用、微观探索等各个领域发挥着越来越重要的作用。
因此，现代化生产和科学实验迫切要求开发更多的此类光学仪器。
光电检测技术课程作业及答案打印版
思索题及其答案习题01一、填空题1.一般把对应于真空中波长在（0.38 ）到（0.78 ）范围内旳电磁辐射称为光辐射。
2、在光学中, 用来定量地描述辐射能强度旳量有两类, 一类是（辐射度学量）, 另一类是(光度学量)。
3、光具有波粒二象性, 既是（电磁波）, 又是（光子流）。
光旳传播过程中重要体现为（波动性）, 但当光与物质之间发生能量互换时就突出地显示出光旳（粒子性）。
二、概念题1.视见函数: 国际照明委员会（CIE）根据对许多人旳大量观测成果, 用平均值旳措施, 确定了人眼对多种波长旳光旳平均相对敏捷度, 称为“原则光度观测者”旳光谱光视效率V(λ),或称视见函数。
2.辐射通量: 辐射通量又称辐射功率, 是辐射能旳时间变化率, 单位为瓦(1W=1J/s), 是单位时间内发射、传播或接受旳辐射能。
3、辐射亮度: 由辐射表面定向发射旳旳辐射强度, 除于该面元在垂直于该方向旳平面上旳正投影面积。
单位为 (瓦每球面度平方米) 。
4、辐射强度：辐射强度定义为从一种点光源发出旳, 在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出旳能量, 单位为W／sr(瓦每球面度)。
三、简答题辐射照度和辐射出射度旳区别是什么？答: 辐射照度和辐射出射度旳单位相似, 其区别仅在于前者是描述辐射接受面所接受旳辐射特性, 而后者则为描述扩展辐射源向外发射旳辐射特性。
四、计算及证明题证明点光源照度旳距离平方反比定律, 两个相距10倍旳相似探测器上旳照度相差多少倍？ 答:2224444R I R I dA d E R dA d E R II===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为 ()122222222211221211001001010E E L IE L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴== 又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光 习题02一、填空题1.物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。
光电检测技术课程作业及答案打印版概要
光电检测技术课程作业及答案打印版概要简介光电检测技术是一种通过电子元件和光学器件相互配合完成检测任务的技术，目前被广泛应用于机器人、仪表仪器、军事航天以及生物医药等领域。
光电检测技术是一门深度交叉的学科，涉及到光学、电子学、控制学等多个学科的知识，因此对学生的学习、掌握和掌握技能都有很大的挑战。
本文将提供光电检测技术课程的作业及答案打印版概要，帮助同学们更好地学习、复习和掌握光电检测技术。
课程作业本课程的作业包含三个部分，分别是：1. 知识点梳理光电检测技术的知识点非常丰富，需要同学们对各种的传感器、滤波器、光源以及电路等知识点进行归纳和。
通过对知识点的梳理可以更好地理解和掌握光电检测技术的核心概念。
2. 实验设计在实验课中，同学们将会亲手操作光电检测技术相关的设备和仪器，完成各种光电检测技术的实验。
在实验设计环节，需要同学们自主设计实验方案，包括实验目的、设备清单、数据采集方案以及实验数据分析等，全面提高同学们的实验设计与实验能力。
3. 报告撰写课程涉及到的实验项目将会要求同学们撰写实验报告，在实验报告中需要写明实验目的、实验原理、实验步骤和实验结果，同时对实验中遇到的问题进行分析和。
通过写实验报告，同学们可以更好地理解和掌握光电检测技术的应用。
答案打印版每个作业的答案都是课程教师出题并认可的标准答案，与课程中的出题考点相吻合。
答案打印版主要用于同学们进行自我测验或考前复习，以帮助同学们更好地掌握光电检测技术知识和实验技能。
光电检测技术是一门重要的现代科学技术，它在现代工程和科学领域中有着广泛的应用。
通过此篇概要，希望同学们能够更好地掌握本课程所涉及的知识点，更好地完成作业和实验设计，同时也能够通过本文提供的答案打印版进行自我考核和复习，以达到更好的学习效果。
高光谱成像技术进展（光电检测技术大作业）（精华）
高光谱成像技术进展By 130405100xx 一．高光谱成像技术的简介高光谱成像技术的出现是一场革命，尤其是在遥感界。
它使本来在宽波段不可探测的物质能够被探测，其重大意义已得到世界公认。
高光谱成像技术光谱分辨率远高于多光谱成像技术，因此高光谱成像技术数据的光谱信息更加详细,更加丰富,有利于地物特征分析。
有人说得好，如果把多光谱扫描成像的MSS ( multi-spectral scanner) 和TM( thematic mapper) 作为遥感技术发展的第一代和第二代的话, 那么高光谱成像( hyperspectral imagery) 技术则是第三代的成像技术。
高光谱成像技术的具体定义是在多光谱成像的基础上，从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谐波段对目标物体连续成像。
在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。
（一）高光谱成像系统的组成和成像原理而所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。
因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。
目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。
下面分别介绍下以下几种类别：（1）光栅分光光谱仪空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。
一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。
《光电检测技术及系统》大作业 光电智能输液检测器
• 红外对管通过液滴反射情况实时检测输液情况 • LCD记录输液时间与输液瓶数 • 在输液停止后，蜂鸣器声报警并控制电磁阀断 流
困难及解决方法
断流装置的选择
电路控制微型电磁铁来阻断输液
电磁铁吸力大，闭合完美。缺点是重量大。
利用电磁阀。
电磁阀多数为封闭的管状，如何把它套到输液管上需要考虑。
《光电检测技术及系统》大作业
光电智能输液检测器
学生：赵宇峰、诸葛明华 指导老师：刘华峰、汪凯威、项震 答辩时间：2013年6月27日
目录
课题介绍 设计方案 硬件 软件 成果展示 困难及解决方法 小组分工 经费使用
课题介绍
目标：
• 智能输液计时与报警系统
功能：
• 实时检测输液情况 • 记录输液时间与输液瓶数 • 在输液停止后，报警并断流
诸葛明华
经费使用
• • • • • 红外对管模块 10*2 电磁铁模块 17*1 继电器模块 7*1 其他 (小零件和邮费等) 56 总计 100
Thanks!
利用步进电机原理阻断输液
需要制作一个额外的相应系统，譬如夹子等，闭合效果不一定好。
光检测方法的确定
反射式红外对管
液滴表面反射强烈
透射式红外对管
波长选择不好、灵敏度低、130mA~140mA
小组分工
赵宇峰
• • • • • • • • 电路与硬件设计、元件购买 电路搭建 程序编写 电路、软件、整体调试 电路设计、搭建 部分程序编写 电路、整体调试 PPT制作、文档撰写
单片机P3.0输出高电平使继电器工作，间接控制推拉式直流电磁铁， 分别外接5V、9V直流电压
• LCD显示
光电检测技术习题答案
光电检测系统作业答案：第一章：1-2：使用一定的敏感器和传感器，对被测量感知，并转化为电信号，实现非电量的检测。
1-7：题目自拟。
第二章：2-2：光照PN结产生光生载流子，在PN结两端出现电动势，称为光生伏特效应。
在光生伏特效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，少数载流子的寿命通常很短，所以光生伏特效应的探测器比光电导探测机器有更快的响应速度。
2-4：光电效应是指光照射到物体表面上使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势的现象。
光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。
光电效应对光频率(波长)具有选择性，在光子与电子的相互作用下，其响应速度比较快。
按照是否发射电子可将光电效应分为内光电效应和外光电效应，具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。
光热效应是指探测元件在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的变化，而是把吸收的光能变为晶格的热运动，引起探测元件温度的上升，温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。
原则上，光热效应对光波频率(波长)没有选择性，因而物质温度的变化仅决定于光功率，而与入射光辐射的光谱成分无关。
因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。
光热效应包括热释电效应、温差电效应和辐射热计效应等。
第三章3-4：该题参数不够3-5：光电导器件响应时间受入射光的照度、所加电压和负载电阻大小等因素限制。
光伏器件的工作频率比光电导器件的工作频率高。
实际使用中主要通过电路设计来改善工作频率响应，如合理地设计负载电阻的大小。
3-13: 由于光照度增大到一定程度后，硅光电池的p-n 结产生的光生载流子数达到饱和，其开路电压也将受到势垒高度的限制，因此不会再随入射照度的增大而增大。
硅光电池的最大开路电压由表达式可得lnI S U U T oc Φ=，其中U T ≈0.26mV ，S 为光电灵敏度，Ø为光照度，通常U oc ≈0.45~0.6V 。
光电检测作业题目及答案
Ω==∴Ω==∴==∴==∴=493)(520)(6.0)lg()lg(1)(4143132112rrrg P r g P E E R E E R E E R R r E S R I U UE S I λ3.5m E hc g μλ0353.12.1/10310626.6/8340=⨯⨯⨯==-eV hc E g 4.1/0==λ3.8答：图a 为恒流偏置电路，图b 为恒压偏置电路。
5.1答：由光窗材料和光电阴极材料决定（短波限由前者，长波限由后者）5.4答：在较强辐射作用下倍增管的灵敏度下降的现象，称为疲劳。
光电倍增管在正常情况使用的情况下，随着时间的积累，灵敏度下降，称为衰老。
其别：疲劳时暂时的现象，避过一段时间后，灵敏度将会全部或部分恢复过来，而衰老是永久的，是不能恢复的。
因为这样做，会使充电后的倍增管的阳极长时间在强辐射下，引起光电倍增管的疲劳和衰老现象。
7.1答：基本原理：检测系统科经光学天线或直接由探测器接收光信号，在起前段还可以经过频率滤波和空间滤波处理。
接收到的光信号入射到光探测器的光敏面上。
同时，光学天线也接收到背景辐射，并与信号光一起入射到探测器光敏面上。
因为光电探测器输出的光电流为：)](1[)](1[t d P h e t d P I P +=+=νηβ。
式中，第一项为直流电平，可以用隔直电容隔掉；第二项为所需要的信号，即光载波的包络检测。
7.2答：（1）利用信号调制及选频技术可一直噪声的引入，噪声的大小与电路的频带宽度成。
正比，因此放大器应该采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁放大器。
（调制）(2)将器件制冷，减少热发射，降低产生—复合噪声。
采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。
（制冷）（3）采用最佳条件下的偏置电路，使信噪比（S/N ）最大。
（偏置）7.4答：四象限光电池PSD优点 1.结构简单，电路部分不复杂2.在测量精度要求不高场合应用广泛。
1.对于光斑的形状无严格要求，即输出信号与光的聚焦无关，与光的中心能量位置有关。
光电检测技术作业答案
多练出技巧巧思出硕果光电检测技术作业2光电导灵敏度S g=0.5 X10-6 S / 1. 设某只C dS 光敏电阻的最大功耗为30mW，lx ，暗电导 g=0 。
试求当 CdS 光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限照度。
2. 在如图所示的照明灯控制电路中，将上题所给的C dS 光敏电阻用作光电传感器，若已知继电器绕组的电阻为 5 K，继电器的吸合电流为 2mA，电阻R 1K。
求为使继电器吸合所需要的照度。
要使继电器在 3lx 时吸合，问应如何调整电阻器R？3.在如图所示的电路中，已知 R b820，R e3.3k,U w4V ，光敏电阻为 R p ， 当光照度为 40lx 时输出电压为 6V ，80lx 时为 9V 。
设该光敏电阻在 30~100lx 之间的值不变。
试求：（1） 输出电压为 8V 时的照度。
（2）若 R e 增加到 6 k ，输出电压仍然为 8V ，求此时的照度。
（3）若光敏面上的照度为 70lx ，求 R e 3.3k 与 R e 6k时输出的电压。
（4）求该电路在输出电压为 8V 时的电压灵敏度。
4. 影响光生伏特器件频率响应特性的主要因素有哪些？为什么PN结型硅光电二极管的最高工作频率小于等于107 Hz？5 为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？为什么硅光电池的有载输出电压总小于相同照度下的开路电压？6 硅光电池的内阻与哪些因素有关？在什么条件下硅光电池的输出功率最大？答：（1）极电容，串接电阻，串接电阻越小越好。
（2）显然，存在着最佳负载电阻Ropt，在最佳负载电阻情况下负载可以获得最大的输出功率Pmax7 光生伏特器件有几种偏置电路？各有什么特点？8. 选择最适当的答案填入括号中（只有一个答案正确）（1）用光电法测量某高速转轴（15000r / min ）的转速时，最好选用（D）为光电接收器件。
光电检测习题解答
解：先将氦氖激光器输出单色辐射的辐射功率转换为光通量φv φv=KmV(λ)φe=683×0.268×6×10-3=1.098(lm)
白色屏幕上的光照度应为 Ev=φv/S=1.098/0.8×10-4=1.37×104 (lx)
光电技术综合习题解答
一、单项选择题
① 在光电倍增管中，产生光电效应的是（ ）。
A．阴极 C．二次发射极 ② 光电二极管的工作条件是（ ）。
B．阳极 D．光窗
A．加热 C．加反向偏压
B．加正向偏压 D． 零ห้องสมุดไป่ตู้压
光电技术综合习题解答
一、单项选择题
① 在光电倍增管中，产生光电效应的是（A）。
A．阴极
B．阳极
1、在距离标准钨丝灯2m远处放置一个照度计探头，已知探头的光 敏面积为0.5 cm2，若照度计测得的最大照度为100(lx)，试求
1、 标准钨丝灯在该方向的发光强度为多少？ 2、钨丝灯所发出总的光通量为多少？
解：首先计算光电探头对标准钨丝灯所张的立体角
rA 20.5 21 2 0 41.2 51 0 5(s)r
③ 辐射通量，光通量，发光强度，光照度的单位分别为（A）。 (A)瓦特，流明，坎德拉，勒克司 (B)瓦特，坎德拉，勒克司，流明 (C)流明，瓦特，瓦特每球面度，瓦特每平方米 (D)流明，瓦特，勒克司，坎德拉 ④ 在入射光辐射下，半导体的电导率增加的现象属于（ C ）。 (A)外光电效应 (B)光热效应 (C)光电导效应 (D)光生伏特效应
2、某输出功率为6mW的氦氖激光器，发出波长为0.6328μm的光束， 均匀地投射到0.8cm2的白色屏幕上。已知屏幕的反射系数为0.96， 设光速C= 3108m/s，普朗克常数 h = 6.62610-34j·s ，氦氖激 光的视见函数V(6328) = 0.268，
光电检测作业-new钟鸣
迈克尔逊干涉仪 在OCT中的应用
主要内容
1、前言 2、理论基础 3、基于Michelson干涉仪的OCT成像原理 4、OCT成像系统分辨率分析 5、系统的灵敏度分析
1、前言
光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography---OCT）是一种新型的光学成像技术。 它能够对生物组织进行非侵入性的、无损实时在位 的活体成像。以其微米级的高分辨率，在光学成像 技术中被认为是最具有发展前景的新型成像技术。 在医学疾病诊断中，如：眼球、皮肤、胃肠以及心 血管等生物组织上的临床诊断的成功应用，呈现出 极大的应用价值。
如图2.1所示，S1和S2是两 束单色光源，它们发出频 率相同、振动方向相同的 球面简谐波，其初相位分 别为 ϕ 02 和 ϕ 01 ，它们 在叠加区域（干涉场）中 的任一点P的复振幅为：
ɶ = A e i ( kd1 −ϕ 01 ) = A e iθ1 E1 1 1
ɶ = A ei(kd2 −ϕ02 ) = A eiθ2 E2 2 2
δ =θ2 −θ1 =
λ
(d2 − d1) + (ϕ01 −ϕ02 )
当满足 δ =2m，m=0、±1、±2 时光强I达到极大值， 称干涉极大； 而 δ =（2m+1），m=0、±1、±2 时，光强I达到极 小值，称干涉极小。 而从 I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 c o s δ I 中可以看出： ≠ I1 +I 2 而是多一交叉项： 2 I1 I 2 cos δ （干涉项）。因为cos δ 只随空间位置（d2-d1)而变化，故此，干涉场中产生 的是不随时间而变化的在空间强弱交替的光强分布。
2 1 2
光电检测原理及应用—作业
作业
1、通过网络、图书馆等检索手段，了解光电探测器（传感器）的研究、开发、生产的现状，撰写3000字的报告，报告内容主要包括：
（1）国外研究所、高校和企业研究、开发与生产的现状和主要技术与产品；（2）国内研究所、高校和企业研究、开发与生产的现状和主要技术与产品；（3）选择部分典型产品介绍。
2、简述你对该课程教师的教学和学生的学习的要求及想法。
3、通过网络、图书馆等检索手段，了解光电探测器（传感器）的现有教材和参考书的现状，选择你感兴趣的教材至少10本，撰写1500字的读书报告，报告内容主要包括：
（1）每本教材的结构、主要内容介绍；
（2）选择两本教材进行比较，分别指出其优缺点；
（3）10本教材中至少包括1本英文教材，并进行国内外教材对比。
光电检测 课后作业 西安理工大学 光信
一．一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m高处，用照度计测得正下发地面上的照度为30lx，求该灯的光通量。
解：Φ=E*4ΠR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx，二．光敏电阻R与Rl=2KΩ的负载电阻串联后接于Ub=12V的直流电源上，无光照时负载上的输出电压为U1=20mv，有光照时负载上的输出电压U2=2v，求（1）光敏电阻的暗电阻和亮电阻值；（2）若光敏电阻的光电导灵敏度Sg=6*10^-6 s/lx，求光敏电阻所受的照度。
解: （1）R暗= （Ub-U1）/I暗=（Ub-U1）/(U1/Rl)=（Ub-U1）/U1*Rl=（12-2*10^-2）/2*10^-2*2*10^3=1.2*10^6Ω，R亮=(Ub-U2)/U2*Rl=（12-2）/2*2*10^3=10^4Ω，（2 ）Gd=1/R暗=8.3*10^-7s，Gl=1/R 亮=10^-4s，G= Gl - Gd=10^-4-8.3*10^-7=10^-4S，E=G/Sg=10^-4/(6*10^-6)=16.53 lx，三．已知Cds光敏电阻Rb=10MΩ，在照度为100lx的时亮电阻为R=5KΩ，用次光敏电阻控制继电器，如图所示，如果继电器的线圈电阻为4IKΩ，继电器的吸合电流为2mA,问需要多少照度是，才能使继电器吸合？如果需要在400lx时继电器才能吸合，则此电路需作如何改进？解：（1）设继电器吸合时，光敏电阻值为R1,I=U0/(R1+RJ)，得，R1=2KΩ，Sg=g/E=(G 亮-G暗)/E=G亮/E=1/(R亮*E), 可以认为R亮*E=定值，5*100=2*x，得，x=250lx，（G亮>>G暗），（2）改进：加电阻并联分流，U并=Rj*I=4KΩ*2mA=8V;加电阻串联分压，当E=400lx时，R亮’=1250Ω，R串=R1-R亮’=0.75KΩ，四 .下面为一理想运算放大器，对光电二极管2CU2的光电流进行线性放大，若2CU2未受光照时，运放输出电压U=0.6V，在E=100lx光照下，输出电压U’=2.4V，求：（1）2CU2的暗电流，（2）2CU2的电流灵敏度. 解：由运放虚短虚断得：U0=0，I暗=U/R=0.6/(1.5*10^6)=4*10^-7A,I亮=U’/R=2.4/(1.5*10^6)=1.6*10^-6A,S=Ip/E=(I亮-I暗)/E=(1.6 uA-0.4uA)/100=1.2*10^-8(A/lx).五 .现有GDB-423型PMT的光电阴极面积为2C㎡,阴极灵敏度Sk为25uA/lm,倍增系统的放大倍数为10^5,阴极额定电流为20uA,求允许的最大光照。
光电检测作业
，阳极积分灵敏度
暗电流
，输入电路是电阻
和电容
的并联，阴极面积
为
，计算阳极噪声电流、负载电阻上的噪声电压和信噪比。
解：(1)等效噪声带宽和检查电路高频率截止频率分别为
，阳极 为，要求信号电流
(2)阳极散粒噪声电流和负载上的噪声电压 散粒噪声电因子 取 2.5.
热噪声电流 总噪声电流 负载电阻上的噪声电压 (3)信噪比 10 (P109T6)简述前置放大器噪声系数达到最小值的条件. 答：前置放大器噪声系数 由 故前置放大器噪声系数达到最小值的条件是源电阻等于放大器噪声电压与噪声电流的比值时，即
在pn结附近n型材料中的多数载流子是电型材料中的多数载流子是空穴pn结上未加电压时构成一定的势垒当加上正向偏压时在外电场作用下p区的空穴和n区的电子就向对方扩散运动构成少数载流子的注入从而在pn结附近产生导带电子和价带空穴的复合
光电检测技术与应用作业 1 (P21T2)简述光生伏特效应的工作原理.为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？
,电流为 时.
即所需照度最小值
○2 照度为 时吸合，显然
，无法达到这么高的电压，另一面电压
已经严重超
出光敏电阻的极限电压 150V,即使能达到这么高的电压，光敏可能
损坏.即无论怎么调整电阻 ,都不会使继电器吸合.
4 (P68-T12)试分析如图 3（a）和（b） 所示的放大电路中，其光敏电阻
的作用. 答：(a)中光敏电阻 的作用是反馈 调节，(b)中光敏电阻 的作用是光 开关，控制电压（信号）输入.
入射光功率从
，偏压
，结间电导
(微西)，转折电压
，
。试求：电信号输出送到放大器时，取得最大功率的电
光电探测作业
烟雾浓度的测控系统1.烟雾浓度测量的重要性烟雾浓度对生命安全及财产均能造成极大的伤害。
烟雾能使周围环境能见度低，会损伤人的眼睛和呼吸道，还会使重要的仪器和文物、建筑等造成破坏，并且会造成酸雨和光化污染。
因而烟雾浓度的测量具有很重要的科学研究价值。
对烟雾浓度的测量是十分必要。
2.烟雾浓度测量的方法烟雾浓度的测量方法有以侧重的方式测量，及使用探针及过滤装置以侧重方式对烟雾进行先采集后测量的方法；光电探测的测量方法，具有非侵入式测量手段，不干扰被侧对象，具有良好的实时性。
精度高的优点。
3.系统工作原理3.1 消光原理烟雾浓度测量理论图1 消光原理中的Lambert-Beer定律一束光穿过烟雾区，跟悬浮颗粒相互作用，强度会发生衰减。
颗粒对光的衰减影响包括散射与吸收两种方式。
光强在烟雾中随传播距离的强度衰减可用Lambert-Beer 定律或 Bouguer 定律来定量地描述：I = Iexp(-KL)式中，I为出射光强，I为发射光强,K为消光系数，L为光程长度。
K=σs M Sσs是某种燃料在特定燃烧条件下对于某个波长光辐射的“特定消光系数”。
这个值与波长、燃料成分、燃烧条件、烟颗粒的粒径分布均有关，往往通过实验得到。
为烟雾的质量浓度。
MS消光原理测量烟雾浓度的理论依据——Lambert-Beer 定律成立的前提是：1. 光源是单色光。
2. 接收的出射光强中不包括前向散射光成分。
然而在实际测量中，多少会有前向散射光被收集。
对于小颗粒，入射光在各个方向都会被散射，于是前向散射光强仅占总光强的很小一部分。
随着颗粒粒径的增大，前向散射的光强变得越来越大。
对于明火燃烧的烟雾来说，散射效应的影响不大，70%及更多的入射光强衰减都是由吸收造成的。
但尽管如此，仍有必要使用准直孔以减小探测器的孔径角θ的大小，尽可能地避免前向散射光强对测量结果的影响。
3.2 系统结构和设计消光烟雾浓度测量系统在工作时，由信号发生器决定驱动方式，并由光源驱动器对激光器进行供电。
光电检测作业
1.什么是莫尔条纹？莫尔光栅的栅距一般为多少，简述莫尔条纹测长的光学调制原理？1,莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。
2,光栅装置由标尺光栅和指示光栅组成，在标尺光栅和指示光栅上都有密度相同的许多刻线，称为光栅条纹。
光栅条纹的密度一般为每毫米25、或250条。
3,光栅：等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件称为光栅图1 主光栅莫尔条纹：图1所示的主光栅与图2所示的指示光栅成一定夹角叠放时形成另一方向上明暗相间的条纹，称为莫尔条纹，如图3所示。
设栅距为，夹角为，则莫尔条纹宽度B为：图2 指示光栅图3 主光栅与指示光栅成一定夹角叠放时形成莫尔条纹利用光栅精密测量位移：当指示光栅与主光栅有相对运动时，莫尔条纹也作同步移动。
由于，栅距被放大许多倍，光电元件测出莫尔条纹的移动，通过脉冲计数得到位移的度量。
原理框图如图4所示。
图4 光栅测量位移原理框图莫尔条纹的类型及其应用：光栅尺可以是长条形，也可以做成圆盘形；圆光栅上的刻线可以沿半径方向也可以是圆周方向，因而可以形成不同的莫尔条纹，用于不同的线位移或角位移测量场合。
2.对于四分法莫尔条纹测长，已知栅距为，测得光强变化脉冲次数为109次，则测得长度为多少？3.简述光电转速系统的组成？并分析光电探测器的响应时间对转速测量的影响？1，由信号，光电传感器，放大器，波形变换，波形整形，微处理器，显示模块组成。
2，如果光电探测器的响应时间过短的话无法准确测速，例如被测对象的转速高于光电传感器的反应时间，传感器反应一次的时间，被测对象可能转过了多次，导致测量结果失实，或者说产生粗大误差，影响测量结果。
然而我个人觉得，可以通过后期利用程序处理修正结果，比如机器转速是探测器的两倍，也就是传感器记录一次的时间机器转动两次，我们可以通过乘以2同样得到正确结果。
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粒子。
捕获 条件
首要的基本条件就是光强的分布需要有大的梯度
另一个捕获的基本条件是要保证待捕获粒子的折射 率n大于周围介质的折射率n0
上是比拟宏观机械镊子而对光的势阱效应所作
的的一种通俗和形象的描绘。
受 力
光作用在粒子上产生的力大体可以分为梯度力和散 射力两种，当梯度力的影响大于散射力时，粒子就 能在光强梯度最大处被捕获，反之，当散射力的影 响大于梯度力时，粒子会逸出光阱。
光 二维光学势阱和三维光学势阱的主要区别在于形成光 陷 镊的光源不同。前者的光源是高斯光束，而后者是由
• CCD
• CCD从功能上可分为线阵CCD和面 阵CCD两大类。
THANKS
PART.04
光镊实验装置
• 650nm激光发射器
• 即发出波长为650nm的激光发射器
• 小孔光阑
• 光阑是指在光学系统中对光束起着限制作用 的实体。它可以是透镜的边缘、框架或特别 设置的带孔屏。其作用可分两方面,限制光束 或限制视场(成像范围)大小。光学系统中限 制光束最多的光阑，称为孔径光阑，限制视 场(大小)最多的光阑，称为视场光阑。
PART.02
光镊的研究进展
光辐射压力
德国的天文
学家开普勒
提出慧尾背
向太阳就是
由于受到太 阳辐射的作 用力
无法从实 验上论证
证明了光可 以产生压力
印度科研人员开 发出新型光镊
证明了光压可 使微粒移动或 逆着重力进行 提升，成为利 用光辐射压力 捕获粒子的先 驱
光. 镊应运而生
贝尔实验室的 A.Ashkin 等 人 通过将激光高 度聚焦形成激 光微束，证明 了光压可使微 粒移动或逆着 重力进行提升
2019.12.10 光电测试技术大作业汇报
CON TENT
01 研究背景介绍 02 研究进展 03 光镊的基本原理 04 光镊实验装置 05 YOUR TITLE HERELeabharlann PART.01背景介绍
为什么要 研究光镊
由于纳米结构单元的尺度与物质的许多特征长度相 当，如电子的德布洛意波长、隧穿势垒厚度等，人们 探索自然、创造新知识的可能性也随之延伸到介于宏 观和微观物体之间的中间领域，在纳米领域的研究也 蕴含着发现新现象、认识新规律、提出新概念、建立 新理论的潜力。作为纳米科技的重要部分，纳米生物 学也日益得到人们的重视。纳米探测及操控技术在生 物学的应用将推动生物信息学的发展，加速人们对生 命规律的探索与认知。因此，如何更精确更细致的操 控微纳粒子就成为一个重要的课题。
可 对 40nm 的 粒子开展动态 诱捕与操纵
十七世纪初
1873
20世纪初
如今
PART.03
光镊的基本原理
概
述
光镊即光学镊子，是利用光的物理性质，实现 捕获和操控微小粒子功能的一种工具。在形成
光镊的聚焦激光微束中心存在一定的区域，物
体一旦进入这个区域将会自动移向光束的几何
中心，形成捕获。由此可见，所谓光镊，实际
• .扩束系统
• 大部分激光扩束器都选择使用伽利略式 激光扩束器设计或其变体
• 二向分色镜
• 分色镜采用薄膜干涉原理，并且与 水上油膜的相同的方式产生颜色。 当光以一定角度照射油膜时，一些 光从油的顶表面反射，并且一些光 从与水接触的底表面反射。因为从 底部反射的光线行进稍长一些的路 径，所以这种延迟会增强一些光波 长，而另一些则会被消除，从而产 生所看到的颜色。