光电总复习

第1章 章
光电检测技术概述
（理解） 理解） 掌握） （掌握） 了解） （了解） 了解） （了解） 把握） （把握）
光电检测技术的定义 光电检测系统的组成 光电检测技术的应用 光电检测技术的特点 课程的学习要求
第2章 章
光和光调制原理
电磁波谱图（了解） 电磁波谱图（了解） 光辐射度和光照度（了解） 光辐射度和光照度（了解） 光的波粒二象性（理解） 光的波粒二象性（理解） 掌握） 单色平面波 （掌握） 掌握） 光的偏振态 （掌握） 光的调制（光强度、相位、偏振、光的频率和波长） 光的调制（光强度、相位、偏振、光的频率和波长） 重点掌握） （重点掌握）
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电磁波的产生 能级： 能级：高能级 低能级 基态 光的产生 激励 受激吸收 自发辐射 (一般光源) 复合 受激辐射 (激光) 电致发光 光致发光 激发发光 化学发光 热发光 光产生的方法 热辐射(温度辐射) 发光效率 辐射效率 光源的基本参数 光谱功率分布： 光谱功率分布： 线状 带状 连续 混合 空间光强分布 光源色温 热辐射光源： 热辐射光源：太阳光 白炽灯 卤钨灯 伏安特性 发光亮度 气体放电光源 常用光源 发光二极管 响应时间 光谱特性 电致发光 辐射效率 (LED) 器件 LED的驱动电路
第三章 小结
• 总体原则 • -------能够正确选择和使用（掌握特点和理解原理和特性） 能够正确选择和使用（掌握特点和理解原理和特性） 能够正确选择和使用 • 光辐射产生的条件、光产生方法、基本参数 光辐射产生的条件、光产生方法、 • LED特点、原理、特性、驱动电路 特点、原理、特性、 特点 • 激光特点、发光面积、光的发散角、立体角、脉冲光的高 激光特点、发光面积、光的发散角、立体角、 能量、 能量、带宽和相干长度 • 激光形成条件和过程、谐振腔的作用、理解激光的模式、 激光形成条件和过程、谐振腔的作用、理解激光的模式、 He—Ne激光器的特点和应用 、工作原理、结构、 激光器的特点和应用 工作原理、结构、 • 半导体激光器的特点、 其它光源、 半导体激光器的特点、 其它光源、 • 光源选用原则、照明方式 光源选用原则、
• 偏振光调制的种类、各自原理及其应用 偏振光调制的种类、 • 光的频率（光学多谱勒频移、频移的检测 光的频率（光学多谱勒频移、 方法和各自特点）； 方法和各自特点）； • 波长调制（热色物质颜色变化、磷光和荧 波长调制（热色物质颜色变化、 光光谱变化、黑体辐射波长、滤光器）； 光光谱变化、黑体辐射波长、滤光器）； • 测量 高温物体的温度、轴转速、液体浓度、 高温物体的温度、轴转速、液体浓度、 微小尺寸的测量方法（多种）、测大电流、 ）、测大电流 微小尺寸的测量方法（多种）、测大电流、 测磁场、测力、 测磁场、测力、
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激光的 特点： 特点：
发光面和光发散角小， 发光面和光发散角小，只向着数量级约 方向性： 方向性： 10-6的立体角范围内输出激光光束。 的立体角范围内输出激光光束。 发光时间可以很短，可发出∆t 为10-13 发光时间可以很短， 瞬时性： 瞬时性： 秒数量级的超短脉冲。 秒数量级的超短脉冲。 高亮度： 高亮度： 空间方向集中 ＋ 发光时间很短 单色性： 频率带宽和波长带宽很小。 单色性： 频率带宽和波长带宽很小。 相干长度大， 时间相干性(相干长度大，相干时间长) 相干性： 相干性： 空间相干性(发光面和光发散角小) 外界激励源作用于工作物质， 外界激励源作用于工作物质，受激 粒子数 辐射强于受激吸收，入射光增强。 (前提)辐射强于受激吸收，入射光增强。 反转： 反转： 外界激励源： 外界激励源： 电 热 化学 核 光 光学谐振腔： 光学谐振腔： (必要条件) 光放大和选频作用
∆ϕ =
2π
λ
× l × n( l )
光相位调制测量技术往往具有更高的灵敏度和 测量精度，应用于精密测量中。 测量精度，应用于精密测量中。
第8章：光偏振调制检测系统
主要内容和要求： 主要内容和要求： 掌握波片的作用； 掌握波片的作用； 特别是四分之一波片 掌握波片的性质； 特别是四分之一波片) 掌握波片的性质；(特别是四分之一波片 理解光弹性效应测力计的工作原理； 理解光弹性效应测力计的工作原理； 掌握如何使外力和检流表的读数成线性关系和如何使 检流表从零位开始。 检流表从零位开始。
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光调制的基本概念：调制、 解调、 光调制的基本概念： 调制、 解调、 光调制 光调制方法： 光强度调制、 光相位调制、 光偏振调制、 光调制方法： 光强度调制、 光相位调制、 光偏振调制、 光频率调制、 光频率调制、 光波长调制
光 调 制源自文库技 术
反射式、遮挡式、 反射式、遮挡式、透射式 辐射式、 辐射式、 光强度调制： 光强度调制： 通过改变光传播的物理长度、 通过改变光传播的物理长度、介质折射率等实现 相位调制 将相位变化转变为光强变化 光 的 干 涉 波独立传播定律 波叠加原理 波强度 光波的相干条件 光源的相干性： 光源的相干性： 时间相干性
第3章 光电检测系统中常用光源和照明方式 章
• 总体原则 • -------能够正确选择和使用（掌握特点和理解原理和特性） 能够正确选择和使用（掌握特点和理解原理和特性） 能够正确选择和使用 • 光辐射产生的条件、光产生方法、 光辐射产生的条件、光产生方法、 • LED特点、原理、特性、驱动电路 特点、原理、特性、 特点 • 激光特点、发光面积、光的发散角、立体角、脉冲光的高 激光特点、发光面积、光的发散角、立体角、 能量、 能量、带宽和相干长度 • 激光形成条件和过程、谐振腔的作用、理解激光的模式、 激光形成条件和过程、谐振腔的作用、理解激光的模式、 He—Ne激光器的特点和应用 、工作原理、结构、 激光器的特点和应用 工作原理、结构、 • 半导体激光器的特点、 其它光源、 半导体激光器的特点、 其它光源、 • 光源选用原则、照明方式 光源选用原则、
第11章：光纤和基于光纤的检测系统
11.1 光导纤维基础知识 11.1.1 光纤的结构
纤芯 (折射率高 折射率高) 折射率高
包层 (折射率低 折射率低) 折射率低
外套 (起保护作用 起保护作用) 起保护作用
全反射) 使光束封闭在纤芯里面传输 (全反射 全反射
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概述 光电检测技术的应用 高精度 高速度 光电检测技术的特点 非接触 寿命长
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多普勒 频移 频率 调制 光的频率和 波长调制 频率 检波
多普勒效应 多普勒效应的应用 光频率调制的应用 双重多普勒频移 光混频 零差法 区别 技术 外差法 波长调制的应用 波长 利用热色物质的颜色变化进行波长调制 调制 利用磷光(荧光)光谱的变化进行波长调制
利用黑体辐射进行波长调制 利用滤光器参数的变化进行波长调制
光 相 位 调 制
空间相干性
马赫-泽德干涉仪
几种干涉系统： 几种干涉系统：迈克尔逊干涉仪
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光的 干涉 光相位 调制
萨纳克干涉仪 杨氏双缝干涉 几种干涉 多光束干涉仪 系统 (法布里-珀罗干涉仪) 光纤干涉仪 惠更斯-菲涅耳原理
光的 菲涅耳半波带法 衍射
夫琅和费单缝衍射
旋光现象 光偏振 调制 法拉第效应 光弹效应 克尔电光效应
光的波粒 波动性 (光由一列列的光波组成) 二象性 粒子性 (光由一个个的光子组成) 平面波： 平面波： 波面 平面波 单色平面波 (简谐波)
干涉、 干涉、衍射 吸收、发射、 吸收、发射、 光电效应等 波动方程 时间周期性 空间周期性
2 平均光强与相应的光矢量的振幅平方成正比 I = E 0
在与传播方向垂直的二维空间里，光的振动状态。 在与传播方向垂直的二维空间里，光的振动状态。 光的偏振态： 光的偏振态： 自然光、 线偏振光、部分偏振光、 圆偏振光、 自然光、 线偏振光、部分偏振光、 圆偏振光、 椭圆偏振光
第四章
光电检测器件和检测电路
光电探测器： 光电探测器： 响应方式 光辐射 探测器 或 器件机理 不同 热电探测器
基于光辐射引起温度上升， 基于光辐射引起温度上升，使与温度有 关的电物理量发生变化的器件。 关的电物理量发生变化的器件。 利用光子与电子的直接作用(即光电效应)， 将光信息转变为电信息的器件。 将光信息转变为电信息的器件。
远距离、 远距离、大量程 信息处理与运算能力强
掌握、 光调制原理(掌握) 光源(掌握、选用) 光电器件(掌握、选用) 掌握、 课程的学习要求 典型光电检测系统(掌握) 光电检测系统的设计(框架式设计)
光波 电磁波谱： 按照电磁波在真空中传播的波长或频率， 电磁波谱： 按照电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减
第四章小结： 第四章小结： 光电探测器的作用： 光电探测器的作用： 光——电 转换 分类： 分类： 机理 光电导器件 (体效应) 半导体 ---光敏电阻
CCD
---光电池 光生伏特器件 (结效应) ---光电二极管 ---光电三极管 存储器 ---电注入 (用途) 摄像 ---光注入
一抓 抓住一条主线： 抓住一条主线： 效应——机理——特性参数 记住两种效应： 二记 记住两种效应： 光电效应 ---有选频作用 三分清 光源 ---发光 光电探测器 ---接收光 结效应 ---有PN结 半导体器件 ---内光电效应 体效应 ---无PN结 真空器件 ---外光电效应 光热效应 ---无选频作用
第9章：光频率调制检测系统
主要内容和要求： 主要内容和要求： 理解激光测速仪的外差检测模式 掌握速度方向的判别方法 理解二维激光测速原理与光路 理解激光测速仪的应用 掌握双频激光干涉测长原理 掌握双频激光测长仪与单频干涉仪的相比较的优点 掌握如何利用双频激光测量振动、 掌握如何利用双频激光测量振动、测角度和测直线度 的工作原理
第6章：基于光强度调制的检测系统
6.1 光电开关与光电转速计 6.2 光电编码器 6.3 莫尔条纹测长仪 6.4 激光测距仪 6.5 三角测量技术 了解 三角测量技术—了解 6.6 激光准直仪 6.7 基于计算机视觉的测量系统
第7章：基于光相位调制的检测系统
利用光相位调制原理进行检测外界物理量的系统
复习： 复习： 一般的光电检测系统构成、电磁波谱图（了解）、 ）、光辐 一般的光电检测系统构成、电磁波谱图（了解）、光辐 理解）、光的波粒二象性（掌握）、 ）、光的波粒二象性 射度和光照度 （理解）、光的波粒二象性（掌握）、 单色平面波及其数学描述（掌握）、常见偏振光种类、 单色平面波及其数学描述（掌握）、常见偏振光种类、 ）、常见偏振光种类 光调制、光强度调制种类、 光调制、光强度调制种类、 掌握（光相位调制原理和种类、波的叠加原理、 掌握（光相位调制原理和种类、波的叠加原理、光相干 条件、对光源相干性要求、 条件、对光源相干性要求、光的干涉种类和原理及其应 用） 理解（光的衍射现象、惠更斯—菲涅耳原理、菲涅耳半 理解（光的衍射现象、惠更斯 菲涅耳原理、 菲涅耳原理 波带法、 波带法、夫琅和费单缝衍射及其应用 ）
第5章：光电探测技术 光直接探测方法 (非相干检测)
---光强度调制
光波对信号 的携带方式
光电信号 检测方法
光外差探测方法 (相干检测)
---光强度调制 ---光相位调制 ---光频率调制
本章小结： 本章小结：
主要内容： 主要内容： 光的直接探测方法； 光的外差探测方法； 光的直接探测方法； 光的外差探测方法； 弱光信号检测 几个问题： 几个问题： 在什么情况下适合用光的直接探测方法？ 在什么情况下适合用光的直接探测方法？在什么情况 下适合用光的外差探测方法？ 下适合用光的外差探测方法？ 光的直接探测与光的外差探测在光路上有什么明显的 区别？ 区别？ 光直接探测与光外差探测方法各自的优缺点？ 光直接探测与光外差探测方法各自的优缺点？ 弱光信号探测的几种基本方法？ 弱光信号探测的几种基本方法？
排列，形成的一个连续谱带。 排列，形成的一个连续谱带。
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辐射度学和 光度学： 光度学：
光波
电磁波 γ射线 X 谱图： 谱图：无线电波 微波 红外线 可见光 紫外线 射线
都是对光能进行定量研究的科学， 都是对光能进行定量研究的科学，所用的物理符号一一对应 辐射度量是客观量，光度量是主观量。 辐射度量是客观量，光度量是主观量。 辐射度学适用于整个电磁波谱，光度学只适用于可见光。 辐射度学适用于整个电磁波谱，光度学只适用于可见光。