激光器和探测器
激光跟踪原理
激光跟踪原理激光跟踪技术是一种利用激光束对目标进行精确定位和跟踪的技术。
它在军事、航天、航空、工业制造等领域有着广泛的应用。
激光跟踪系统通常由激光器、光电探测器、控制系统等部件组成，通过精密的光学设计和精准的控制算法，实现对目标的高精度跟踪。
本文将介绍激光跟踪的原理和相关技术。
激光跟踪系统的原理是利用激光束的高能量和直线传播特性，通过光电探测器对目标进行实时监测和测量，然后通过控制系统对激光束进行精确调节，实现对目标的跟踪。
激光跟踪系统通常采用自动跟踪算法，能够实现对运动目标的自动捕获和跟踪，具有高精度、高速度和抗干扰能力强的特点。
激光跟踪系统的核心技术包括激光器、光电探测器和控制系统。
激光器是激光跟踪系统的光源，通常采用半导体激光器或固体激光器，具有输出功率高、波长稳定、光束质量好等特点。
光电探测器是激光跟踪系统的“眼睛”，能够实时接收目标反射的激光信号，并将其转换为电信号输出。
控制系统是激光跟踪系统的“大脑”，能够实时处理光电探测器输出的信号，并通过精密的控制算法对激光器进行精确调节，实现对目标的跟踪。
激光跟踪系统的工作过程通常包括目标检测、目标捕获和目标跟踪三个阶段。
首先，光电探测器接收目标反射的激光信号，实时检测目标的位置和运动状态；然后，控制系统根据光电探测器输出的信号，对激光器进行精确调节，实现对目标的捕获；最后，控制系统根据目标的运动状态，实时调节激光束的方向和强度，实现对目标的跟踪。
激光跟踪系统具有高精度、高速度和抗干扰能力强的特点，能够实现对运动目标的精确定位和跟踪。
它在军事目标识别、航天器对接、航空器导航、工业制造等领域有着广泛的应用前景。
随着激光技术和控制算法的不断进步，激光跟踪系统将会在更多领域发挥重要作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
拉曼光谱仪的结构
拉曼光谱仪的结构
拉曼光谱仪的结构主要包括以下组成部分：
1. 激光器：用于提供单色、高能量的激光光束。
常用的激光器包括氩离子激光器、二极管激光器等。
2. 样品台：用于放置待测试的样品，通常是一个可调节的平台，可以调整样品与光束的相对位置和角度。
3. 过滤器：用于去除来自激光器的散射光或非拉曼散射光。
4. 光栅：用于将进入的光分散成不同波长的成分。
5. 光电探测器：用于将拉曼散射光转换成电信号。
常用的光电探测器包括光电二极管、CCD等。
6. 分光器：将进入光栅的光线引导到光电探测器。
7. 数据采集系统：用于接收和分析光电探测器输出的信号，通常包括放大器、模数转换器和计算机。
总体来说，拉曼光谱仪的结构包括激光器、样品台、过滤器、光栅、光电探测器、分光器和数据采集系统等组成部分，能够实现对样品的拉曼散射光信号的测量和分析。
激光器和探测器
柔性探测器具有可弯曲、可折叠、轻便等优点，未来将广 泛应用于可穿戴设备、智能家居等领域。
激光器和探测器的融合技术
激光雷达技术
激光雷达是一种集激光扫描、测距和测角于 一体的传感器技术，未来将进一步优化激光 雷达的扫描速度、精度和可靠性，提高其在 自动驾驶、机器人等领域的应用效果。
光子集成电路
发展
随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，探测器的性能和功能也在不断得到提升。未来，探测器将 朝着更灵敏、更快速、更可靠的方向发展，同时还将拓展其在物联网、智能制造等领域的应用。
03 激光器和探测器的比较
工作原理的比较
激光器的工作原理
激光器通过激发原子或分子，使 其跃迁到高能级状态，然后释放 光子，形成相干光束。
微型激光器
微型激光器具有体积小、重量轻、易于集成等优点，未来将广泛应用 于光通信、生物医疗、传感等领域。
新型探测器的研发
高灵敏度探测器
随着科学技术的不断发展，对探测器的灵敏度要求越来越 高，未来将研发出更高灵敏度、更低噪声的探测器，以满 足各种应用需求。
宽波段探测器
为了适应不同波段的光信号探测，未来将研发出宽波段、 多波段探测器，以提高探测器的应用范围和灵活性。
探测器的性能受环境因素影响较大，如温 度、压力和电磁噪声等，需要采取相应的 措施进行补偿和校准。
04 激光器和探测器的未来发 展
新型激光器的研发
高功率激光器
随着工业、医疗和科研等领域对高功率激光器的需求增加，未来将 研发出更高功率、更稳定、更可靠的激光器，以满足各种应用需求。
新型激光器材料
随着材料科学的进步，未来将探索和开发新型激光器材料，如新型 晶体、非线性光学材料等，以提高激光器的性能和降低成本。
简述激光雷达的结构原理分类及特点
简述激光雷达的结构原理分类及特点激光雷达（Lidar）是一种利用激光技术进行距离测量的雷达系统。
其原理是通过向周围环境发射激光脉冲，然后根据激光的反射时间和强度来计算目标物体的距离和其他相关信息。
激光雷达的结构主要包括激光器、光电探测器、转台和数据处理器等组件。
激光器负责发射激光脉冲，光电探测器用于接收激光的反射信号，转台则负责控制激光束的方向。
数据处理器则负责处理和分析接收到的信号，计算目标物体的位置、速度等信息。
激光雷达的工作原理是利用光的速度是已知的而目标物体的距离就是激光反射的时间与光速的乘积，从而计算目标物体的距离。
当激光束发射出去后，它会遇到目标物体并被反射回来。
激光雷达的光电探测器会接收到反射回来的光信号，并测量其时间。
通过将时间与光速相乘，就可以得到目标物体的距离。
根据不同的应用需求和工作原理，激光雷达可以分为以下几种类型：1.机械式激光雷达：机械式激光雷达使用旋转转台来扫描激光束的方向，从而获得周围环境的三维点云数据。
机械式激光雷达具有扫描速度较快，成本相对较低等特点，但由于机械部件的限制，其可靠性和寿命相对较低。
2.固态激光雷达：固态激光雷达是使用固态光电元件来控制激光束的方向，而不需要机械转台。
固态激光雷达具有较高的可靠性和寿命，并且可以实现更高的扫描速度和分辨率。
3.接收器式激光雷达：接收器式激光雷达是将激光发射器和接收器集成在一个设备中，可以在较短距离内测量目标物体的距离和速度，适用于自动驾驶和安全监测等应用。
激光雷达具有以下几个特点：1.高精度：激光雷达可以实现高精度的距离测量，通常可达到几毫米的级别。
这使得它在自动驾驶、地图绘制等应用中具有重要的作用。
2.高分辨率：激光雷达可以提供高分辨率的三维点云数据，可以对目标物体进行精确的定位和识别。
3.长距离测量：激光雷达可以在较长的距离范围内进行测量，通常可以达到几百米或更远的距离。
4.快速扫描：激光雷达可以实现快速的扫描速度，可以在较短的时间内获取大量的数据。
光模块组成部件
光模块组成部件光模块是一种用来实现光通信的重要设备，具有可靠性高、传输速率快等优点。
一般而言，光模块主要由激光器、光探测器、电路板、光学透镜、温度调节器等组成部件构成。
1. 激光器：激光器是光模块中最重要的组成部分。
它能够通过发射强光束来实现光通信。
激光器的工作原理是利用电子能级的变化来产生可控的光子，并在内部反射器中形成激光。
通常情况下，激光器采用半导体材料制成，其中硒化铟、磷化铟等都是常用材料。
除此之外，激光器还需要使用驱动电路来控制其输出功率和频率等参数。
2. 光探测器：光探测器是光模块中的另一个核心组成部件。
它通常使用的是光电二极管或者光电子倍增管等设备。
光探测器的作用是检测激光的功率和频率等参数，并将其转化为电信号进行处理和传输。
此外，光探测器还需要在一定程度上对光的强度进行放大，以保证信号的精确性和可靠性，从而防止误码率的出现。
3. 电路板：电路板是光模块中连接激光器和光探测器的桥梁。
光模块中的电路板主要用来控制激光器的驱动电压，以及从光探测器输出接口中读出接收到的光信号。
在电路板的设计中，需要考虑到电路板所处的环境和工作条件，并充分考虑到电路板的稳定性和可靠性。
4. 光学透镜：光学透镜是光模块中用来控制光线传输方向和光焦距的重要组成部件。
光学透镜的质量对于光模块的性能和传输距离都有很大的影响。
在光学透镜的设计中，需要考虑到光线的传输损耗和信号的失真等问题，并通过精确的设计和制造来达到最佳传输效果。
5. 温度调节器：温度调节器是光模块中用来控制激光器工作温度的重要设备。
激光器的输出功率和频率等参数都与其工作温度密切关联。
通过控制温度调节器将激光器的工作温度维持在一个恰当的范围内，可以有效提高激光器的性能和寿命，从而提高光模块的可靠性和稳定性。
综上所述，光模块的组成部件种类繁多，每个部件都有自己的重要作用。
在光模块的设计和制造中，需要考虑到各个部件之间的相互关系，以及各个部件的稳定性和可靠性等因素。
中科院科技成果——光通讯用半导体激光器与探测器
中科院科技成果——光通讯用半导体激光器与探测器
项目简介
半导体激光器和探测器是光通讯中光信号的发射和接收器件，是光网络端口的核心部件。
然而，由于光通信应用场合多样、技术演化快等特点，光纤入户、三网融合、主干网升级、广电网双向改造等对半导体激光器和探测器的重点指标要求也不同，对“光芯”的设计、工艺和封装的要求很高。
到目前为止我国还没有一家产品的质量能够满足市场的要求，国际上光通信用半导体激光器芯片市场被日本和美国的三家公司瓜分。
长期以来我国的光通信企业主要依靠进口国外高价格半导体激光器和高性能光电探测器芯片。
本项目通过引进消化吸收再创新，成功攻克半导体激光器和高性能光电探测器芯片的设计、工艺和封装等关键技术，使得生产出的产品具有尺寸小、可直接高速调制、大量生产、高集成度等特点，是光通信中的理想和唯一的选择。
目前已成立公司并投入5000万元，试制样品。
激光探测器工作原理
激光探测器工作原理
激光探测器，也称为激光接收机，是一种用于测量和探测光信号的设备。
其工作原理是基于激光的光电效应，能够将光信号转化为电信号，实现光信号的放大和检测。
激光探测器主要由光电探测器和前置放大器两部分组成。
光电探测器
通常采用半导体器件构成，如硅、锗、InGaAs等，其正/反向电压和/或光照强度的变化能够引起载流子的产生和移动，最终形成电流信号。
前置放大器则起到对电流信号的放大和处理作用，将其转化为需要的
电压或电流信号输出。
具体而言，激光探测器的工作流程可以分为以下几个步骤：
1.激光信号的传输：激光信号经过激光器发射，经过光纤、光路、镜片等光学元件，最终到达光电探测器。
2.光电效应的发生：当激光信号照射到光电探测器的半导体器件表面时，会因为吸收能量而形成一些激发载流子（电子和空穴），这个过程成
为内光电效应。
另外一种成为外光电效应，是通过半导体材料与金属
接触，产生光电子热发射的过程。
3.电流信号的产生：由于激光信号照射到光电探测器产生激发载流子，使半导体器件表面上产生电流，这个电流就代表了激光信号的强度和波形。
4.前置放大器的输出：由于激光探测器产生的电流信号十分微弱，需要经过前置放大器放大和处理之后才能作为有效信号输出。
这个转化和处理的过程可以采用一系列的放大器和滤波器等电路元件实现。
总之，激光探测器的工作原理是基于激光信号的光电效应，将光信号转化为电信号的过程。
其原理简单而可靠，因此应用相当广泛，如在通信、雷达、光刻、医学等领域都有广泛的应用。
相干收发光组件
相干收发光组件相干收发光组件是一种用于光通信系统中的关键元件，用于发送和接收光信号。
它具有高速传输、低损耗和抗干扰等特点，广泛应用于光纤通信、光纤传感和激光雷达等领域。
相干收发光组件主要由激光器、光电探测器和光纤耦合器等部分组成。
激光器是组件中的光源，它产生的激光光束通过光纤耦合器耦合到光纤中进行传输。
光电探测器负责接收光信号，并将其转化为电信号输出。
光纤耦合器则起到连接激光器和光纤的作用，使得光信号能够有效地输入到光纤中。
在相干收发光组件中，激光器是关键的光源部分。
激光器通过电流驱动产生相干光，具有高度的方向性和单色性。
常见的激光器包括半导体激光器、气体激光器和固体激光器等。
不同类型的激光器在光源功率、频率稳定性和调制带宽等方面有所差异，根据具体应用需求选择适合的激光器。
光电探测器是相干收发光组件中的接收部分，用于将光信号转化为电信号。
常见的光电探测器包括光电二极管（PD）、光电倍增管（PMT）和光电晶体管（PMT）等。
光电探测器具有高灵敏度、低噪声和快速响应等特点。
根据应用需求，可以选择不同类型的光电探测器来实现光信号的接收。
光纤耦合器是将激光器输出的光信号耦合到光纤中的关键部分。
光纤耦合器通过精确的对准和耦合技术，将光信号有效地传输到光纤中。
光纤耦合器具有低插损、高耦合效率和稳定性好的特点。
根据应用需求，可以选择不同类型的光纤耦合器，如单模光纤耦合器和多模光纤耦合器。
相干收发光组件在光通信系统中起到了至关重要的作用。
它能够实现高速、长距离的光信号传输，并能够抵抗光纤传输中的色散和衰减等干扰。
相干收发光组件还可以实现光时钟信号的同步传输，提高系统的稳定性和可靠性。
除了在光通信领域中的应用，相干收发光组件还被广泛应用于光纤传感和激光雷达等领域。
在光纤传感领域，相干收发光组件可以实现高精度的光纤传感，如温度、压力和形变等参数的测量。
在激光雷达领域，相干收发光组件可以实现高分辨率的目标探测和距离测量。
激光分析仪技术原理
激光分析仪技术原理激光器是激光分析仪最重要的组成部分之一、它可以产生具有高相干性和单色性的激光束。
常见的激光器包括气体激光器、半导体激光器、固体激光器等。
激光器的发射波长、功率、光束质量等参数对激光分析仪的性能有着重要的影响。
样品是激光束与之相互作用的对象。
样品可以是气体、液体或固体等多种形式的物质。
当激光束与样品相互作用时，会发生一系列的光学和物理过程，如吸收、散射、荧光等。
这些过程中样品会吸收一部分激光能量，并发射出特定的光信号。
探测器是接收并测量样品发射的光信号的装置。
它可以是光电二极管、光电倍增管、光谱仪等。
探测器的选择要根据样品发射的光信号的特点来决定。
探测器接收到样品发射的光信号后，会转换成电信号，并经过电子学处理，得到与被测量相关的信息。
吸收光谱法是利用被测样品对激光光束的吸收特性来进行分析。
当激光光束通过被测样品时，样品会吸收特定波长的光，这部分吸收光的强度与样品中目标组分的浓度有关。
通过测量吸收光的强度变化，可以得到被测样品中目标组分的浓度信息。
荧光光谱法是通过测量被测样品在受激光束的作用下发射出的荧光光谱来进行分析。
当激光光束照射到被测样品上时，样品中的一些分子或原子可能会吸收光束的能量，并发射出特定的荧光光。
这些荧光光的波长和强度可以提供关于被测样品的信息。
拉曼光谱法是通过测量样品受激光束作用后发射的拉曼散射光谱来进行分析。
当激光光束入射到样品上时，样品中的分子或原子会发生振动、转动等运动，这些运动会导致光的频率发生变化，出现了拉曼散射光。
通过测量拉曼散射光的波长和强度变化，可以获得被测样品的结构和组分信息。
综上所述，激光分析仪的工作原理主要涉及激光器、样品和探测器三个主要部分。
通过选择合适的技术和分析方法，可以获取被测样品的相关信息，实现对样品的分析和检测。
便携式气体激光探测器原理
便携式气体激光探测器原理1. 引言1.1 概述便携式气体激光探测器是一种基于激光技术的便携式气体检测设备，广泛应用于工业安全、环境监测、消防救援等领域。
它通过发射激光束进入被探测气体中，利用激光与气体分子的相互作用特性来实现气体的检测与分析。
与传统的气体检测设备相比，便携式气体激光探测器具有体积小、重量轻、响应速度快等优点。
它采用了先进的激光技术，能够对多种气体进行准确、快速的检测，并且具有较高的灵敏度和选择性。
便携式气体激光探测器的工作原理基于光与气体分子的相互作用。
当激光束通过被探测气体时，激光与气体分子之间会发生吸收、散射、荧光等现象。
根据激光与气体分子发生相互作用的特征，我们可以通过检测激光的吸收、散射或荧光强度的变化来确定气体的存在与浓度。
便携式气体激光探测器通常由光源、气体室、探测器和数据处理系统等组成。
光源通过一定的光路系统将激光束引入气体室，激光束经过气体室中的被探测气体后，再经过光路系统到达探测器。
探测器将接收到的激光信号转换为电信号，并传给数据处理系统进行信号处理与分析。
便携式气体激光探测器具有很高的灵敏度和选择性，可以对多种气体进行准确的检测，包括常见的有害气体、可燃气体等。
同时，其便携性也使得它可以在各种场景下进行快速、实时的气体检测，提供有力的支持和保障。
总之，便携式气体激光探测器基于激光技术，通过光与气体分子的相互作用来实现气体的检测与分析。
它的优点在于体积小、重量轻、响应速度快，并具有较高的灵敏度和选择性。
在工业安全、环境监测、消防救援等领域，它发挥着重要的作用，并且具有较大的发展空间和潜力。
1.2 文章结构本文的结构包括引言、正文和结论三部分。
引言部分首先对便携式气体激光探测器的概念进行简要介绍，说明其重要性及应用场景。
随后，对本文的结构进行说明，即引言、正文和结论三个部分的内容安排。
正文部分将重点介绍便携式气体激光探测器的原理要点。
其中，第2.1部分将详细介绍原理要点1，包括其工作原理、气体识别方法和原理实现过程等内容。
三维扫描仪原理
三维扫描仪原理
三维扫描仪原理是通过使用一束激光器产生的激光束来扫描物体表面，并利用激光在物体表面的反射或散射来获取物体表面的几何信息。
三维扫描仪通常由以下几个组件组成：激光器、光电探测器和计算机数据处理系统。
首先，激光器会发出一束相干激光束，通常为红光或绿光。
激光束被聚焦成很小的点，然后沿着物体表面进行扫描。
当激光束照射到物体表面时，部分激光被物体表面吸收，部分激光被物体表面反射或散射。
被反射或散射的激光经过镜头进入光电探测器。
光电探测器会记录下每个激光点的坐标和强度信息。
通过对多个激光点进行扫描，可以获取到物体表面的大量坐标点。
这些坐标点可以构成物体的三维模型。
最后，计算机数据处理系统会对采集到的坐标点进行处理和分析，通过算法和数学模型来重建物体的几何形状。
得到的三维模型可以用于计算尺寸、表面曲率、体积等物体特征。
总之，三维扫描仪通过使用激光束扫描物体表面并记录坐标和强度信息，然后利用计算机数据处理系统对这些信息进行处理与分析，最终得到物体的三维模型。
这种原理可以应用于工业制造、文化遗产保护、医学等领域。
光电系统设计基础
光电系统设计基础
一、光电系统概述
光电系统是指利用光电转换原理将光信号转换为电信号，或将电信号转换为光信号的系统。
它包括了许多不同的元件和部件，如光源、传感器、激光器、探测器等。
二、光学基础知识
1. 光的本质：波动与粒子性
2. 光的传播：直线传播和折射
3. 光学仪器：凸透镜和凹透镜
三、光源的选择
1. 红外线发射二极管（IR LED）
2. 激光器（Laser）
3. 白炽灯（Incandescent Lamp）
四、传感器的选择
1. 充电耦合器件（CCD）
2. 互补金属氧化物半导体（CMOS）
3. 磁阻传感器
五、探测器的选择
1. 光敏二极管（Photodiode）
2. 红外线探测器（IR Detector）
3. 电荷耦合器件（CCD）
六、滤波器的应用
滤波器可以帮助去除噪声和干扰，同时提高信噪比。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
七、光电系统的应用
1. 光电传感器
2. 光电开关
3. 光电编码器
八、总结
光电系统的设计需要考虑多个因素，如光源、传感器、探测器等的选择和应用，以及滤波器的使用。
在实际应用中，需要根据实际情况进行调整和优化。
有趣的光通信实验
有趣的光通信实验光通信已经成为了现代通信领域中的重要组成部分，这是一种基于光传输数据的技术，和传统的无线和有线传输方式相比，具有更高的带宽和更低的延迟，从而大大提高了信息传输的质量和速度。
在现代科技领域中，探究光通信技术的原理并进行相关的实验是非常有趣的，本文将会介绍一些有趣的光通信实验。
第一个实验是激光测距实验。
这个实验可以通过利用光脉冲的速度和时间差，来精确测量光脉冲到达目标物体和返回的距离，实验中需要用到两个激光器和探测器。
第一个激光器会发射一个光脉冲，然后通过透镜将其投射到远处的目标物体上，光脉冲会被物体反射并返回原始激光器。
第二个激光器会在同一个位置发射另一个光脉冲，然后两个光脉冲会通过探测器的比较，来计算光脉冲的来回时间，并计算出目标物体与激光器之间的距离。
第二个实验是光传输实验。
这个实验可以通过利用纤维光缆来传输数字和图像等信息，实验中需要用到一个激光器、一个光纤缆和一个接收器。
在实验中，激光器将光信号的信息送入光纤缆中，光信号会沿着缆线一路传递到接收器处，然后转化成电信号，使得接收器可以将数字和图像等信息呈现出来。
这种方法和传统的无线和有线传输方式相比，具有更快的速度和更少的信号损失，也能够有效防止干扰。
第三个实验是光学编码解码实验。
这个实验涉及到在发送信息之前对数据进行编码和解码，以确保信息传输的安全。
在实验中，发送方将原始信息转化成光脉冲序列，并采用特定的编码方式进行编码，然后将光脉冲序列通过纤维光缆发送到接收方。
在接收端，接收器会解码数据并将其转化成原始信息。
在这个实验中，可以采用不同的编码方式，例如差分相移键控，来确保数据传输的安全和准确性。
第四个实验是光纤通信实验。
这个实验可以通过模拟和探究光纤系统中的信号传输和放大等原理，来更好地理解光传输的机制。
在实验中，可以使用光纤放大器来放大信号，来确定信号是否在传输过程中丢失或损坏。
实验还可以研究光纤缆的材料和结构，以了解它们对信号传输的影响。
光声成像
Sphere
1、具有时间分辨； 通过时间信号可以知道吸收体的空间位置。 2、宽频带； 生物组织的光声信号可以从几十KHz到 几十MHz。采样不同的频率成分进行成像可以 得到不同的结构信息。 3、正负极性；
时间
激光器 探测器 放大器 滤波器
采集卡
处理器
1、激光器：作为光声信号的激发源（短脉冲，波长根据实际需要选择）； 2、探测器：接收超声信号。 分为单元、多元线阵、多元环阵； 探测器的选择应根据光声信号的主频及带宽来选择。探测器在 焦点处的灵敏度最大。 2、放大器：光声信号幅值从uV到十几个mV，因此需要进行放大。 放大器的选择应考虑信号的主频及带宽。 3、滤波器：减少干扰及提取感兴趣的频率成分； 滤波器带宽、主频及幅频曲线。 4、采集卡：模拟信号数字化采集，包括精度、采集电压范围。
六、光声成像算法中的信号处理方法
1、基于小波变换的光声信号消噪 利用滤波器滤波的传统 消噪方法在降低信噪比的同 时模糊了信号的位置信息, 利用小波的多分辨率分析特 性,将有用信号集中在小波 变换少数系数上,噪音信号 集中到其它小波系数上,这 样不但提高了图像信噪比, 而且不会造成图像位置信息 的丢失。 采用3阶高斯小波作为 小波变换的基函数，因为它 更接近与光声信号的N形波。 通过增强信号的高频分量， 使得图像的边界更为清晰。
四、单元成像系统及算法
单元成像系统包括激光器、 步进电机、水槽、单元探测器、 放大器、示波器、电机驱动及 计算机的组成。
示波器：用于光声信号的采集， （也可以用采集卡替换） 电机驱动：采用数字I/O卡及开 关电源 单元采集成像系统是利用单元 探测器进行旋转扫描，采集多 个位置的光声信号，再利用滤 波反投影算法重建光声图像。
1、光声成像 由产生的光声信号重建出组织的光吸收分布的图像、光吸收分布 包括了组织的结构及病理特征。 2、组织的光吸收分布 组织的光吸收分布与吸收体的产生的声压有关，因此只要得到了 吸收体的产生的声压（初始声压）就可以得到组织的光吸收分布。 3、吸收点的声压分压
波长的实验测量与计算
波长的实验测量与计算波长是物理学中一个重要的概念，它是指波动的周期性重复性现象中，两个连续相同相位点之间的距离。
在光学实验中，测量和计算波长是一种常见的实验方法。
本文将介绍一种测量和计算波长的实验方法，并详细描述实验的步骤和原理。
实验材料和设备：1. 激光器：选择一台稳定输出的激光器，它能产生光的单色性和定向性。
2. 光栅：选择一个有固定刻痕的光栅，刻痕的间距决定了光栅的波长。
3. 探测器：使用一个高灵敏度的光电二极管作为探测器，它可以将光信号转化为电信号。
实验步骤：1. 将激光器放置在实验台上，并将其与光栅固定在一起。
2. 将探测器放在光栅的一侧，并将其与示波器连接，以便观察光信号的变化。
3. 打开激光器，调整光栅和探测器的位置，使得光线经过光栅后，尽量正对探测器。
4. 调整示波器的参数，使得探测到的光信号在示波器上表现为稳定的波形。
5. 从示波器上记录下光信号的波形，其中波形的一个完整周期的长度即为测量到的波长。
实验原理：在本实验中，激光器产生的光线通过光栅后会发生衍射现象。
光栅是一个有规律的多个刻痕排列在一起的光学元件，其中刻痕的间距决定了光栅的波长。
当光线通过光栅时，它会被刻痕衍射成多个具有不同相位的衍射光线。
这些衍射光线会相互干涉，形成一种特殊的光强分布，我们称之为干涉图样。
探测器会探测到这种干涉图样，并将其转化为电信号。
根据波动的原理，干涉图样中相邻两个相位相同的光强最大，它们之间的距离即为波长的整数倍。
因此，在本实验中，我们需要记录下光信号的波形，并测量波形的一个完整周期的长度。
在实验中，我们可以通过示波器来观察和记录下光信号的波形。
示波器能够将光信号转化为电信号，并在屏幕上显示出波形的图像。
通过在示波器上进行测量，我们可以得到一个完整周期的长度，从而计算出光的波长。
实验结果与计算：根据实验步骤进行操作，并记录下示波器上的光信号波形。
将波形的一个完整周期的长度进行测量，并记录下实验结果。
探测器原理大全
探测器原理大全(2)激光入侵探测器激光与普通光源相比有如下特点：a.方向性好,亮度高.一束?光的发散角可做到小于 10-310-5 弧度,即使在几公里以外激光光束的直径也仅扩展到几毫米或者几厘米.由于激光光束发散角小,几乎是一束平行光束,光束能会萃在一个很小的平面上, 产生很大的光功率密度, 具亮度很高.激光光源和其它光源的亮度比拟：光源亮度(w/Sr?cm2 )蜡烛 0.5电灯 470太阳外表 0.165M氮-须激光 15M红宝石激光 10 亿兆〜37 亿兆b.激光的单色性和相干性好.激光是单一频率的单色光,如氮凝激光器的波长为 6328?,在其频率范围内谱线宽度 A U=101Hz,而其他普通光的 A U = 107109 Hz.光的相干性取决于其单色性.光的相干长度 6 m 与谱线宽度的关系是：6 m=c/ A U,其电为光速.普通光源的相干长度为几个毫米.单色光源氮 -86 灯,入=6057?,相干长度6 m=38.6cm ;而氮凝激光器入=6328? , m m=40km.按激光器的工作物质来分,激光器可分为如下几种：固体激光器：它的工作物质为固体,如数玻璃、红宝石等.液体染料激光器：它的工作物质为液体染料,如假设丹明香豆素等.气体激光器：它的工作物质是二氧化碳、氮-三、氮份子等.半导体激光器：它的工作物质是半导体材料,如神化钱.激光探测器与主动红外式探测器有些相似,也是由发射器与接收器两局部构成.发射器发射激光束照射在接收器上,当有入侵目标浮现在警戒线上,激光束被遮挡,接收机接收状态发生变化,从而产生报警信号.激光探测器的作用距离：式中P1——激光功率；QT ——光束发散角；M ——调制光速调制度；SR-―接收面积；PR——接收到的功率.由上式可以看出,要提升探测器的作用距离,应增大激光源的发射光率,增加光学系统的透过率,减少发射装置的发散角,也可采用高灵敏的光电传感器.激光具有高亮度,高方向性,所以激光探测器十分合用于远距离的线控报警装置.由于能量集中,可以在光路上加装反射镜,环绕成光墙,从而可以用一套激光器来封锁场地的四周,或者封锁几个主要通道路口.激光探测器采用半导体激光器的波长在红外线波段时,处于不可见范围,便于隐蔽,不易被犯罪份子所发现.激光探测器采用脉冲调制,抗干扰水平较强,其稳定性能好,一般不会因机器本身而产生误报,如果采用双光路系统,可靠性更会大大提升.3.面型入侵探测器面型入侵探测器的警戒范围为一个面.当警戒面上浮现入侵目标时即能发出报警信号.振动式或者感应式报警探测器常被用做面报警探测器,例如把用做点报警探测器的振动探测器安装在墙面或者玻璃上,或者安装在某一要求保护的铁丝网或者隔离网上,当入侵者触及时网发生振动,探测器即能发生报警信号.面型入侵探测器更多的是使用电磁感应探测器. 电场畸变探测器是一种电磁感应探测器,当目标侵入防范区域时,引起传感器路线周围电磁场分布的变化, 我们把能响应这畸变并进入报警状态的装置称为电场畸变探测器.这种电场畸变探测器有平行线电场畸变探测器、泄漏电缆电场畸变探测器.(1)平行线电场畸变入侵探测器平行线电场畸变入侵探测器是由传感器线支撑杆、跨接件和传感器电场信号发生接收装置构成,如图 2-10 所示.传感器是一些平行线(2 条〜10 条)构成,在这些导线中一局部是场线,它们与振荡频率为 1kHz40kHz 的信号发生器相连接,工作时场线向周围空间辐射电磁场能量. 另一局部线为感应线,场线辐射的电磁场在感应线上产生感应电流.当入侵者挨近或者穿越平行导线时,就会改变周围电磁场的分布状态,相应地使感应线中的感应电流发生变化, 由接收信号处理器分析后发出报警信号.传感器线通过跨接件固定在支撑杆上. 跨接件上有特种钢弹簧片,一方面可以拉紧传感器线,另一方面可使探测区内有连接的电磁场,没有盲区.信号发生、接收器安装在中间支撑杆上.平行线电场畸变入侵探测器主要用于户外周界报警.通常沿着防范周界安装数套电场探测器,组成周界防范系统.信号分析处理器常采用微处理器,信号分析处理程序可以分析出入侵者和小动物引起的场变化的不同, 从而将误报率降到了最低.(2)泄漏电缆电场畸变入侵探测器所谓泄露电缆是一种特制的同轴电缆, 见图 2-11,其中央是铜导线,外面包围着绝缘材料(如聚乙烯),绝缘材料外面用两条金属散层以螺旋方式交叉缠绕并留有孔隙.电缆最外面为聚乙烯保护层.当电缆传输电磁能量时,屏蔽层的空隙处便将局部电磁能量向外辐射.为了使电缆在一定长度范围内能够均匀地向空间泄漏能量,电缆空隙的尺寸大小是沿电缆变化的.图 2-10 平行线电场畸变探测器图 2-11 泄漏电缆结构示意图把平行安装的两根泄漏电缆分别接到高强信号发生器和接收器上就组成为了泄漏电缆入侵探测器.当发生器产生的脉冲电磁能量沿发射电缆传输并通过泄漏孔向空间辐射时,在电缆周围形成空间电磁场,同时与发射电缆平行的接收电缆通过泄漏孔接收空间电磁能量并沿电缆送入接收器,泄漏电缆可埋入地下,如图示2-12 所示.当入侵者进入探测区时,使空间电磁场的分布状态发生变化, 于是接收电缆收到的电磁能量发生变化, 这个变化量就是入侵信号,经过分析处理后可使报警器动作.泄漏电缆探测器可全天候工作,抗干扰水平强,误报漏报率都较低,合用于高保安,长周界的安全防范场所.〔3〕振动传感电缆型入侵探测器这种入侵探测器是在一根塑料护套内装有三芯导线的电缆两端,分别接上发送装置与接收装置,并将电缆波浪状或者呈其它蜿蜒形状固定在网状的围墙上〔如图2-13 所示〕 .用这样有一定长度的的电缆构成一个防区.每两个或者四个、六个防区共用一个限制器〔称为多通道限制器〕 ,由限制器将各防区的报警信号传送至限制中央.当有入侵者触动网状围墙,破坏网状围墙等行为使其震动并到达一定强度时〔安装时强度可调,以确定其报警灵敏度〕,就会产生报警信号. 这种入侵探测器精度极高,漏报率为零,误报率几乎为零.且可全天候使用〔不受气候的影响〕 .它特殊适合围网状的周界围墙〔即采用铁网构成的围墙〕使用探豫空砌电出场T；发酎电撞印攫峡电值图 2-12 泄漏电缆产生空间场示意图解 6 网“咕鸭惑电城rrq发送・节〞爆收・小儿〔4〕电子围栏式入侵探测器电子围栏式入侵探测器也是一种用于周界防范的探测器.它由三大局部组成,即脉冲电压发生器、报警信号检测器以及前端的电围栏, 其系统原理框图如图 2-14 当有入侵者入侵时,触碰到前端的电子围栏或者试图剪断前端的电子围栏, 都会发出报警信号这种探测器的电子围栏上的裸露导线,接通由脉冲电压发生器发出的高达 1 万伏的脉冲电压(但能量很小,普通在 4 焦耳以下,对人体不会构成生命危害),所以即使入侵者戴上绝缘手套,也会产生脉冲感应信号,使其报警.这种电子围栏如果使用在市区或者往来人群多的场合时,安装前应事先征得当地公安等部门的同忌、°(5)微波墙式入侵探测器张警信好持我制图 2-14 电子围栏式入侵探测器微波墙式入侵探测器,主要也是用于周界防范.它类似主动红外对射式入侵探测器的工作方式,不同的是用于探测的波束是微波而不是红外线. 此外,这种探测器的波束更宽、呈扁平状、象一面墙壁的形状,所以防范的面积更大.具安装后构成的原理框图如图 2-15 所示wyfwgw.c Q二in二a帝度a*Elo图 2-15 微波墙式入侵探测器原理图这种探测器在使用时,应注意使墙式微波波束限制在防范区域内,不向外扩展,以免引起误报.此外,在防范区域〔波束〕内,不应有花草树木等物体,以免当有风吹动时,产生误报.4.空间入侵探测器空间入侵探测器是指警戒范围是一个空间的报警器. 当这个警戒空间任意处的警戒状态被破坏,即发生报警信号.声入侵探测器和微波入侵探测器以及被动红外探测器等都属于空间入侵探测器.〔1〕声入侵探测器声入侵探测器是常用的空间防范探测器. 通常将探测说话、走路等声响的装置称声控探测器.当探测物体被破坏〔如打碎玻璃、凿墙、锯钢筋〕时,发生固有声响的装置称为声发射探测器.①声控入侵探测器声控探测器是用声传感器把声音信号变成电信号, 经前置放大送报警限制器处理后发出报警处理信号,也可将报警信号经放大推动喇叭和录音机, 以便监听和录音. 驻极体传感器被广泛地应用在声控探测器中. 在声控探测器中使用的驻极体送话器由一个金属极板蒙上机械张紧的驻极体箔〔约 10 仙M〕,驻极体箔与金属板之间构成一只电容.根据静电感应的原理,与驻极体相对着的金属板上就会感应出大小相等、方向相反的电荷.驻极体电荷在空隙中形成静电场.在声波作用下, 驻极体箔发生运动,产生位移,在电容极板上感应出电压.驻极体送话器的频率响应范围主要取决于送话器的结构.在此频率范围内,驻极体箔的位移与所加的声强成正比, 送话器的输出电压仅与声强有关, 而与频率无关,音频驻极体送话器在20Hz15000Hz 的频率范围内有恒定的灵敏度.②声发射入侵探测器声发射探测器是监控某一频带的声音发出报警信号,而对其它频带的声音信号不予响应.主要监控玻璃破碎声、凿墙、锯钢筋声等入侵时的破坏行为所发出的声音, 玻璃破碎声发射探测器通常也用驻极体传话器做声电传感器.当玻璃破碎时,发出的破碎声由多种频率的声响构成.据测定,主要频率为 10kHz15kHz 高频声响信号.当锤子打击墙壁、天花板的砖、混凝土时会产生一个频率为 1kHz 左右的衰减信号,大约持续 5ms；据钢筋时产生频率约 3.5kHz、持续时间约 15ms 的声音信号.采用带通滤波器滤去高于或者低于探测声信号的干扰信号, 经放大后产生报警信号.③次声入侵探测器次声为频率很低的音频信号.探测器的工作原理与声发射探测器相同,无非采用低通滤波器滤去高频和中频音频信号,而放大次低频信号报警.房屋通常由墙天花板、门、窗、地板同外界隔离.由于房屋里外环境不同,强度、气压等均有一定差异,一个人想闯入就要破坏这空间屏障, 如翻开门窗、打碎玻璃、凿墙开洞等,由于室内外的气压差,在缺口处产生气流扰动,发出一个次声；此外由于开门、碎窗、破墙产生加速度,那末内外表空气被压缩产生另一次声,而这二次声频率大约为1Hz 摆布.两种次声波在室内向四周扩散,先后传入次声探测器,惟独当这二次声强度到达一定阈值后才干报警,所以只要外部屏障不被破坏,在覆盖区域内部开关门窗,移动家俱,人员走动,都低于阈值,不会报警.但是这种特定环境下如果采用其它超声、微波或者红外探测器都会导致误报④超声波入侵探测器所谓超声波是指频率在 20kHz 以上的音频信号,这种音频信号人的耳朵是听不到的. 超声波探测器是利用超声波技术构造的探测器,通常分为多普勒式超声波探测和超声波声场型探测器两种.多普勒式超声波探测器是利用超声对运动目标产生的多普勒效应构成的报警装置.通常,多普勒式超声波探测器是将超声波发射器与接收器装在一个装置内.所谓多普勒效应是指在辐射源(超声波发生器)与探测目标之间有相对运动时, 接收的回波信号频率会发生变化.如图 2-16 所示,设超声波发射接收器发射的信号为：U = U ( o ojO)式中,⑴.为发射超声波的角频率,⑴o=2ot 为长附信号的初始相位.那末当发射接收器与目标间有相对运动时,经目标反射后超声波发射接收器接收到的回 波信 号为：Ur= U m Sin [⑴ o(t)+j o]m Sinj式中,tr 为超声波往返于超声波发射接收器和目标之间所需的时间,设目标与发射接收器之间的距离为 S(t),超声波白速度为 c,那末有tr=2S(t)/c且 S(t)= So-vr?t式中,So 为初始时刻目标与发射接收器的距离,vr 为目标与发射接收器相对运动的径向速度.回波的角频率为⑴ r=d 巾 /dt =⑴ o?(1+2vr/c) 也可写成 fr=f0(1+2vr/c)= f0+fdfd=(2vr/c)?f0由此可见目标以径向速度 vr 向发射接收器运动,使接收到的信号频率再也不是发m Sin=U射频率 fo,而是 fo+fd ,这种现象称多谱勒效应,fd 称为多谱勒频率.当目标背向探测器运动时,v r 为负值,那末所接收的回波信号频率为 fo-fdo超声波发射器发射 25kHz40kHz 的超声波充满室内空间,超声波接收器接收从墙壁、天花板、地板及室内其它物体反射回来的超声能量,并不断的与发射波的频率加以比拟.当室内没有挪移物体时,反射波与发射波的频率相同,不报警；当入侵者在探测区内挪移时,超声反射波会产生大约± 100H z 勒频移,接收机检测出发射波与反射波之间的频率差异后,即发出报警信号.图 2-16 多谱勒效应示意图场型超声波入侵探测器是将发射器和接收器分别安装在不同位置. 超声波在密闭的房间内经固定物体(如墙、地板、天花板、家具)屡次反射,弥漫各个角落.由于屡次反射,室内的超声波形成复杂的驻波状态, 有许多波腹点和波节点.波腹点能量密度大,波节点能量密度低,造成室内超声波能量分布的不均匀. 当没有物体移动时,超声波能量处于一种稳定状态；当改变室内固定物体分布时,超声能量的分布将发生改变.而当室内有一挪移物体时,室内超声能量发生连续变化,而接收器接收到这连续变化的信号后, 就能探测出挪移物体的存在,变化信号的幅度与超声频率和物体挪移的速度成正比.⑵微波入侵探测器微波是一种频率很高的无线电波, 波长很短,普通在 0.001m 1m 之间,由于微波的波长与普通物体的几何尺寸相当,所以很容易被物体所反射.按工作原理微波入侵探测器可分为挪移型微波探测器和阻挡型微波探测器.①挪移型微波探测器挪移型微波探测器又称多普勒式微波入侵探测器.其工作原理与多谱勒式超声波探测器相同,只无非探测器发射和接收的是微波而不是超声波.微波发射器通过天线向防范区域内发射微波信号,当防范区域内无挪移目标时,接收器接收到的微波信号频率与发射信号频率相同,为 fo.当有挪移目标时,由于多普勒效应, 目标反射的微波信号频率将发生偏移,偏移的多普勒频率为 fd, 接收机分析 fd 的大小以产生报警信号.由于多普勒效应告诉我们,偏移的多普勒频率 fd,正比于目标径向的挪移速度而反比于工作波长,所以微波探测器较多普勒超声探测器有更高的灵敏度.多普勒微波探测器的探测距离通常用下式表示：R=式中,PI——微波发射功率；GI ——发射天线的增益;———微波波长；- 目标截面积；k——卡尔兹曼常数,k=1.38 -23J/K ;To——接收机噪声温度；Bn——接收机等噪声带宽；Fn——接收机噪声系数；L——微波系统损耗；M——检测所需要的最小信噪比.由上式可以看出,要增加探测距离,可增加发射天线增益,提升发射天线的方向性,将视角变小.而提升发射功率固然可以增大探测距离,但不经济,特别是大功率的微波幅射还有损健康,所以普通不采用.②阻挡型微波探测器阻挡型微波探测器由发射器、接收器和信号处理器组成.使用时将发射天线和接收天线相对放置在监控场地的两端,发射天线发射的微波束直接送达接收天线.当没有运动目标遮断微波束时,微波能量被接收天线接收,发出正常工作信号；当有运动目标阻挡微波束时,天线接收到的微波能量减弱或者消失, 此时产生报警信号.有关被动红外探测器及由微波与红外组成的双鉴式探测大等空间入侵探测器,前面已有阐述,这里就再也不提及了。
简述激光雷达的结构原理分类及特点
简述激光雷达的结构原理分类及特点激光雷达（LIDAR，Light Detection and Ranging）是一种借助激光束进行测量和探测的技术。
它利用激光发射器发出一束光束，当光束与目标物相互作用时，根据光的散射、反射等特性，利用接收器接收返回的光信号，通过测量反射光的时间差和空间位置来确定目标物体的距离、位置和其他特征。
激光雷达的结构一般由激光器、光电探测器、光学系统和数据处理系统组成。
激光器用于发射激光束，光电探测器用于接收反射的光信号，光学系统用于放大和聚焦激光光束，数据处理系统则用于处理和分析接收到的信号数据。
激光雷达的工作原理基于物体对激光光束的反射，主要包括时间差测量和三角测量两种方法。
时间差测量是利用激光器发出的光束与物体反射回来的光信号之间的时间差，通过光速的知道，则可以计算出物体的距离。
三角测量则是通过测量激光光束进射和出射的角度以及激光束与物体的交点来计算物体的位置。
根据不同的应用场景和技术特点，激光雷达可以分为多种不同的分类。
根据测量模式，可以分为主动式和被动式激光雷达。
主动式激光雷达是通过专门的激光器发射激光束，然后接收返回的光信号进行测量；被动式激光雷达则是利用外部光源（如太阳光）发射光束，然后接收目标物体反射的光信号进行测量。
根据激光器的类型，激光雷达可以分为气体激光雷达、固体激光雷达和半导体激光雷达等。
气体激光雷达采用激光放大的氦氖激光器，固体激光雷达采用激光放大的Nd:YAG激光器，半导体激光雷达则采用半导体激光器作为激光源。
激光雷达有很多特点和优势。
首先，它具有高精度和高分辨率的测量能力，可以实现对物体的精确测量和探测。
其次，激光雷达可以实现对大范围、高速目标进行实时探测，适用于各种不同的应用场景。
再次，激光雷达的工作原理不受外界环境的影响，可以在复杂的天气条件下进行测量。
此外，激光雷达的数据处理系统可以实现对大量数据的高效处理和分析，提供更加准确和全面的测量结果。
激光雷达的组成
激光雷达的组成激光雷达是一种高精度、高分辨率的测量技术，被广泛应用于自动驾驶、机器人导航、地形测量等领域。
它可以通过向目标发射激光束，接收反射回来的光信号，并根据信号的时间、强度、相位等特征来确定目标的位置、形状、运动状态等信息。
本文将介绍激光雷达的组成结构，包括激光发射器、光学系统、探测器、信号处理器等部分。
一、激光发射器激光发射器是激光雷达的核心部件，它能够产生高功率、高频率、高稳定性的激光光束。
激光雷达通常采用半导体激光器、气体激光器或固体激光器作为激光发射器。
其中，半导体激光器是最常用的一种，它具有体积小、功耗低、寿命长等优点。
气体激光器则适用于需要高功率、高脉冲能量的应用场合，如激光雷达测距、激光雷达测速等。
固体激光器则具有高稳定性、高重复频率等特点，适用于长时间稳定工作的应用场合。
二、光学系统光学系统是激光雷达的另一个重要部分，它包括激光束发射、接收、聚焦等功能。
光学系统的设计直接影响激光雷达的测量精度、范围和分辨率。
常见的光学系统包括反射镜、透镜、光纤等。
反射镜是最常用的光学元件之一，它能够对激光束进行反射、折射、聚焦等操作。
透镜则适用于需要对激光束进行光学调制、光谱分析等应用场合。
光纤则可以将激光束传输到远距离的目标上，并将反射回来的光信号传回激光雷达。
三、探测器探测器是激光雷达的另一重要组成部分，它能够接收反射回来的光信号，并将其转换成电信号。
探测器的种类包括光电二极管、光电倍增管、光电探测器等。
光电二极管是最常用的探测器之一，它具有高灵敏度、高响应速度等特点。
光电倍增管则适用于需要高增益、低噪声的应用场合。
光电探测器则具有高速度、高分辨率等特点，适用于需要高精度测量的应用场合。
四、信号处理器信号处理器是激光雷达的最后一道防线，它能够对接收到的光信号进行处理、分析、解码等操作。
信号处理器的种类包括数字信号处理器、模拟信号处理器、光学信号处理器等。
数字信号处理器是最常用的信号处理器之一，它具有高速度、高精度、高可靠性等特点。
光电容积法的工作原理
光电容积法的工作原理
光电容积法是一种常用的生物医学检测技术，它利用光电效应和容积
效应相结合的原理，通过测量样品中的吸收光强度和体积变化来定量
分析样品中的成分。
该技术主要由激光器、探测器、样品池和信号处理器等组成。
在实验中，激光器会发出一束单色、单频率的激光束，然后经过透镜将其聚
焦到样品池中。
当激光束穿过样品池时，如果样品中存在吸收性物质，则会吸收部分激光能量，并将其转化为热能。
这个过程被称为光电效应。
由于吸收物质的存在，样品中的温度会升高，导致体积发生微小变化。
这个体积变化可以通过压力传感器或振动传感器来检测，并转换成电
信号。
这个过程被称为容积效应。
探测器接收从样品池反射回来的激光束，并将其转换成电信号。
信号
处理器会对探测到的电信号进行放大和滤波处理，并计算出样品中吸
收物质的浓度。
光电容积法的优点在于其灵敏度高、精度高、可靠性好、操作简单等。
它广泛应用于生物医学领域，如血红蛋白含量测定、血糖含量测定、蛋白质含量测定等。
光电容积描记技术
光电容积描记技术
光电容积描记技术是一种使用激光器及探测器记录物体形状和细节的技术。
这项技术已经被广泛应用于各个领域，包括建筑设计、制造业、医疗保健和文化遗产保护等等。
下面将分步骤详细介绍光电容积描记技术的工作原理和应用。
第一步，扫描物体表面。
在光电容积描记技术中，使用激光器扫描物体表面，从而得到三维点云数据。
这些点云数据可以表现出物体表面的形状和细节，因此被用来定义建筑物、雕刻、医疗模型以及文化遗产等物体的形状。
第二步，重建三维模型。
一旦扫描结束，点云数据就会转化为三维模型。
这个过程需要使用计算机算法将扫描到的点云数据进行处理和清理，去除任何重叠或不需要的部分。
一旦完成，就可以利用这些数据来实现复杂的三维建模和动画效果。
第三步，应用于各行各业。
光电容积描记技术在各个行业中都起到了重要的作用。
在建筑设计中，它被用来记录建筑物的详细信息，包括每个房间的尺寸和形状等等。
制造业中，它被用来制造精确的原型和机器零件。
在医疗保健领域，它被用来应对严重的疾病和创伤，例如重建患者的头部和面部。
此外，文化遗产保护也是该技术领域的一个重要应用，它被用来记录和保存历史建筑和寺庙等文物。
结论，光电容积描记技术是一个独特而受欢迎的技术，它已经被用于各种各样的行业和应用程序中，包括医疗保健、文化遗产保护和建筑设计。
该技术不仅可以为我们提供微弱的表面细节，而且可以在数字建模领域为我们提供新的机遇，同时也还是一个新的工具，用于记录和保护文化遗产。
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工作物质
• 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激 辐射放大作用的物质体系 • 它可以是固体（晶体、玻璃）气体（原子 气体、离子气体、分子气体）、半导体和 液体 • 激光器的工作物质决定了辐射的激光波长
功率偏移 与调制控制 温度 控制
致冷器 PD 温度报警与监测
LD
光纤
输出功率报警与监测
光接收器-光探测器
• 发光二极管和激光器将电信号转化为光信 号，光电二极管将光信号转化为电信号 • 外界的光子射入半导体，分离出电子和空 穴，这些自由的载流子的流动形成电流， 这种电流称为光电流 • 产生电流与射入光功率的比值称为响应度 R=I/P • 射入的光功率越大，产生的光电流越大， 但到一定程度，会产生饱和。
边发射和面发射
边发射和面发射
10° 30°
FP和DFB激光器发射 出来的光是椭圆光， 耦合时，与插针斜8度 相对应时，光功率最 大
VCSEL发出的光是圆 形的，容易耦合
激光器TO的封装
发光条
背光探 测器
高速激光器封装
接收器功能框图
数据
数据转换单元 时钟 激光器驱动部件
发送 器信 号
激光器工 作电路
deg
deg ns mA μA
⊥
tr,tf Im ID
0.05
0.2
FP激光器参数
• 阈值电流（Ith）:激光二极管开始振荡，
产生激光时的正向电流。 • 驱动电流(Iop)：输出额定光功率下所 需的总电流。输出光功率（Po）：工 作电流下辐射出的最大连续光功率。 • 输出光功率（Po）：工作电流下辐射 出的最大连续光功率。
光的产生
• 光是一种电磁波，同时光又是由光子组成 的，这称为光的“波粒二相性” • 电子跃迁到高能态后，是不稳定的，它随 时会返回低能态，这时候它所携带的多余 的能量释放出来，就产生一个光子
• 在自发辐射状态下释放的光子数量很少， 而且包含多种频率，所以能量不集中
自发辐射和受激辐射
• 光辐射分为两类：自发辐射和受激辐射
上升时间和下降时间对传输速率的影响
功率 （mW）
时间（ns）
上升时间造成1信号延迟 下降时间造成0信号延迟
速率增加，脉冲变窄，则 会造成1，0不分
FP激光器光谱图
光谱宽度
P
λ 3dB谱宽：从峰值波长的功 率算起，功率下降一半，光 谱的宽度，以nm表示 FP激光器的光谱宽度一般为 3nm左右
谱宽过大，造成脉冲展 宽，从而1，0不分
10
最大值 Max.
20
单位 Unit
mA mW
1.2
1.5
V
斜率效率Slope efficiency
中心波长Center wavelength 谱线宽度(FWHM)Spectral width(FWHM) 平行发散角Beam divergenceangle(parallel) 垂直发散角Beam divergence angle(perpendicular) 上升下降时间 Rise and fall time 探测器输出电流Monitoring outputcurrent 探测器暗电流Dark current
光功率
耦合效率
芯片的发光功率
汇聚后的光功率
入纤光功率
背光探测器
背光探测器的作用： 调节驱动电流，达 到功率平衡
PD 功 率 背光 电流 驱动 电流 功 率
LD
芯片的发光功率
波长、平均波长、峰值波长、中心波长
• 波长：物理概念，一个波的长度 • 平均波长：一个激光器发射出的所有光谱 即模式的加权平均值
155M光探测器参数
1.25G探测器参数
响应度和波长的关系
• 响应度与波长成正比，波长越长，相同功率 下含有的光子数越多，产生的电流就越大 • 我们的PIV测试台，测试1310nm和1550nm时 会分别选择不同的参数，是为了修正响应度 • 常用的光功率计在测试不同波长时，要选择 波长一项，也是为了修正响应度 • 我公司有种850nm的产品，使用的是1310nm 探测器做接收，当然是可以用的，但是灵敏 度比较低
光通信中所用的光源-激光器
• 激光：激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是 它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词 头一个字母组成的缩写词。意思是"通过受激发射的光放 大"。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过 程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议改称“激光” 。 • 有意思的是，激光器不是光放大器，而是激光产生器。另 有光放大器，如EDFA（掺铒光纤放大器）、SOA（半导体 光放器） • 激光器有很多种：红宝石激光器、气体激光器、半导体激 光器。光通信中常用的是半导体激光器
光探测器的带宽
• 带宽：在没有重大错误（误码）的情况下， 光电探测器所能检测的最大频率，或比特率 • 限制光探测器的两个因素：一是传送时间， 即收集光子产生电子的时间 ；二是光电二极 管的内部电容 • C=BWxlog2(1+SNR),C是比特率，BW是带宽， SNR是信噪比 • 155M探测器的带宽为115MHz，1.25G探测器 带宽为670MHz
半导体激光器的产生原理
基本条件：
1工作物质：有源区载流 子反转分布 2谐振腔：使受激辐射多 次反馈，形成振荡 3满足阈值条件，使增益 >损耗，有足够的注入 电流。
正反馈和谐振腔
• 为了得到所需功率的激光，需要数百万个 光子，采用的方法是在激活层的一端放上 一面“镜子”，光子不断地被反射回激活 层，产生的光子就成几何倍增加。 • 两面镜子实现光的正反馈，组成谐振腔。
η
λ
C
25℃ CW
CW Po=5mW 25℃
0.15
1280 －
0.2
1310 3
－
1350
mW/mA
nm nm
Δλ
θ
θ
∥
CW,P0=5mW
CW,P0=5mW IF=Ith,Po=5mW,10~90% CW,P0=5mW，VRP=1V VRP=10V
－
－ － 0.1 －
30
40 0.5
－
－ 1.0 -
探测器参数
• 上升下降时间：类似于激光器的相关指标。155M为 4.5ns，1.25G为0.3ns
• 工作波长：探测器一般都是宽波长工作范围的， InGaAs(砷镓铟)工作波长范围1270-1620nm，GaAs(砷 化镓)工作波长范围770-860nm • 灵敏度（S）：在工作速率下，当误码率为某一数值 时的最小可接收的光功率。 • 饱和光功率（Ps）：在工作速率下，当误码率为某 一数值时的最大接收光功率。
• “分布”是指反射并不只是发生在一个点 上，而是被散布在激活区的许多点上
VCSEL
• Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发 射激光器 • FP和DFB激光器都是边发射激光器，这些激光器产 生的光束都成10°x30° • 优点：谐振腔的尺寸非常小（2μm）这使得两个 邻近纵模之间的模间隔可以很大；VCSEL激光器有 着很小的尺寸，小尺寸伴随着低功耗（10mA产生 3mW）和高开关速度；输出光束是圆形而非边发 射激光器的锥形；制造技术与电子芯片的技术非 常相似。 • 缺点是目前仅能用于850nm
FP激光器参数
• 峰值波长（λ p）：在规定输出功 率下，最大强度的光谱波长。 • P-I曲线：总发射功率（P）与注入 电流（I）的关系曲线。 • 耦合效率：激光器出纤光功率与 激光二极管发射光功率的比值。
工作电流和功率
P（mW）ຫໍສະໝຸດ PoIthIop I（mA）
PI曲线和激光器工作原理
温度特性
拐点
上升时间和下降时间
• 上升时间（Tr）：激光器额定功率从10%上 升到90%所用的时间 • 下降时间（Tf）：激光器额定功率从90%下 降到10%所用的时间 • 上升时间和下降时间跟材料的性质有关 • 直接决定了器件的速率，1.25G产品意味着 每秒钟信号变化2.5x109次，每个信号的时 间是4ns。如果是10G的产品呢？
FP激光器参数表
参数 Parameter
阈值电流Threshold current 输出功率Output Power 工作电压Operating voltage
符号 Symbol
Ith Po Vo
测试条件 Conditions
CW CW 25℃ CW Po=5mW
最小值 Min.
－ 5 －
典型值 Typ.
F-P腔激光器和DFB激光器
面发射激光器
FP激光器
• FP：Fabry-Pero，法国物理学家法布里和珀 罗于1897 年发明光干涉仪 • 为了进一步提高激光发射效率，使用特别 薄的激活区，称为“量子阱” • FP激光器TO：全称是“TO封装多量子阱 FP 腔激光器” • 它是一种多纵模激光器，可以理解为多波 长
激光器和探测器
激光器和探测器
激光器和探测器
编写：师岩峰 shiyanfeng@
简介 • 激光器和光探测器是光通信器件和模块中 两个重要的组件 • 他们占用光器件和光模块大部分成本：器 件的70%或模块的30% • 他们的性能直接决定了光器件和光模块的 指标、性能和品质 • 掌握和了解激光器件和探测器的相关知识 ，有助于对产品的了解，帮助我们进行研 发、生产和品质管理。
Vcc
OUT+ 单PIN
OUT-
APD-雪崩光电二极管
• 为了得到更好的灵敏度，需要使用放大器将光电流 更大的放大，但是同时放大器会引入电路噪声。 • 如果光电探测器不用外界的放大器放大光电流，就 不会引入电路噪声。APD正是因此而设计 。 • APD采用特殊的PIN结构，对其施以反向的高电压（ 60V左右），使电子和空穴获得高能量，分离出更 多的电子和空穴，类似于雪崩的过程。 • APD的响应度在10到100，如：普通PIN-TIA 2.5G灵 敏度为-21dBm，APD可达-30dBm以下