2020年深圳大学光学工程研究生考试复试历年考题题库大全-光学测量技术与应用(包含考题和解答)

第一章光学测量的基本知识。

光学测量系统的主要组成部分：常用光源、探测器与处理电路、调制方法等

任一测量系统组成部分：（被测对象）传感器信号调理数据显示与记录（观察者）

光学测量系统的基本组成部分:光源、被测对象与被测量、光信号的形成与获得、光信号的转换、信号或信息处理

光学测量的主要应用范围：①辐射度量和光度量的测量②非光物理量的测量③光电子器件与材料及光电子系统特性的测试

光学测量方法的优点:非接触性、高灵敏度、高精度

光学测量技术主要特点:非接触性、高灵敏度、三维性、快速性与实时性

技术现状（近代光学测量系统的主要特点）:①从主观光学发展为客观光学，用光电探测器取代，提高测量精度和与效率。②用激光光源来取代常规光源，获得方向性极好的实际光束。

③从光机结合的模式向光机电一体化的模式转换，实现测量与控制的一体化。

发展方向：1.亚微米级、纳米级的高精密光学测量方法将优先得到发展，利用新的物理学原理和光电子学原理产生的光学测量方法将不断出现2.以微细加工技术为基础的集成光学及其它微传感器将成为技术的主流方向3.3D测量技术取得突破，发展带存储功能的全场动态测量仪器4.发展闭环式光学测量技术，实现光学测量与控制的一体化5.发展光学诊断和光学无损检测，取代常规的无损检测方法

光学测量方法分类：相位检测、时间探测、谱探测、衍射法、图像探测、各种物理效应

方法选择依据：被测对象与被测量、测量范围、测量的灵敏度或精度、经济性、环境要求

光源选择的基本要求：①对光源发光光谱特性的要求②对光源发光强度的要求③对光源稳定性的要求

光源的分类：按光辐射来源不同，分为自然光源和人工光源。按工作原理不同，人工光源大致分为热光源，气体放电光源，固体光源和激光光源。

通常把能发出可见光的物体叫做光源，把能发出不可见光的物体叫做辐射源。

激光器：利用受激发射原理和激光腔的滤波效应。

主要特点:①有极小的光束发散角，方向性好和准直性好②激光的单色性好，或者说相干性好③功率密度很高

分类：按工作物质的不同分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器

半导体激光器优点：体积小、重量轻、寿命长、具有高的转换效率

光电探测器：把光辐射量转换为电量的光探测器。

光电探测器的物理效应：光子效应、光热效应

①光子效应：指单个光子对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。直接引起原子或分子内部电子状态的改变。响应速度一般比较快，光子效应分为外光电效应（光电发射效应）和内光电效应。内光电效应又分为光电导效应和光伏效应。

光电导效应: 若光照射到某些半导体材料上时。透过表面到达材料内部的光子能量足够大。某些电子吸收光子能量后从原来束缚态变成导电的自由态。这时在外电场的作用下，流过半导体的电流增大，即半导体的电导增大。这种现象叫光电导效应。

光生伏特效应: 光赵零偏pn结产生开路电压的效应。

光热效应: 探测元件吸收光辐射能量后，把吸收的光能变为晶格的热运动能量。

常用光电探测器：光电倍增管、光电导器件、光伏探测器（pin硅光电二极管、异质结光电二极管、雪崩光电二极管位置敏感探测器psd（横向结构式的psd 四象限光电二极管）光电三极管、热电探测器（测量辐射量）

CCD像传感器：功能：1.电荷的收集2.电荷的转移3.将电荷转换成可测量的电压值

优点：体积小、重量轻、较高的空间分辨率

应用领域：图像传感、信号处理、数字存储（资料是免费的，希望没人拿去再卖给别人）

噪声：测量系统中任何虚假的和不需要的信号统称为噪声（干扰有用信息，影响了测量系统的准确性和可靠性）

外部干扰噪声：可分为人为干扰（来自电器电子设备，如电磁干扰）和自然干扰（如自然光对光学测量的影响）。

内部噪声：可分为人为噪声（50Hz干扰和寄生反馈造成的自激干扰等）和固有噪声（由于系统各元器件中带电微粒不规则运动的起伏所造成的，如热噪声、散弹噪声）。

光学测量系统中的常用电路:前置放大器（将光电探测器接收到的微弱信号转换成电信号）、选频放大器（为突出信号和抑制噪声）、相敏检波器（抑制干扰和噪声）、相位检测器、鉴频器、积分微分运算器、锁相环及锁相放大器

调制:将直流信号转换为特定形式的交变信号

调制光信号的优点：1.减少自然光和杂散光对测量结果的影响2.消除光电探测器暗电流对检测结果的影响3.实现高精度的检测

光电信号调制的途径: 1.对光源发光进行（资料是免费的，希望没人拿去再卖给别人）调制2.对光电器件产生的光电流进行调制3.在光源与光电器件的途径中进行调制。

激光调制：把欲传输的信息加载到激光辐射的过程。激光起到携带低频信号的作用，称为载波。调制的激光称为已调制波或已调制光。

内调制：在激光振荡过程中加载调制信号

外调制：在激光形成后，再用调制信号对激光进行调制

机械调制法：利用物理光学原理实现的光调制技术。主要包括干涉原理，电光效应，磁光效应，声光效应。

电光调制，声光调制，磁光调制，光源直接调制。

第二章光干涉技术

光的干涉:在两个或多个光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分界的现象。（波动性的重要特征）

产生干涉的条件:频率相同，振动方向相同，相位差恒定。

补充条件:两叠加光波的光程差不超过光波的波列长度。

干涉条纹的对比度:表征了干涉场中某处条纹亮暗反差的程度。

影响干涉条纹对比度的主要因素:两相干光束的振幅比、光源的大小、光源的单色性

空间相干性:若通过光波场横方向上两点的光在空间相遇时能够发生干涉，则称通过空间这两点的光具有空间相干性。

时间相干性:若光源某一时刻发出的光在相干时间△t内，经过不同的路径相遇时能够产生干涉，称光的这种相干性为时间相干性。

相干时间:光通过相干长度所需的时间称为相干时间。