第五章 光强度调制检测系统 光电检测技术
光电检测技术与应用 第五章 光电直接探测系统
探测器上的光谱功率
Pe E e A0 0
探测器输出信号电压
A0 VS 2 L
I
1
2
e
1
0
RV d
输出信噪比
VS A0 2 I e 1 0 RV d 2 Vn Vn L 1
简化处理结果:
VS A0 I R 2 e 1 0 V Vn Vn L
15
信噪比为：
SNRp
Po e h PS2 2 2 2 2 Pno iNS iNB iND iNT
2
(ePS G / hv) 2 2e 2 ( PS Pb )G 2 4kt 2 2eI d G f hv RL
当热噪声是主要噪声源时
E I 0 I(ωo)＝I(0)为最大频谱分量
2
22
激光波形为：
I t Ae
光脉冲宽度。 频谱I(ω)为：
2t 2
β 是脉冲峰值， β ≈1.66 /τ0 ， τ0是激
I I t e jt dt
A
e
2 4 2
SNR p
i
e h
2 NS
2
P G
2 S 2
i
2 NB
i
2 ND
G i
2
2 NT
G2很大时，热噪声可以忽略,光电倍增管可接
近散粒噪声限。
19
2）光导探测器直接探测系统的信噪比
主要噪声为复合噪声，它和偏置电流成比例， 因而它的灵敏度与具体使用条件有关。 光导探测器的极限灵敏度比光伏器件及光电 倍增管的极限灵敏度要低，所需理想的最小 可探测功率大。 3、直接探测系统的视扬角 被测物在无穷远处，且物方与像方两侧的介 质相同。
光电检测技术精品专业课件
三、在军事上的应用
美军研制的未来单兵作战武器
夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术 激光测距仪：可精确的定位目标。
四、检测技术在国防领域的应用
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系统
监测系统: 探测和发现 敌人导弹的发射并追踪 导弹的飞行轨道；
16、业余生活要有意义，不要越轨。2021/7/232021/7/23Jul y 23, 2021
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。2021/7/232021/7/232021/7/232021/7/23
光电检测技术
光电传感器：
– 基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件 – 将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。
硅原子数百万分之一的杂质时，电导率为2 /(欧姆•厘米))
半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影 响。
本征和杂质半导体
本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。
在绝对零度时，价带中的全部量子态都被电子占据，而 导带中的量子态全部空着（半导体的共价键结构，能带、 电子、空穴对，载流子）。温度升高，导电能力增强， 电子、空穴对
光电检测技术 与应用
教材
《光电检测技术与应用》郭培源 编著 北京航空航天大学出版社
参考书目
《光电检测技术》曾光宇等编著 清华大学出版社 《激光光电检测》吕海宝等编著 国防科技大学出版社 《光电检测技术》雷玉堂等编著 中国计量出版社
目录
第一章 绪论
第二章 2.1 2.2 2.3 2.4
光电检测技术基础 光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
《 光电检测技术 》教学大纲
《光电检测技术》教学大纲课程代码：课程中文名：光电检测技术课程英文名：课程类别：专业技术科适用专业：光伏材料应用、光伏发电应用、电子技术等专业课程学时： 48学时课程学分： 3学分一、课程的专业性质、地位和作用（目的）1、性质：必修2、地位：光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新型检测技术，它是利用电子技术对光学信息进行检测，并进一步传递、存储、控制、计算和显示。
光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一。
3、作用：通过本课程的教学，使学生了解和掌握各种光电器件的结构、工作原理、工作过程、工作特性及其基本的应用，培养学生通过了解器件的性能特点来搭建检测系统的能力，培养学生学习的能力和综合运用知识的能力，培养学生理论联系实际的学风和科学态度，提高学生的分析处理实际问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。
二、教学内容、学时分配和教学的基本要求第一章光电检测应用中的基础知识6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0 学时1.1 辐射度学和光度学基本概念1.2 半导体基础知识1.3 基本概念1.4 光电探测器的噪声和特性参数重点:辐射度学和光度学基本概念难点:光电探测器的噪声和特性参数教学要求:本章介绍了光电检测应用中的基础知识，要求学生对基本概念有理解，进而掌握光电探测器的噪声及特性参数第二章光电检测中的常用光源3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时2.1 光源的特性参数2.2 热辐射源2.3 气体放电光源2.4 固体发光光源2.5 激光器重点：光源的特性参数难点：气体、固体发光光源和激光器的工作原理教学要求:本章要求学生掌握各种固体发光的工作原理及其应用第三章结型光电器件 6 学时，理论教学6 学时，实践或其他教学0学时3.1 结型光电器件工作原理3.2 硅光电池3.3 硅光电二极管和硅光电三极管3.4 结型光电器件的放大电路3.5 特殊结型光电二极管3.6 结型光电器件的应用举例——光电耦合器件重点：结型光电器件的工作原理；硅光电池的工作原理及特性；硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较难点：结型光电器件的放大电路及应用举例——光电耦合器件教学要求：要求学生掌握硅光电池的工作原理；硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较及结型光电器件的放大电路及应用——光电耦合器件第四章光电导器件6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时4.1光敏电阻的工作原理4.2 光敏电阻的主要性能参数4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声4.4 光敏电阻的特点和应用重点：光敏电阻的工作原理和特性参数难点：光敏电阻的应用教学要求：要求学生掌握光敏电阻的工作原理及性能参数及光敏电阻的应用第五章真空光电器件3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时5.1 光电阴极5.2 光电管与光电倍增管5.3 光电倍增管的主要特性参数5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路5.5 微通道板光电倍增管5.6 光电倍增管的应用重点：光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数难点：光电倍增管的供电和信号输出电路及应用教学要求：要求学生掌握光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数及实际应用第六章真空成像器件3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时6.1像管6.2常见像管6.3摄像管6.4光导靶和存储靶6.5摄像管的特性参数6.6摄像管的发展方向重点：像管与摄像管的工作原理难点：光导靶和存储靶的原理及摄像管的特性参数教学要求：要求学生掌握像管与摄像管的工作原理及特性参数第七章固体成像器6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时7.1 电荷耦合器件7.2 电荷耦合器件的分类7.3 CCD摄像机分类7.4 CCD的特性参数7.5 自扫描光电二极管阵列7.6 固体摄像器件的发展现状和应用重点：电荷耦合器件的工作原理；CCD的特性参数难点：自扫描光电二极管阵列教学要求：要求学生掌握CCD固体成像器件的工作原理第八章红外辐射与红外探测器6学时其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时8.1 红外辐射的基础知识8.2 红外探测器8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项8.4 红外测温8.5 红外成像8.6 红外无损检测8.7 红外探测技术在军事上的应用重点：红外探测器的工作原理、性能参数及使用中应注意的事项难点：红外探测器的具体应用教学要求：要求学生掌握红外辐射的基础知识，并掌握红外探测器的各种具体应用第九章光导纤维与光纤传感器6学时其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时9.1 光导纤维基础知识9.2 光导纤维的应用9.3 光纤传感器的分类及构成9.4 功能型光纤传感器9.5 非功能型光纤传感器重点：光导纤维的基础知识及功能型光纤传感器的工作原理难点：非功能型光纤传感器的工作原理教学要求：要求学生掌握光导纤维的基础知识，并掌握光纤传感器的工作原理第十章太赫兹波的产生与检测3学时其中理论教学 3 学时，实践或其他教学0学时10.1 概述10.2 THz辐射光谱学10.3 THz辐射成像重点：THz辐射成像的原理难点：THz辐射成像的原理教学要求：要求学生掌握THz辐射成像的原理三、各章节教学课时分配表本课程各部分教学内容计划学时数分配如下：四、课程的考核办法和成绩评定：1、考试 2.笔试（闭卷）3.平时成绩比重：平时成绩（包括考勤、作业、答疑、课堂练习、课外实验、等）占30%4.期末成绩比重:卷面考试占70%。
光电检测技术概述
光电检测技术概述光电检测技术是指利用光学和电子技术结合，通过检测光信号的特征和变化来实现对目标物体或环境的测量、监测和控制的一种技术。
光电检测技术被广泛应用于光学通信、光学测量、光学成像、光学传感、光学信息处理、光学控制等领域，具有高精度、非接触、快速响应、无污染、易自动化等优点。
光电检测技术的基本原理是利用光电器件将光信号转换为电信号，再通过电子器件进行信号处理和判定，最后通过控制单元实现对目标物体或环境的测量、监测和控制。
光电器件包括光电二极管、光电三极管、光敏电阻、光电导、光电二极管等，电子器件包括放大器、比较器、数字信号处理器、逻辑电路等，控制单元可以是微处理器、机器人等。
1.光学通信：光电检测技术在光学通信中起着关键作用，光电检测器件用于接收和检测光信号，通过电子器件进行信号处理和解码，实现信息的传输和交流。
光电检测技术在光纤通信、激光通信、无线光通信等领域得到广泛应用。
2.光学测量：光电检测技术在光学测量中可以实现对物体或环境的位置、形状、尺寸、颜色等参数的测量。
例如，在工业生产中，利用光电检测技术可以实现对产品的自动检测和测量，提高生产效率和质量；在环境监测中，可以利用光电检测技术对大气污染、水质污染等进行监测和检测。
3.光学传感：光电检测技术在光学传感中可以实现对环境参数的测量和监测。
例如，利用光电检测技术可以实现对温度、湿度、压力等物理量的测量；利用光电检测技术可以实现对气体、液体、固体等化学参数的测量。
4.光学成像：光电检测技术在光学成像中可以实现对目标物体的拍摄和图像处理。
例如，在医学影像中，利用光电检测技术可以实现对人体内部器官的成像和检测；在遥感影像中，利用光电检测技术可以实现对地球表面的成像和监测。
总结起来，光电检测技术是一种利用光学和电子技术结合的技术，广泛应用于光学通信、光学测量、光学成像、光学传感等领域。
光电检测技术具有高精度、非接触、快速响应、无污染、易自动化等优点，为现代工业生产、环境监测、医学诊断等提供了有力的技术支持。
光电检测技术智慧树知到答案章节测试2023年山东科技大学
第一章测试1.光电传感器是基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种传感器A:对B:错答案:A2.PN结型的光电传感器有光电二级管、光电晶体管光电晶闸管等A:错B:对答案:B3.非PN结的光电传感器有光敏电阻、热敏电阻及光电管等A:对B:错答案:B4.一般的电子检测系统由三部分构成，分别是（）、（）和（）A:发射器B:传感器C:信号调制器D:输出环节答案:BCD5.光电检测系统频率量级上比电子检测系统提高了几个数量级，因此在载波容量、角分辨率、距离分辨率和光谱分辨率上大大提高A:错B:对答案:B第二章测试1.热效应较小的光是A:红外B:紫光C:紫外D:红光答案:C2.半导体中受主能级的位置位于A:满带B:价带C:禁带D:导带答案:C3.波长为500nm的波属于A:太赫兹波B:X射线C:远红外D:可见光答案:D4.光度量是辐射度量的()倍A:683V(λ)B:V(λ)C:683D:1/683 V（λ）答案:A5.本征半导体在绝对零度时，在不受光的照射下，导带中没有电子，价带中没有空穴，此时不能导电。
A:错B:对答案:B第三章测试1.光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。
A:错B:对答案:B2.光敏电阻是光电导效应器件。
A:对B:错答案:AD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种。
A:对B:错答案:A4.光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号。
A:错B:对答案:B5.热敏电阻的种类不包括下列哪个A:ZTCB:NTCC:CTCD:PTC答案:A第四章测试1.信息的信噪比的大小决定了光电探测器件能否测量出改信息。
A:对B:错答案:B2.根据噪声来源，光电探测器的噪声有几种形式？A:低频噪声B:背景噪声C:热噪声D:散粒噪声答案:ACD3.设计光电信号检测电路必须满足下列哪些要求？A:最佳的信号检测能力B:灵敏的光电转换能力C:快速的动态响应能力D:长期工作的稳定性和可靠性答案:ABCD4.对于光伏型的光电信号输入电路，当入射光通量一定时，负载增大，输出电压也增大，但是当电阻达到一定值后输出电压变饱和。
《光电检测技术》课件
生物医学
光电检测技术在生物医学领域的 应用包括光谱分析、荧光成像、 激光共聚焦显微镜等，有助于疾 病的诊断和治疗。
工业生产
光电检测技术在工业生产中的应 用包括产品质量检测、生产线自 动化控制等，可以提高生产效率 和产品质量。
光电检测技术的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，光电检测技术 将逐渐实现智能化，能够自动识别和分类
目标，提高检测精度和效率。
微型化
随着微纳加工技术的发展，光电检测器件 将逐渐微型化，能够应用于更广泛的领域
，如生物医疗、环境监测等。
高光谱成像
高光谱成像技术能够获取目标的多光谱信 息，有助于更准确地分析物质成分和状态 ，是光电检测技术的重要发展方向。
多模态融合
将多种光电检测技术进行融合，实现多模 态信息获取和分析，能够提高检测的准确 性和可靠性。
利用光电检测技术快速读取条形码的设备
详细描述
光电式条形码阅读器通过发射光源和接收装置，快速扫描条形码并将光信号转 换成电信号，实现快速、准确地读取条形码信息。广泛应用于超市、图书馆、 物流等领域，提高信息录入效率和准确性。
光电式指纹识别系统
总结词
利用光电检测技术进行指纹识别的系统
详细描述
光电式指纹识别系统通过发射光源和图像传感器，获取指纹的反射光信号，再转换成电信号进行处理。系统能够 实现高精度、高速度的指纹识别，广泛应用于身份认证、门禁控制等领域，提高安全到探测器表面时，光子与材料中的电子相 互作用，使电子从束缚状态跃迁到导带，形成光生电压或电流，从而实现对光 信号的探测。
03
常见的光伏探测器有硅、锗等。
光子探测器
光子探测器是利用光子效应制成的探测器，主要应用于紫外、可见和近红外波段的探测。
光电检测技术
光电检测技术摘要：光电检测技术是一种利用光电效应来检测和测量物体的技术。
本文将介绍光电检测技术的原理和应用领域，探讨光电检测技术的优势和局限，并展望其未来发展方向。
第一部分：光电检测技术的原理1.1 光电效应的基本原理光电效应是指当光照射到特定材料表面时，产生光电子和电子的释放现象。
光电效应包括光电发射效应和光电吸收效应两种情况。
在光电检测技术中，一般利用光电发射效应来实现光电测量。
1.2 光电检测元件在光电检测技术中，常用的光电检测元件包括光电二极管、光敏电阻、光电倍增管等。
这些元件能够将光信号转化为电信号，并进行相应的电路处理。
1.3 光电检测技术的基本原理光电检测技术利用光电效应的原理，将光信号转化为电信号，并通过电路处理和分析得到所需的测量结果。
光电检测技术可以实现对光强度、光功率、光频率等参数的测量。
第二部分：光电检测技术的应用领域2.1 工业自动化光电检测技术在工业自动化领域中有广泛的应用。
例如，光电传感器可以用于检测物体的位置、速度和形状等信息，从而实现对生产流程的控制和优化。
2.2 无损检测光电检测技术可以用于无损检测领域，例如对材料的缺陷、组织结构和磨损程度进行检测和分析，从而提高材料的品质和可靠性。
2.3 生物医学在生物医学领域中，光电检测技术可以用于血氧测量、生物分子测量、细胞成像等应用。
例如，光电子学显微镜可以观察和研究微观生物结构。
2.4 环境监测光电检测技术在环境监测领域中被广泛应用。
例如，光电二极管可以用于光强度的测量，从而监测光照强度对环境的影响。
第三部分：光电检测技术的优势和局限3.1 优势光电检测技术具有响应速度快、精度高、可靠性强等优点。
光电检测元件体积小，可放置在狭小的空间中，并能耐受高温和高压等恶劣环境。
3.2 局限光电检测技术在进行远距离测量和透明物体测量时存在一定的局限。
此外，光电检测技术的应用受到光照强度和环境噪声等因素的影响。
第四部分：光电检测技术的未来发展方向随着科技的不断进步，光电检测技术将会在以下几个方面得到进一步发展：4.1 小型化和集成化光电检测元件将趋向于小型化和集成化，以适应小型化和高性能化的设备和系统要求。
光电测试技术-n5ppt课件
➢ 1．干涉原理
➢ 光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道，两 束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉I22I1I2cos
两光束到达 某点的光程
2π L
差
➢ 满足 Lm 的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。
➢ 满足 L(m1/2)的光程差相同的点形成的暗线叫
暗纹，亮纹和暗纹组成干涉条纹。
a)
b)
c)
图4-3 光阑孔大小对干涉条纹对比度的影响
.
10
➢ 如取对比度为0.9，可得光源的许可半径
rm
f' 2
h
在干涉测量中，采取尽量减小光源尺 寸的措施，固然可以提高条纹的对比 度，但干涉场的亮度也随之减弱。
当采用激光作为光源时，因为光源上 各点所发出的光束之间有固定的相位 关系，形成的干涉条纹也有固定的分 布，而与光源的尺寸无关。激光光源 的大小不受限制，激光的空间相干性 比普通光源好得多。
.
11
§5-1 激光干涉测试技术基础
1.2 影响干涉条纹对比度的因素 ➢ ③相干光束光强不等和杂散光的影响 ➢ 设两支相干光的光强为I2=nI1，则有
K2 n n1
➢ 非期望的杂散光进入干涉场，会严重影响条纹对比度。 ➢ 设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为 I'mI1，则
Im ax(1nm 2n)I1Im in(1nm 2n)I1
➢ 其中m是干涉条纹的干涉级. 次。
3
§5-1 激光干涉测试技术基础
1.1 干涉原理与干涉条件
➢ 2．干涉条件
➢ 通常能够产生干涉的两列光波必须满足三个基本相干条件：
✓ 频率相同
✓ 振动方向相同 ✓ 恒定的位相差
静态稳定干涉场的 条件
《光电检测技术第二版》中国计量出版社第五章课件
再
见！
I光 S比＝ U
3、光电特性
I 光＝AU
式中A为光敏材料决定的常数；U为电源电压； 为0.5~1之间的系数。 为入射光通量
弱光照，线性光电导。
I光
=1
＝0.5
强光照，抛物线光电导。
E
4、伏安特性（一定光照下，光敏电阻的 光电流与所加电压关系）
光 电 流
100lx
10lx
额定功耗线
必须在适当波长的光的照射下阻值才会变小从而使回路电流变大负载上压降增加即它的等效回路中应有反映入射光信号的电流源与一般的电阻器有所不同故而称之为光电导器件
第三节：半导体光电检测器件
光敏电阻是光电导型器件。 光敏电阻材料：主要是硅、锗和化合物半 导体，例如：硫化镉（CdS），锑化铟 （InSb）等。
光敏电阻的应用
基本功能：根据 自然光的情况决 定是否开灯。
220V K
灯 CdS
常闭
照明灯自动控制电路
光电检测器件
电子快门常用于电子程序快门的照相机中，其中 测光器件常采用与人眼光谱响应接近的硫化镉(CdS) 光敏电阻。 照相机曝光控制电路是由光敏电阻R、开关K和电 容C构成的充电电路，时间检出电路(电压比较器)， 三极管T构成的驱动放大电路，电磁铁M带动的开门 叶片（执行单元）等组成。
光电检测器件
注意：必须在适当波长的光的照射下，阻值才会变 小，从而使回路电流变大，负载上压降增加，即它的 等效回路中应有反映入射光信号的电流源，与一般的 电阻器有所不同，故而称之为光电导器件。
光电流
光敏电阻两端加电压（直流或交流）．无 光照时，阻值（暗电阻）很大，电流（暗 电流）很小；光照时，光生载流子迅速增 加，阻值（亮电阻）急剧减少．在外场作 用下，光生载流子沿一定方向运动，形成 光电流（亮电流）。 光电流：亮电流和暗电流之差；
第五章 光电检测系统
精品资料
莫尔条纹(tiáo wén)测长仪
光电探测器接收到的明暗变 化的光信号转换成电信号；
通过对莫尔条纹的直接测量 (cèliáng)，可以测的光栅的 位移量；
在较宽的莫尔条纹间隔内安 放细分装置进行细分，可读 取位移的分数，提高测量 (cèliáng)的灵敏度和精度．
本机振荡光场为： E L t A L c L o t L s
入射到探测器上的总光场为： E t A s c s t o s A L s c L t o L 精品资料
光探测器输出(shūchū)的光电
i p t 流 S E 2 t S E s t E L t 2 S A s 2 c 2 s t s o A L 2 c 2 L s t o L
fS 为信号光波，fL为本 机振荡光波，这两束相 干光入射到探测器表面 (biǎomiàn)进行混频，形 成相干光场。
经探测器变换后，输出 信号中包含 fs fL 的 差频信号，故又称相干 探测。
精品资料
基本原理
设入射到探测器上的信号(xìnhào)光场为：
E s t A s co s t s s
测距原理： 由激光器对被测目标发射一
个光脉冲，然后接受目标反射 回来的光脉冲，通过测量光脉 冲往返所经过(jīngguò)的时间来 计算出目标的距离。
测距仪原理：
由激光发射系统、接受系
统，门控电路、时钟脉冲振荡
器和计数器等组成。
脉冲激光测距仪的原理框图
精品资料
激光器：LD，ND：YAG（调Q/锁模）
Ip S P q h E 2(t)2 q h A 2
输出的电功率正比于入射光功率的平方
《光电检测技术》全【2024版】
3.4 金属卤化物灯——第三代光源
1、工作原理 ：
（1）放电管内金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散 （2）电弧中心，金属卤化物分子分解为金属原子和卤原子 （3）金属原子处于高能级时产生辐射，并参与放电 （4）金属原子和卤素原子向浓度低的管壁区域扩散，并在 低温区重新复合为金属卤化物分子，依次循环
（2）光源色温：
a.色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温
b.相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射 的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关 色温。
能源与动力工程学院
3.2 热辐射光源
1、太阳光 ：直径约为1.392×109m的光球，到地球的
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
3、光谱功率谱分布：光源输出功率与光谱的波长关系 常见的光谱功率分布有四种型式： 线状光谱：有若干条明显分隔的细线组成； 带状光谱：由分开的谱带组成,谱带又包含许多谱线； 连续光谱：谱线连成一体； 复合光谱：由以上三种光谱混合而成。
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3.1 光源的基本参数
4、空间光强分布： （1）许多光源的发光强度在各个方向是不同的。 （2）若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度 相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线 ，称为 配光曲线；
（3）HG500型发光二极 管的配光曲线。
（4）为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向 作为照明方向。
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Pi
单位：流明每瓦
0.38e ()d
Pi
Km
0.78
V ()d
0.38
0.78
可见辐射通量在输入功率中所占比例： V
什么是光电检测光电检测技术介绍
什么是光电检测光电检测技术介绍光电检测是指利用光电器件对光信号进行检测和测量的技术。
光电器件是一种将光信号转化为电信号的器件，常见的光电器件有光电二极管、光敏电阻、光电导、光敏三极管、光电三极管等。
光电检测技术在科学研究、工业制造、医疗诊断等领域都得到了广泛的应用。
光电检测技术由光源、光电器件、光电转换电路和信号处理系统组成。
光源提供光信号，光电器件将光信号转化为电信号，光电转换电路对电信号进行放大和处理，信号处理系统将电信号转化为可以人们理解的信号进行分析和判断。
光电检测技术具有以下几个特点：1.高灵敏度：光电器件对光信号的检测灵敏度高，可以检测到非常微弱的光信号。
2.快速响应：光电器件的响应速度快，可以对快速变化的光信号进行检测。
3.宽频响：光电器件对不同频率的光信号都有较好的响应。
4.可选择性：不同的光电器件对不同波长的光信号有不同的响应，可以选择合适的光电器件进行检测。
光电检测技术在许多领域中都有广泛的应用。
在科学研究中，光电检测技术常被用于光谱分析、荧光检测、显微镜观测等。
光谱分析可以通过光电检测技术将光信号转化为电信号，进而通过信号处理系统得到样品的光谱信息。
荧光检测可以利用光电器件对样品发出的荧光信号进行检测，用于分析样品的成分和浓度。
显微镜观测可以通过光电检测技术对显微镜下的样品进行观测和测量。
在工业制造中，光电检测技术常被用于检测产品的质量和性能。
例如，光电检测技术可以用于检测产品的表面缺陷、尺寸精度和形状等。
光电检测技术可以替代传统的机械式检测方法，具有速度快、精度高的优点。
在医疗诊断中，光电检测技术可以用于医学影像的获取和分析。
例如，X射线和CT扫描是利用光电检测技术对人体内部结构进行成像的。
光电检测技术还可以用于血液分析、心电图、眼科检查等医学检验和诊断中。
总的来说，光电检测技术是一种非常重要的检测和测量技术，在许多领域都起着关键的作用。
随着光电器件的不断发展和进步，光电检测技术将会在更多的领域中得到应用和推广。
光电检测技术与应用光电直接检测系统资料
5.2.4 系统的通频带宽度
频带宽度Δf是光电检测系统的重要指标之一。检测系统要求 Δf应保存原有信号的调制信息，并使系统达到最大输出功率信 噪比。系统按传递信号能力，可有以下几种方法确定系统频带宽 度。
对于输入信号为矩形波时，通过不同带通滤波器的波形的分 析，可知，要使系统可以复现输入信号波形，要求系统带宽Δf：
e h
______ E s2 t
e 2 A 2h
5-3
称为光电变换比例常数
5.1 光电直接检测系统的基本工作原理 若光检测器负载电阻RL，则光检测器输出电功率为：
e 2 Po I RL 5-4 Ps RL h 光检测器的平方律特性：光电流正比于光电场振幅的平方， 电输出功率正比于入射光功率的平方。
直 接 检 测 光 外 差 检 测
光源：非相干或相干光源 原理：利用光强度携带信息，将光强度转换为 电信号，解调电路检出信息。 调制方法：光强度调制、偏振调制
直接检测是一种简单实用的方法。
相干检测， 光源：相干光源 原理：利用光的振幅、频率、相位携带信息， 检测时需要用光波相干原理。 调制方法：光振幅调制、相位调制，频率调制
5.2 光电直接检测系统的基本特性
5.2.1 直接检测系统的信噪比—衡量模拟系统好坏及灵敏度
光检测器输出的总功率包括信号电功率和噪声功率，可表示为：
e 2 Po Pno R P P L s n h
考虑到信号和噪声的独立性，有：
2
5-7
e 2 Po RL Ps h
SNR p
1 Ps 5-11 2 P n
输出信噪比是输入信噪比的一半。即经过光电转换，信噪 比损失了3dB。实际应用中可以接受。
光电光电检测技术及应用第5章
变换方法 光 学 原 理
应用范围
几何光学法 透射、反射、折射、散 光开关、光学编码、光扫描、 射、遮光、光学成像等 瞄准定位、光准直、外观质 非相干光学现象或方法 量检测、测长测角、测距等
物理光学法 干涉、衍射、散斑、全 息、波长变换、光学拍 频、偏振等相干光学现 象或方法
莫尔条纹、干涉计量、全息 计量、散斑计量、外差干涉、 外差通信、光谱分析、多谱 勒测速等
图5－14光激电光光电相检测位技术测及距应用仪第5原章 理图
相位测距仪原理：
光电光电检测技术及应用第5章
四、时间法 若光源发出的光通量是脉冲式辐射，这时可
用单个脉冲的时间延迟来测距离，称为时间法。 脉冲式激光测距仪和激光雷达都是时间法测距的 典型应用。
下面两图是脉冲激光测距仪的原理方框图和各 级波形图。
光电光电检测技术及应用第5章
光电光电检测技术及应用第5章
§5.4空间分布的光电信号检测方法与系统
一、光学目标和空间定位 所谓光学目标就是不考虑被测对象的物理本
质，只把它们看作是与背景间有一定光学反差的 几何形体或图形景物。例如机械工件、运动物体、 光学图样和实体景物等。
信号处理的目的是确定目标相对基准坐标的 角度或位置偏差，称作空间定位。
W d/2f
或视场立体角为：
Ad f2
式中，d是探测器直径；
f Ad 为探测器面积； 为焦距。 光电光电检测技术及应用第5章
§5.3随时间变化的光电信号检测方法与系统
非相干光电信号按其时空特点分为随时间变 化的光电信号和随空间变化的光电信号。前者的 特征是信号随时间缓慢变化或周期性以及瞬时变 化，发生于有限空间内，与时间有关而与空间无 关，信号可表示为F(t)。随空间变化的光电信号 发生在一定空间之内，光电信号随空间位置而改 变，表示为F(x，y，z)，有的还同时随时间改变， 表示为F(x，y，z，t)。非相干光电信号的变换与 检测方法如图5-5所示。
《光电检测技术》课件
总结
光电检测技术的应用广泛，原理简单而高效。随着技术的不断发展，它将在各个领域中发挥更重 要的作用，并为我们带来更多惊喜和机遇。
《光电检测技术》PPT课 件
欢迎各位参加今天的课程！本课程将介绍光电检测技术的应用、原理、种类 以及未来发展趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域！
光电检测技术的应用领域
1 自动化工业
光电检测技术在工业生产中广泛应用，用于检测产品质量、生产过程控制等。
2 医疗诊断
通过光电检测技术，医生可以进行无创性、快速且准确的医学检查，有助于疾病早期诊 断。
3 环境监测
光电检测器可用于测量空气污染、水质监测以及气候变化等环境参数。
光电检测技术的原理
光电效应
当光照射到物质表面时，光的能量会激发物质中的电子跃迁，产生电流。
信号处理
通过电路将光电器件的输出信号转换为可测量或可视化的形式，方便分析和应用。
光电检测器的种类
光敏电阻
根据光照强度对电阻值进 行变化。
3 快速响应
光电检测器的响应时 间非常短，适用于需 要实时检测和控制的 应用。
光电检测技术的发展趋势
1
更高分辨率
光电检测技术将实现更高分辨率的
更小尺寸
2
光电传感器，提高检测和测量的精 度。
光电器件将变得更小巧紧凑，适用
于微型化和集成化的应用。
3
更广应用领域
光电检测技术将渗透到更多领域， 如智能家居、无人驾驶、虚拟现实 等。
光电二极管
将光能转换为电能的二极Байду номын сангаас管器件。
光电二极管阵列
由多个光电二极管组成的 二维阵列，可用于图像捕 捉和识别。
光电检测技术的优势
光电检测应用中的基础知识
Me
de
dA
辐射出射度 M e
单位：W/m2
---- 光源单位时间由单位表 面积辐射出的电磁能（包括 所有方向） ，或者说单位 辐射面发出的辐通量。
Me
de
dA
dA1 dA2
5、照度 Ev
单位：lm/m2 (lx 勒克斯）
Km= 683 （lm/W）
暗视
明视
(2)视见函数
0.38 0.55μm
0.52 μm
0.7 λ
定义:
视见函数
V
K Km
V
1
C=683lm/W
明视
k kmV CV
0.38 0.55μm0.7 λ
v
2 1
ke d
2 1
CVe d
2
1 v
d
（二）光度学量
1、光通量 v lm(流明）
----单位时间内发射、传 播或接收的光量。
光电检测系 统组成： 被测对象的
信息加载
例：
激光 外径 扫描 仪原 理图
光源
信息 载体
被测 对像
光电探 测器
信息处理
光学 系统
光电
转换
t nT
d t
放大 边缘检测
电动机 驱动
门控
主
振
处理
§1.1 辐射度学和光度学基本概念
光波：波长 10 纳米~1毫米（频 率3*1011 ~3*1016 HZ)范围的电磁 辐射
L d 2v v dS cosd
dS cos
dS
辐射亮度
W / sr m2
第五章 光强度调制检测系统 光电检测技术
1 扫描信号 2 图像信号
3 二值信号 4 取样波门 6 脉宽计数
CCD 图像测量
CCD测量微小尺寸
① 比较整形法:(即域值法)
微分法
精主振
f1
开
关 粗主振
f2
发射物镜 发光管
精本振
光电二极管
f1－ fc
开
关 粗本振
放大器 接收物镜
f2－ fc
基准
信号
混频器
混频器
相位计 指令
运算
显示
相位激光测距仪的原理图
5.4 激光准直仪
激光准直仪的原理和基本结构
光电目标靶
He-Ne激光器
发射光学系统
被控制对 准的部分
指示器
运算器
控制机械
He-Ne激光器 发射光学系统：倒置的望远镜，用来压缩激光的
差频相位检测原理
1.调制频率越高,测量精度越高. 但是,一般相位计工作在低频区.
2.差频后两信号都工作在低频 区,但相位差仍保持高频信号的 相位差φs.
主 振 ed
光调制
混 频 er
本 振 el
光电接收
ems
混 频 em
反射器
相位计
差频后:
相位激光测距仪的原理
精主振f1(高频)和粗主振f2 (低频) ，由 开关控制依次对发光管供电进行两次 测相
2
3
2
在待测转速的轴上固 3 定一个涂上黑白相间
条纹的圆盘，它们具
有不同的反射率。当
转轴转动时，反光与
1
不反光交替出现，光
1
电敏感器件间断地接
(a)
(b)
收光的反射信号，转
光电数字式转速表工作原理图 换为电脉冲信号。
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测距仪原理： 由激光发射系统、接受系统， 门控电路、时钟脉冲振荡器 和计数器等组成。
脉冲激光测距仪的原理框图
激光器：LD，ND：YAG（调Q/锁模）
发射系统 电源
脉 冲 激 光 测
接收系统
发射望远系统 物镜
接收光学系统 小孔光阑
光电探测器
干涉滤光片
低噪声宽带放大器
整形电路
距
门控电路
仪 时钟脉冲振荡器
简单光栅读数头
１：灯，２：聚光镜，３：指 示光栅，４：长光栅，５：光 电探测器
莫尔条纹测长仪
光电探测器接收到的明暗变化 的光信号转换成电信号；
通过对莫尔条纹的直接测量， 可以测的光栅的位移量；
在较宽的莫尔条纹间隔内安放 细分装置进行细分，可读取位 移的分数，提高测量的灵敏度 和精度．
光栅输出信号波形
(d)
光电耦合器的组合形式
该形式采用功能器件构成的高速、高 传输效率的光电耦合器。
光电转速计
下图是光电数字式转速表的工作原理图。 图(a)是在待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘， 在调置盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达 光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲 信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由 该脉冲频率决定。
计数显示器
参考信号和回波信号 回波脉冲经光电探测器变换成
电信号，再经放大和整形后， 将电子门打开，使通过电子门 的时钟脉冲进入计数器开始计 时；当回波脉冲（负与门）到 来时，关闭电子门。 在参考和回波脉冲之间计数器 所接收到的时钟脉冲个数代表 来被测距离。
时钟频率越高，测量的分辨率 越高。但分辨率最终取决于激 光脉冲的上升时间。
闸门时间等于计数脉冲周期与闸门 开启时通过的计数脉冲个数之积。
5.2 莫尔条纹测长仪
莫尔条纹的原理
将两块光栅(节距分别为P1和 P2)叠加在一起,并且两者的栅 线成很小的角度θ,透过光栅能 看到如图所示的明暗相间的莫 尔条纹.这就是莫尔条纹的光强 调制作用．
长光栅莫尔条纹的形式
横向条纹:P1=P2, θ很小; 纵向条纹: P1~P2, θ=0; 斜条纹: P1~P2, θ很小.
2. 光电耦合器的组合形式
光电耦合器的组合形式有多种，如图4.4-7所示。
该形式结构简单、成本低，通常用
(a)
于50kHz以下工作频率的装置内。
该形式采用高速开关管构成的高速光 电耦合器,适用于较高频率的装置中。
(b)
该组合形式采用了放大三极管构成的
高传输效率的光电耦合器，适用于直
(c)
接驱动和较低频率的装置中。
莫尔条纹测长仪的应用
工业自动化中的核心测控部件 小型智能化的长度测试仪器，用于对长度、直
径、厚度、表面形状、粗糙度等多种参数的测 量。 新一代的计量测试工具 某些几何量计量检测仪器的核心转换系统 某些物理量的计量检测仪器的核心转换系统 纳米级测量的重要仪器 非接触在线测量控制仪器
5.3 激光测距仪
2
3
2
在待测转速的轴上固 3 定一个涂上黑白相间
条纹的圆盘，它们具
有不同的反射率。当
转轴转动时，反光与
1
不反光交替出现，光
1
电敏感器件间断地接
(a)
(b)
收光的反射信号，转
光电数字式转速表工作原理图 换为电脉冲信号。
频率测量
1. 高频率测量 2. 低频率测量
1. 计数测频法
1 脉冲形 成电路
2
5
激光测距仪的类型
脉冲激光测距仪 相位激光测距仪
激光测距仪的特点
测程远、测量精度高 结构小巧、携带方便 快速、非接触式距离测量 激光对点准确 受气象条件影响较大
激光测距仪广泛应用于工业、国防军 事、科学技术。
一、脉冲激光测距仪
测距原理： 由激光器对被测目标发射一 个光脉冲，然后接受目标反 射回来的光脉冲，通过测量 光脉冲往返所经过的时间来 计算出目标的距离。
因为θ很小，放大倍数Ｋ很 大．例如: θ=20’,K=172
斜向条纹
KB1
P
莫尔条纹测长仪
两块光栅：一块为指示光栅与 工作台固定．一块为长光 栅．工作台前后移动的距离由 两块光栅形成的莫尔条纹进行 计数得到．指示光栅相对移动 一个节距，莫尔条纹变化一 周．指示光栅移动的距离为：
xNP
Ｎ：指示光栅移动距离中包含的 光栅线对数，δ：小于１个光栅 节距的小数．
莫尔条纹演示
横向条纹 纵向条纹
莫尔条纹的特性
光栅的节距比光的波长大很多. 莫尔条纹的宽度B（mm)、光栅
的节距P(mm)和夹角θ(rad)之 间的关系为：
B P P
2tan 2
当两光栅沿垂直于栅线的方向 相对移动时，莫尔条纹将沿平 行于栅线的方向移动．光栅每 移动一个节距Ｐ，莫尔条纹移 动一个宽度Ｂ．
1. 光电耦合器的结构
绝缘玻璃 发光二极管
发光二极管 塑料
光敏三极管 透明绝缘体
(a)金属密封型
采用金属外壳和玻璃绝缘的结 构，在其中部对接，采用环焊 以保证发光二极管和光敏二极 管对准，以此来提高灵敏度。
透明树脂 光敏三极管
(b)塑料密封型
采用双列直插式用塑料封装的结 构。管心先装于管脚上，中间再 用透明树脂固定，具有集光作用 ，故此种结构灵敏度较高。
fx
被测信号的频率
Ts
晶振信号周期Kf源自分频次数2. 周期测频法
fs=1/Ts 晶振
倍频器（m）
Ts/m
闸门
计数显示
TX
放大整 TX 分频器 Kf TX
型电路
（1/Kf）
门控电路
电子计数器测周原理方框图 KfTX=NTs/m=N/mfs
TX=N/mKffs=NTs/mKf
N=mKfTx/TS
由上述得知，通用电子计数器无论 测频还是测周，其测量方法的依据是：
第五章 光强度调制检测系统
5.1 光电开关和光电转速计 5.2 莫尔测长仪 5.3 激光测距仪 5.4 激光准直仪 5.5 反射型光纤位移测量系统 5.6 视频图像测量
反射型主动开关
应用：各种机械运行的行程限制、位置传感、汽 车的紧急制动。
光电耦合器
光电耦合器是由一发光元件和一光电传感器同时 封装在一个外壳内组合而成的转换元件。
闸门
十进制 计数器
1
4
门控 电路
2
3
3
时基信号发生器
4
5 电子计数器测频原理方框图
时基T
工作波形图
NTX=N/fx=KfTs 被测信号经过m次倍频
fx=N/ KfTs
N= KfTs fx
NT m=N/mfx=KfTs fx=N/ m KfTs N= mKfTs fx
N
闸门开启期间十进制计数器的计数脉冲个数