光电测试技术4-6光调制
光学检测的综述
光学检测的综述光学检测的综述摘要随着科学技术和⼯业的发展，测量检测技术在⾃动化⽣产、质量控制、机器⼈视觉、反求⼯程、CAD/CAM以及⽣物医学⼯程等⽅⾯的应⽤⽇益重要。
传统的接触式测量技术存在测量⼒、测量时间长、需进⾏测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性，因⽽不能满⾜现代⼯业发展的需要。
近年来由于光学⾮接触式测量技术克服了上述缺陷，其⾮接触、⾼效率、⾼准确度和易于实现⾃动化的特点，成为近年来测量技术研究的热点。
本⽂介绍了多种基于各种测量原理的光学检测⽅法。
关键词:光学检测；三维测量; 数字相移;1.光电检测技术光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、衍射、折射、透射等）进⾏检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
由输⼊电路、放⼤滤波等检测电路提取有⽤的信息，再经过A/D变换接⼝输⼊微型计算机运算、处理，最后显⽰或打印输出所需检测物体的⼏何量或物理量[1]。
如图1所⽰光电检测系统的组成。
图1 光电检测系统光电检测技术的特点：–⾼精度：从地球到⽉球激光测距的精度达到1⽶。
–⾼速度：光速是最快的。
–远距离、⼤量程：遥控、遥测和遥感。
–⾮接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进⾏测量。
–寿命长：光电检测中通常⽆机械运动部分，故测量装置寿命长。
–数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能⼒。
光电检测的⽅法：直接作⽤法差动测量法补偿测量法脉冲测量法光电检测系统◆主动系统/被动系统(按信息光源分)–主动系统通过信息调制光源,或者光源发射的光受被测物体调制。
如图2所⽰图2 主动系统的组成框图–被动系统光信号来⾃被测物体的⾃发辐射。
如图3所⽰图3 被动系统的组成框图◆红外系统/可见光系统(按光源波长分)[2]–红外系统多⽤于军事,有⼤⽓窗⼝,需要特种探测器。
–可见光系统多⽤于民⽤◆点探测/⾯探测系统(按接受系统分)–⽤单元探测器接受⽬标的总辐射功率。
光电检测技术试题及答案
第一章1.本课程的名称为？光电检测技术（只输入汉字，不加书名号，不加任何标点）2.本课程教材的名称为？光电测试技术（只输入汉字，不加书名号，不加任何标点，不写版次）3.本课程主要讲解内容为教材中的前五章和将在第二三章之间增加的补充内容。
√4.光电检测技术是将电子学与光学融合为一体，通过电信号到光信号的转换来实现信息获取、处理与测量的技术。
√5.光电检测技术的特点是（D）。
A.高精度，高速度，具有很强的信息处理与运算能力B.非接触，远距离、大量程C.抗电磁干扰D.以上都是6.在现代工程装备中，检测环节的成本约占生产成本的百分比约为（B）A.5%~7%B.50%~70%C.10%D.90%7.光学变换和光电转换是光电测量的核心部分。
√第二章1可见光是电磁辐射波谱中人眼可以感知的部分，一般情况下，可见光的波长范围在 _380_nm 到 _780_nm 之间。
（按照本书和本节课所讲的标准）2光度学量衡量的是电磁辐射对人眼刺激大小的感觉，因此在可见光波段才有意义。
√3视觉神经对不同波长光的感光灵敏度不同，人眼对各种波长光的相对灵敏度，称为“光谱光视效能”或者“视见函数”，其最大值为1，无量纲。
√4光度学的七个基本物理量为光通量、光量、_发光强度（光强度；光强）_ 、光亮度、出射度、光照度、曝光量，其中_光照度（照度）_和曝光量是描述物体受光的参量，其余五个皆为描述光源发射光的特性参量。
5、1W的波长为1064nm的光，其光通量为（B）。
A. 1lmB. 0lmC. 683lmD. （1/683）lm6、（ C ）是发光强度的单位，也国际单位制（SI）的7个基本单位之一。
A. 焦耳(J)B. 流明(lm)C. 坎德拉(cd)D. 勒克斯(lx)7已知某辐射源发出的辐射功率为1W，该波长对应的光谱光视效率为0.5，则该辐射源辐射的光通量为（B）。
（已知人眼在明视条件下的光功当量为680lm/W）A．680 lm B.340 lm C.1360 lm D.0 lm8辐射通量与光通量的单位是相同的。
光调制技术
光调制技术
光调制技术就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上的一种调制技术。
光调制能够使光波的某些参数（如振幅、频率、相位、偏振状态和持续时间）等按一定的规律发生变化。
其中实现光调制的装置称为光调制器。
光调制过程本质上就是对极化方向上的单位矢量、振幅、载波频率和相位中的一种或多种参量进行调制。
研究的主要调制方式有偏振位移调制键控（PoLSK）、幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
光调制技术已广泛应用于光通信、测距、光学信息处理、光存储和显示等方面。
光学实验二—_电光、声光和磁光调制实验指导书
电光调制实验一 实验原理电光调制实验仪作为高等院校新一代的物理实验仪器，在基础物理实验和相关专业的实验中用以研究电场和光场相互作用的物理过程，也适用于光通讯与光信息处理的实验研究。
电光调制器的调制信号频率可达 Hz 量级，因而在激光通讯、激光显示等领域中有广泛的应用。
（一）电光调制原理某些晶体在外加电场的作用下，其折射率随外加电场的改变而发生变化的现象称为电光效应，利用这一效应可以对透过介质的光束进行幅度,相位或频率的调制，构成电光调制器。
电光效应分为两种类型：（1）一级电光（泡克尔斯—Pockels ）效应，介质折射率变化正比于电场强度。
（2）二级电光（克尔—Kerr ）效应，介质折射率变化与电场强度的平方成正比。
本实验仪使用铌酸锂（LiNbO 3）晶体作电光介质，组成横向调制（外加电场与光传播方向垂直）的一级电光效应。
图1 横向电光效应示意图如图1所示，入射光方向平行于晶体光轴（Z 轴方向），在平行于X 轴的外加电场（E ）作用下，晶体的主轴X 轴和Y 轴绕Z 轴旋转45°，形成新的主轴X ’轴—Y ’轴（Z 轴不变），它们的感生折射率差为Δn ，并正比于所施加的电场强度E ：rE n n 30=∆式中r 为与晶体结构及温度有关的参量，称为电光系数。
n 0为晶体对寻常光的折射率。
当一束线偏振光从长度为l 、厚度为d 的晶体中出射时，由于晶体折射率10910~10１的差异而使光波经晶体后出射光的两振动分量会产生附加的相位差δ，它是外加电场E 的函数： U d l r n rE n nl ⎪⎭⎫ ⎝⎛==∆=3030222λπλπλπδ (1) 式中λ为入射光波的波长；同时为测量方便起见，电场强度用晶体两极面间的电压来表示，即U=Ed 。
当相差πδ=时，所加电压l d r n U U 302λπ== (2) πU 称为半波电压，它是一个可用以表征电光调制时电压对相差影响大小的重要物理量。
机械工程测试技术基础课后习题答案
机械工程测试技术基础第三版熊诗波绪论0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。
解答：教材P4~5，二、法定计量单位。
0-2 如何保证量值的准确和一致？解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定）1、对计量单位做出严格的定义；2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备；3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。
3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。
0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？解答：（教材P8~10，八、测量误差）0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。
①1.0182544V±7.8μV②(25.04894±0.00003)g③(5.482±0.026)g/cm2解答：①②③0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？解答：(1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。
(2)要点：见教材P11。
0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？解答：(1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而引用误差=绝对误差/引用值其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。
量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
(2)从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用。
光电测试技术复习资料
光电测试技术复习资料PPT 中简答题汇总1. 价带、导带、禁带的定义及它们之间的关系。
施主能级和受主能级的定义及符号。
答：施主能级：易释放电⼦的原⼦称为施主，施主束缚电⼦的能量状态。
受主能级：容易获取电⼦的原⼦称为受主，受主获取电⼦的能量状态。
2. 半导体对光的吸收主要表现为什么？它产⽣的条件及其定义。
半导体对光的吸收主要表现为本征吸收。
半导体吸收光⼦的能量使价带中的电⼦激发到导带，在价带中留下空⽳，产⽣等量的电⼦与空⽳，这种吸收过程叫本征吸收。
产⽣本征吸收的条件：⼊射光⼦的能量（ h V 要⼤于等于材料的禁带宽度⽈3. 扩散长度的定义。
扩散系数和迁移率的爱因斯坦关系式。
多⼦和少⼦在扩散和漂移中的作⽤。
扩散长度：表⽰⾮平衡载流⼦复合前在半导体中扩散的平均深度。
扩散系数D （表⽰扩散的难易）与迁移率⼙（表⽰迁移的快慢）的爱因斯坦关系式:D=（kT/q ）⼙ kT/q 为⽐例系数漂移主要是多⼦的贡献，扩散主要是少⼦的贡献。
4. 叙述 p-n 结光伏效应原理。
当 P-N 结受光照时，多⼦（ P 区的空⽳， N 区的电⼦）被势垒挡住⽽不能过结，只有少⼦（ P 区的电⼦和 N 区的空⽳和结区的电⼦空⽳对）在内建电场作⽤下漂移过结,这导致在 N 区有光⽣电⼦积累，在 P 区有光⽣空⽳积累，产⽣⼀个与内建电场⽅向相反的光⽣电场，其⽅向由P 区指向 N 区。
5. 热释电效应应怎样解释？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。
因为在恒定光辐射作⽤下探测器的输出信号电压为零，既热释电探测器对未经调制的光辐射不会有响应。
6. 简述红外变象管和象增强器的基本⼯作原理。
红外变象管：红外光通过光电导技术成象到光电导靶⾯上，形成电势分布图象，利⽤调制的电⼦流使荧光⾯发光。
象增强器：光电阴极发射的电⼦图像经电⼦透镜聚焦在微通道板上，电⼦图像倍增后在均匀电场作⽤下投射到荧光屏上。
光电检测技术与应用课后答案
光电检测技术与应⽤课后答案第2章1、简述光电效应的⼯作原理。
什么是暗电流？什么是亮电流？P11答：暗电流指的是在⽆光照时，由外电压作⽤下P-N结内流过的单向电流；光照时，光⽣载流⼦迅速增加，阻值急剧减少，在外场作⽤下，光⽣载流⼦沿⼀定⽅向运动，形成亮电流。
2、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？P15答：（1）光⽣伏特效应的⼯作基础是内光电效应.当⽤适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作⽤（不加外电场），光⽣电⼦拉向n区，光⽣空⽳拉向p区，相当于PN结上加⼀个正电压。
（2）光⽣伏效应中，与光照相联系的是少数载流⼦的⾏为，因为少数载流⼦的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件⽐以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。
3、简述光热效应⼯作原理。
热电检测器件有哪些特点？P15、P17第3章2、对于同⼀种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同⽽温度不同时情况⼜会如何？3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。
p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产⽣，这是因为p-n结在反偏电压下产⽣的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光⽣电流就会明显增加。
5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件⼯作频率哪个⾼？实际使⽤时如何改善其⼯作频率响应？6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升⾼⽽下降？影响光电倍增管⼯作的环境因素有哪些？如何减少这些因素的影响？答：温度升⾼时，半导体的导电性将发⽣⼀定的变化，即少数载流⼦浓度随着温度的升⾼⽽指数式增⼤，相对来说多数载流⼦所占据的⽐例即越来越⼩，这就使得多数载流⼦往对⽅扩散的作⽤减弱，从⽽起阻挡作⽤的p-n结势垒⾼度也就降低。
《光电材料与器件》课程教学大纲
《光电材料与器件》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：光电材料与器件英文名称：Optoelectronics Materials and Devices二、课程代码及性质专业选修课程三、学时与学分总学时：32学分：2四、先修课程无五、授课对象材料及材料加工类专业本科生六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）【注：教学目的要突出各项“能力”，且与表1中的某项指标点相对应】本课程是功能材料专业的选修课之一，其教学目的包括：1、掌握激光的产生机制，光纤的传导机制以及熟悉光调制的基本原理。
2、理解光电技术在信息传输，光探测以及光伏等领域的应用原理。
3、能够关注和了解光电材料与技术在日常生活中的应用。
掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。
能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。
七、教学重点与难点：课程重点：（1）光电材料的工作原理和应用。
本课程重点介绍针对半导体材料的电学性能和其在激光领域的应用。
（2）在了解半导体材料相关物理理论知识的基础上，重点学习基于半导体的光电器件的种类、应用和影响性能的因素等。
（3）重点学习的章节内容包括：第2章“激光”（6学时）、第3章“波导”（6学时）、第5章“光探测器”（4学时）。
课程难点：（1）通过本课程的学习，充分理解基于半导体材料的激光基本原理，激光器的基本构造以及应用范围。
（2）通过对光电材料及其光电器件的学习，了解影响光电材料与器件性能的因素和改进策略，从而具备设计和改进光电器件响应性能的能力。
八、教学方法与手段：教学方法：（1）课程邀请相关科研工作者做前沿报告，调动学生学习积极性。
（2）课堂讲授和相关多媒体小视频相结合，提高学生听课积极性，视频与课程内容相关，加深记忆和理解概念；（3）通过期末专题报告的形式，让学生讲解生活中与课程相关的知识或技术，台下的学生听众提问，而台上的学生为自己的观点进行辩护，从而产生互动，加深记忆和理解，更主要是能激发学生的兴趣。
机械工程测试技术课后习题答案
思考题与习题3-1 传感器主要包括哪几部分？试举例说明。
传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。
如气体压力传感器。
其内部的膜盒就是敏感元件，它的外部与大气压力相通，内部感受被测压力p ，当p 发生变化时，引起膜盒上半部分移动，可变线圈是传感器的转换元件，它把输入的位移量转换成电感的变化。
基本电路则是完成上述电感变化量接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
3-2 请举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。
答：结构型传感器主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。
例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。
物性型传感器则是利用敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。
例如，水银温度计是利用水银的热胀冷缩性质；压电式传感器是利用石英晶体的压电效应等。
3-3 金属电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？ 答：金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：金属电阻应变片是基于电阻应变效应工作的；半导体应变片则是基于压阻效应工作的。
3-4 有一电阻应变片（见图3-105），其灵敏度S 0=2，R =120Ω，设工作时其应变为1000με，问ΔR =？设将此应变片接成图中所示的电路，试求：1）无应变时电流指示值；2）有应变时电流指示值；3）试分析这个变量能否从表中读出？解：由0dR Rs ε=得，0R R s ε∆=∙∙即，6012010001020.24R R s ε-∆=∙∙=⨯⨯⨯=()1.512.5120I mA ==3-5 电容式传感器常用的测量电路有哪几种?答：变压器式交流电桥、直流极化电路、调频电路、运算放大电路。
3-6 一个电容测微仪其传感器的圆形极板半径r=4mm ，工作初始间隙δ=0.3mm，求：图3-105 题3-4图1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量Δδ=±1μm时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在Δδ=±1μm时，读数仪表的指示值变化多少格？3-7 差动变压器的输出电压信号如果采用交流电压表指示，能否反映铁芯的移动方向？试描述差动变压器经常采用的差动相敏检波电路的原理。
光电测试技术-非相干信号检测技术
为了满足不断增长的光电信号检测需求，需要提高非相干 信号检测的性能，包括提高检测灵敏度、降低噪声、减小 检测误差等。
在保持高性能的同时，还需要降低非相干信号检测的成本 ，包括降低材料成本、制造成本和运营成本等，以促进非 相干信号检测技术的广泛应用和普及。
THANKS FOR WATCHING
缺点
需要使用调制器和解调器，增加了系 统的复杂性和成本。
频谱分析法
优点
可以提供全面的光信号信息，适用于复杂的光信号检测和分析。
缺点
需要使用光谱分析仪或傅里叶变换光谱仪，成本较高，且对测试环境和操作要求较高。
04 非相干信号检测技术的性 能指标
检测范围与精度
检测范围
非相干信号检测技术的检测范围包括光谱范围、功率范围和温度范围等，这些范围决定了该技术在特 定应用中的适用性。
抗干扰能力
在实际应用中，非相干信号检测技术可 能会受到各种噪声和干扰的影响。抗干 扰能力强的技术能够更好地抑制噪声， 提高测试结果的准确性。
VS
可靠性
可靠的非相干信号检测技术能够在长时间 内保持稳定的性能，降低故障率，提高测 试系统的可用性。
05 非相干信号检测技术的实 际应用案例
光电传感器的非相干信号检测
检测精度
高精度的非相干信号检测技术能够准确测量信号的微小变化，从而提高测试结果的可靠性。
响应速度与稳定性
响应速度
非相干信号检测技术的响应速度决定了测试系统的实时性能，快速响应技术能够更好地 捕捉信号变化。
稳定性
稳定的非相干信号检测技术能够提供一致的测试结果，降低测试误差，提高测试的可重 复性。
抗干扰能力与可靠性
06 非相干信号检测技术的未 来发展与挑战
光学测试技术光学干涉测量技术
12
§4.1 干涉测量基础
二、干涉条纹的分析判读与干涉图形信号的处理方法 从干涉仪系统中获取稳定、清晰的干涉条纹图样是干涉测量
的第一步。对获取的干涉条纹进行分析判读才能得到被测量的有 用信息。 (一)干涉条纹的分析判读 1、波面偏差的表示方法
的矢高（波高）为Power。当最接近球面为会聚波前时，Power取
正值；当最接近球面为发散波前时，Power取负值。可见，Power
越小，波前的准直性越高，因此将Power称为波前的离焦量。
将Power从PV移出后的剩余量用pv表示。事实上，pv更能体
现波前的极限误差。
虽然PV可以用于描述元件或系统的质量，但这种描述往往容
必要的。
9
§4.1 干涉测量基础
(3)光源非单色性影响与时间相干性
能够发生干涉现象的最大光程差与光源的谱线宽度成反比。
若干涉测量中用到的光源本身有一定的谱线宽度 ，对应波长为
/2 和λ-Δλ/2两组干涉条纹的强度分布，其他波长的光对应的干
涉条纹强度分布介于两根曲线之间。干涉场中最终形成的干涉条
易受随机误差的干扰的缺陷，因此常用PV20替代PV：
10
wmax,k
10
wmin,k
PV20
k 1
10
k 1 10
15
§4.1 干涉测量基础
被测波面相对参考波面各点偏差的均方根值，可表示为：
RMS
n
Ei2
i 1
n 1
16
17
光学车间广泛采用玻璃样板来检验球面或平面光学元件的 面形偏差。根据国家标准GB2831-81规定了光圈的识别办法， 光圈识别应包括以下三个方面的内容：
光电测试技术
光电测试技术第二版（答案）第一章1.试述光电测试技术与信息技术的关系。
答：信息技术是指从工程应用上研究信息，包括电子信息技术、光学信息技术和光电信息技术等。
而光电测试技术是光电信息技术的主要技术之一，它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。
2.光电测试系统由哪几部分组成？何谓光学变换与光电转换？答：光电测试系统的组成部分：光源、光学系统、被测对象、光学变换、光电转换、电信息处理，而电信息处理又包括存储，显示和控制等。
光学变换通常是用各种光学元件和光学系统来实现的，如平面镜、光狭缝、光楔、透镜、偏振器、光栅、光成像系统和光干涉系统等，实现将被测量转换为光参量（振幅﹑频率﹑相位﹑偏振态﹑传播方向变化等）。
光电转换是用各种光电变换器件来完成的，如光电检测器件﹑光电摄像器件﹑光电热敏器件等。
第二章1.试述光通量﹑发光强度﹑光亮度和光照度的定义和单位。
答：光通量（v φ）又称光功率，单位为流明（lm ）,它与电磁辐射的辐射通量e φ相对应，也可以说它是电磁辐射在可见光范围内的辐射通量，而e φ得单位是w ，所以光通量的单位有时也用w 。
发光强度（v I ）是指点辐射源在给定方向上的单位立体角内辐射的光通量。
单位为cd candela sr lm -1==⋅。
1坎德拉相当于均匀点光源在单位立体角内发出1lm 的光通量。
光亮度（v L ）是指光源在一定方向上的的单位投影面积上，在单位立体角中发射的光通量。
单位是-2m cd ⋅或者2m lm/sr ⋅。
光照度（v E ）是指投射到单位面积上的光通量，或者说接受光的面元上单位面积被辐射的光通量。
单位为X l ，-2m lm l ⋅=X 。
2.试述光照度余弦定律和朗伯定律的含义。
答：光照度余弦定律描述了光辐射在半球空间内照度的变化规律，是指任意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间的夹角余弦变化。
点光源O 发出的光以立体角Ω向外辐射光通量，在面积A 上的照度为E ,而A 与夹角为θ面元'A 上照度为'E ,则A E V /φ=,''/A E V φ=，由于在该立体角内点光源发出的光通量不随传输距离而变化，因而面元A 与'A 上有相同的光通量，又因为θcos 'A A =，因而有θcos 'E E =。
第六章光电检测电路的设计
S max /[U b (1 G / G0 ) S max / G0 ]
当
R
＝1/
L
G
L
已知时，可计算偏置电源
电压 U b为
用解析法计算输入电路
U b S max(GL G0 ) / GL (G0 G)
a) 确定线性区 b) 计算输出信号
3）计算输出电压幅度 由图b，当输入光通量由Φmin变化到Φmax时，输出电压
b) 相对探测灵敏度曲线 1-检测型Si光电二极管
2-照相用Si光电二极管 3-平面型Si光电池 4-光电三极管
5-台面型光电二极管 6-视见函数
7-CdS光敏电阻
2）探测器的光电转换特性和入射辐射能量的大小相匹配
根据光电系统辐射源的发光强度、传输介质和目标的传输 及调制损耗、接收光学系统接收孔径的限制及反射吸收等损失 的影响，可以计算出入射到探测器光敏面上的实际辐射能量， 通常它们是很微弱的，探测器的选择应充分利用这些有用的信 号能量，为此要考虑：
为了提高传输效率，无畸变地变换光电信号，光电检测器 件不仅要和被测辐射源及光学系统，而且要和后续的电子系统 在特性和工作参数上相匹配，使每个相互连接的器件都处于最 佳的工作状态。光电检测器件和光路的匹配是在对辐射源和光 路进行光谱分析和能量计算的基础上，通过合理选择光路和器 件的光学参数来实现的，这要涉及到工程光学的内容。而光电 检测器件和电路的匹配则应根据选定的光电检测器件的参数， 通过正确选择和设计电路来完成。
载电阻RL的减小会增大输出信号电流 而使输出电压减小。但RL的减小会受 到最大工作电流和功耗的限制。为了
提高输出信号电压应增大RL ，但过大 的RL会使负载线越过特性曲线的转折 点M进入非线性区，而在这个范围内
光纤通信系统中常用的调制方法
光纤通信系统中常用的调制方法一．光纤通信概况1.发展1966年，美籍华人高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表论文，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。
1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB ／km的光纤，光纤通信时代由此开始。
由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。
光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近一万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍。
2.基本组成光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。
最基本的光纤通信系统由光发射机、光纤线路和光接收机组成，具体如下图所示二．光调制与解调1.基本概念类似于电通信中对高频载波的调制与解调，在光通信中叶对光信号进行调制与解调。
不管是模拟系统还是数字系统，输入到光发射机带有信息的电信号，都通过调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端，再由接收机通过解调把光信号转换为电信号。
2.常用的调制方式根据调制和光源的关系，光调制可分为直接调制和间接调制两类。
直接调制方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，是采用电源调制的方法。
间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，有电光调制、磁光调制、声光调制、电吸收效应和共振吸收效应等。
本文将详细介绍现在常用的是电光调制和声光调制两种。
三、调制方式的详细介绍1.直接调制（1）调制原理直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小来改变激光器输出光波的强弱。
传统的 PDH 和 2.5Gbit/s 速率以下的 SDH 系统使用的 LED 或 LD 光源基本上采用的都是这种调制方式。
(2)优缺点a.优点：结构简单、损耗小、成本低。
光电检测技术期末试卷试题大全
1、光电器件的基本参数特性有哪些?（响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度）@响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应@噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。
（光电子学光电子器件）3、光电检测系统通常由哪三部分组成（光学变换光电变换电路处理）4、光电效应包括哪些外光电效应和内光电效应）外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。
内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。
内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。
光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。
5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？（光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池）6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？（定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔）7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？（交变辐射）8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？（电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。
）9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。
（直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法）10、光热效应应包括哪三种。
（热释电效应辐射热计效应温差电效应）11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？（一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。
）12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。
光电测量技术
智能化
光电测量技术将与人工智能、机 器学习等技术相结合，实现智能 化测量和数据处理，提高测量效 率和精度。
微型化
随着微电子技术的不断发展，光 电测量技术的器件将越来越微型 化，实现更小体积、更轻质量的 测量系统。
VS
详细描述
系统集成与优化包括硬件和软件的集成与 优化。在硬件方面，需要选择合适的光电 探测器、光源、电路等器件，并进行合理 的布局和连接。在软件方面，需要编写高 效的算法和程序，实现快速的数据处理和 系统控制。此外，还需要对系统进行综合 调试和性能测试，确保其稳定性和可靠性 。
05 未来展望
新材料、新技术的研发
04 光电测量技术的挑战与解 决方案
光源稳定性问题
总结词
光源稳定性是影响光电测量精度的重要因素，需要采取有效 措施解决。
详细描述
光源的波动会导致光强的不稳定，从而影响测量精度。为解 决这一问题，可以采用稳定的光源或者实时监测并修正光源 的波动。此外，还可以通过增加系统的闭环反馈控制来提高 光源的稳定性。
光电测量技术具有非接触、高精度、高速度、高灵敏度等优点，因此在工业自动化、 医疗、环保、军事等领域得到广泛应用。
光电测量技术的应用领域
工业自动化
医疗领域
光电测量技术可用于检测生产线上各种产 品的尺寸、形状、表面质量等参数，提高 生产效率和产品质量。
光电测量技术可用于医学影像处理、光谱 分析、激光治疗等领域，提高医疗诊断和 治疗的准确性和安全性。
光电传感器在工业自动化中的应用
自动化生产检测
光电传感器可以检测生产线上的 产品位置、尺寸、颜色等参数，
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、声光体调制器
1．声光体调制器的组成
声光体调制器是由声光介质、电—声换能器、吸声(或反射) 装置及驱动电源等所组成，如图1.3—11所示。
(1)声光介质，声光介质是声光互作用的 场所。当一束光通过变化的超声场时， 由于光和超声场的互作用，其出射光就 具有随时间而变化的各级衍射光，利用 衍射光的强度随超声波强度的变化而变 化的性质，就可以制成光强度调制器。
液晶是一种有机化合物，一般由棒状柱形对称的分子构成， 具有很强的电偶极矩和容易极化的化学团。对这种物质施加外场 (电、热、磁等)，液晶分子的排列方向和液晶分子的流动位置就 会发生变化，即改变液晶的物理状态。如对液晶施加电场，它的 光学性质就发生变化，这就是液晶的电光效应。
a. Kerr 效应（1875年） ----- 各向同性透明介质在电场下成为单轴双折射材料，光轴 平行于电场，平行于电场的光振动的折射率为 n ||，垂直于 电场的光振动的折射率为 n⊥
起
起
偏
偏
器
器
恒定磁场
线偏振光从左面进入晶体，横向的直流磁场 使YIG晶体在此方向上引起磁化饱和，而总的 磁化强度矢量（由恒定磁场和线圈磁场所引起） 可以改变方向，它对晶体轴的倾斜角度正比于 线圈中的调制电流。 因为法拉弟旋转依赖于磁化强度的轴向分量， 所以线圈电源控制了 角，检偏器按照马吕定 律把这一偏振调制转换为振幅调制。也就是说， 要传递的信息作为调制电压加在线圈上，则出 射的激光束以振幅变化的形式携带着信息。
平行于声波面入射(即垂直于声 场传播方向)，声光互作用长度 L较短时，产生拉曼—纳斯衍射。 由于声速比光速小很多，故声 光介质可视为一个静止的平面 相位光栅。而且声波长λs比光波 长λ大得多，当光波平行通过介 质时，几乎不通过声波面，因 此只受到相位调制，即通过光 学稠密(折射率大)部分的
光波波阵面将推迟，而通过 光学疏松(折射串小)部分的 光波波阵面将超前，于是通 过声光介质的平面波波阵面 出现凸凹现象，变成一个折 皱曲面，如图1.3-3所示。由 出射波阵面上各子波源发出 的次波将发生相干作用，形 成与入射方向对称分布的多 级衍射光，这就是拉曼—纳 斯衍射。
提高效率必须每单位长度的材料对光的吸收
要尽量小，而偏振面旋转的角度要尽量大，
为此，人们研制了许多奇特的铁磁材料，如
R.C.ＬeCraw 利用人工生长的钇铁石榴石 （YIG）磁性晶体，它的费尔德数可以达到
9.0 (对 1.3m 波长， 25 85 C温度范
围)。
利用法拉第效应测磁场 实验装置图
调制电压
光隔离器
单向闸门
P1
电极
P2
45º
光隔离 器
为了避免各界面的反射光对激光光源产生 干扰,可利用法拉第效应制成光隔离器,只允 许光从一个方向通过而不能从反方向通过
2.布拉格（Bragg)衍射 (1)各向同性介质中的正常布拉格衍射。
当声波频率较高，声光作用长度L较大，
而且光束与声波波面间以一定的角度斜入射
时，光波在介质中要穿过多个声波面，故介质具有“体光栅”的 性质。当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍 射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+l级 (或-1级)(视入射光的方向而定)衍射光，即产生布拉格衍射(类似 于闪耀光栅），如图1. 3-5所示。因此，若能合理选择参数，超声 场足够强，可使入射光能量几乎全部转移到+1级(或-1级)衍射极 值上。因而光束能量可以得到充分利用，因此，利用布拉格衍射 效应制成的声光器件可以获得较高的效率。
二、声光相互作用的两种类型
按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不 同，声光互作用可以分为拉曼—纳斯(Raman—Nath)衍 射和布拉格(Bragg)衍射两种类型。
当超声波频 率较低，光波平 行于声波面入射 (即垂直于声场传 播方向)，声光互 作用长度L较短时， 产生拉曼—纳斯 衍射。
1拉曼-纳斯衍射 当超声波频率较低，光波
材料，光轴平行于电场，平行于电场的光振动的折 射率为 n || ，垂直于电场的光振动的折射率为 n⊥
液晶空间光调制器 (了解) 有些物质不是直接由固态变为液态，而是经过一个过渡相态，
这时，它一方面具有液体的流动性质，同时又有晶体的特性(如光 学、力学、热学的各向异性)，这种过渡相态称之为“液晶”。
例如：玻璃或塑料
拉伸或压缩
各向异性
通常情况下，拉伸
成为正单轴材料；
压缩
成为负单轴材料；
干涉色的分布
受力分布
工程应用 应力分析 ------ 光弹力学
2. 电感应---电光效应(Electro-optical effect)
在一些各向同性材料上加上电场
各向异性
电致双折射, 双折射大小与电场强度有关
a. Kerr 效应（1875年） 折射率变化量与外电场强度平方成比例 各向同性透明介质在电场下成为单轴双折射
这样，为了获得更大的法拉弟效应，可以将放 在磁场中的法拉弟材料做成平行六面体，使通 光面对光线方向稍偏离垂直位置，并将两面镀 层反射膜，只留入口和出口，这样，若光束在 其间反射 N 次后出射，则有效旋光厚度为 N ，
则偏振面的旋转角度将提高 Nd 倍。
高反射膜
磁致旋光效应的旋转方向仅与磁场方向有关，而与光线传播 方向的正逆无关，这是磁致旋光现象与晶体的自然旋光现象不同 之处(即当光束往返通过自然旋光物质时，因旋转角相等方向相反 而相互抵消)。 但通过磁光介质时，只要磁场方向不变，旋转角 都朝一个方向增加，此现象表明磁致旋光效应是一个不可逆的光 学过程，因而可利用来制成光学隔离器或单通光闸等器件。
液 体 中 的
效 应 装 置
Kerr盒 利用kerr效应制成的调制器 （内装电致双折射材料 有电光效应的液体有机化合物）
Kerr
b. Pockels 效应（1893年） 一些晶体（电光晶体），加上外电场后，单轴晶体成为双轴晶
体，双折射大小与电场强度得一次方成正比 Pockels 效应（线性电光效应）
C
ne no H 2
二次效应
H
磁场很强 才能观察到
一、法拉弟效应（磁致旋光效 应）
法拉弟发现， 许多物质在磁 场的作用下可 使穿过它的平 面偏振光的偏 振方向旋转 （在光的传播 方向上加上强 磁场时）
Ｈ
d
振动面旋转的角度 由经验公式给出：
rBd
式中 B 为静磁通量，d 为光所穿越的媒质
一类光学介质受到外电场作用时， 它的折射率将随着外电场变化， 介电系数和折射率都和方向有关， 在光学性质上变为各向异性。
电光效应(Induced optical effects)
各向同性物质
外界作用
各向异性物质
各向异性物质
外界作用
物质的 各向异性变化
1. 机械感应---光弹效应(Photoelasticity) 各向同性或异性材料在外力作用下可产生各向异性的变化，
r 长度， 是比例因子，称费尔德常数，一种
特定媒质的费尔德常数随频率和温度而变。
实际例子
r 对于气体， 约为 102 ，固体和液体
为 105 的量级。
如对于1厘米长的 H 2O 样品，104 高斯的磁场，T 20 C ，此时
r 0.0131 振动面将转动 211' 。
显然，法拉弟效应可用来设计光调制器，欲
Laser in
(2)电—声换能器(又称超声发生器)
(3)吸声(或反射)装置(放置在超声源的对面)。
Laser out
吸声装置
(4)驱动电源 它用以产生调制电信号施 加于电—声换能器的两端电极上，驱动 声光调制器(换能器)工作。
图 1.3-11 声光调制器结构
三、磁致双折射 科顿—穆顿效应： 某些透明液体在磁场H作用下变为各向异性 性质类似于单轴晶体 光轴平行磁场
实 验
Pockels
n kE2 ---- 一次电光效应
所需电压比Kerr效应要低，同样可做成高速开关
1．3 声光调制
Laser
Laser
in
out
吸声装置
声波是一种弹性波(纵向应力波)，在介质中传播时， 它使介质产生相应的弹性形变，从而激起介质中各质点 沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的 交替变化，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期 性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光 栅”，该光栅间距(光栅常数)等于声波波长s。当光波 通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强度、 频率、方向等都随着超声场的变化而变化。
光电测试技术
光调制器件
概念： 利用各种物理效应对光的 振幅，频率，相位，偏振状态和 传播方向等参量进行调制的器件， 又称为光控器件
对光的振幅进行调制也就是对光 强进行调制
性能稳定、调制度高，损耗小、相位均匀 有一定的带宽
工作基础：物质对外来作用产生的各种物理效应
电光效应 声光效应
磁光效应
电光器件