光电测试技术激光原理和技术
激光原理及其应用技术简介
激光原理及其应用技术简介物理系物理学专业09.2 刘娜摘要：激光（LASER）是上实际60年代发明的一种光源。
LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母缩写。
激光有很多特性：激光是单色的，或者说是单频的;激光是相干光;激光是高度集中的。
由于激光的这些特性以及经过30多年的发展，激光现在几乎是无处不在，它已经被用在生活、科研的方方面面。
关键词：激光激光原理激光的特性激光应用Principle of laser and its application technologyLiuna Class 2,Grade 2009 Physics Major Department of Physics Abstract: Laser (LASER) is a kind of light source on the actual 60's invention. LASER is the English "stimulated emission light amplification" acronym. Laser has many characteristics: laser monochromatic, or is the single frequency; laser is coherent light; laser is highly concentrated. Because of these characteristics of the laser and after 30 years of development, the laser is now almost everywhere, it has been used in every aspect of life, scientific research.Keyword: laser laser principle The characteristics of laser laser action；1 引言1960年，在光学发展史上发生了不寻常的事件：激光器——一种具有极高亮度和极好单色性的新型光源诞辰诞生了。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高度聚焦、具有高纯度、高单色性的光束的装置。
它的工作原理是通过将一些能量源输入到激光介质中，从而激发介质中的原子或分子跃迁到一个激发态，然后在受激辐射的影响下，将能量原子或分子从激发态跃迁到一个更低的能级，从而产生出高度聚焦、单色性良好的激光光束。
激光器可以应用于多个领域，下面将介绍一些典型的应用。
首先是激光器在医疗领域的应用。
激光可以用于低侵入性手术，如激光抛光、激光热凝固等，这些手术使用激光器可以减少创伤和出血，使手术更加安全和有效。
此外，激光还可以用于治疗皮肤病、眼科手术和癌症治疗等，因为激光可以精确地照射到目标组织，达到切除或破坏病变组织的目的。
其次是激光器在通信领域的应用。
激光可以用于光纤通信系统中的激光器发射端和接收端。
在激光器发射端，激光器产生的激光光束可以通过光纤传输数据，传输效率高、带宽大，可以满足高速数据传输的需求。
在激光器接收端，激光可以被光探测器接收并转换成电信号，进一步处理和传递。
激光器在光纤通信系统中发挥着非常重要的作用，是现代通信技术的关键。
另外，激光器还在制造业中有广泛的应用。
激光可以被用来切割、焊接、打孔、打标等。
比如，激光切割可以通过将高能量密度的激光束直接照射在材料上，使材料熔化、汽化，从而实现切割。
此外，激光打标可以将图案或文字刻在各种材料上，广泛应用于包装、饰品、汽车零配件等制造行业。
此外，激光器还应用于测距、测速、光谱分析等领域。
激光测距原理是通过发送激光脉冲并测量其返回时间来计算出物体与激光器的距离，被广泛应用于测绘、地质勘探、机械制造等领域。
激光测速原理是通过测量激光光束的多普勒频移来计算速度，被广泛应用于交通违章监控、车辆测速等。
激光光谱分析可以通过测量物质吸收、发射或散射激光光束的方式，获得物质的化学成分、构造和性质。
总的来说，激光器作为一种具有特殊光学特性的光源，被广泛应用于医疗、通信、制造业和科学研究等领域。
激光的工作原理
激光的工作原理激光，全称为“光电子激光”，是一种具有高度相干性和高能量密度的特殊光线。
激光的工作原理是基于光的受激辐射过程和共振辐射过程。
激光的产生主要依赖于激光器，激光器是一种能够产生激光的装置，它能够将其他形式的能量转化为激光能量。
激光的工作原理主要包括三个基本过程，受激辐射、自发辐射和吸收辐射。
首先，当激光介质受到外界能量激发时，原子或分子的电子跃迁至高能级，形成激发态。
接着，当处于激发态的原子或分子受到外界的激发光子的作用时，它们会发生受激辐射，释放出与激发光子完全一致的光子，这些光子具有相同的频率、相位和方向，从而形成了相干光。
最后，激光介质中的原子或分子在外界条件下发生自发辐射和吸收辐射，使得激光器中的光子数保持在一个稳定的水平，从而保持激光的输出。
激光的工作原理还与激光器的结构和工作方式密切相关。
常见的激光器包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。
其中，气体激光器利用气体放电或化学能转换为光能，固体激光器利用固体材料的能级结构来实现激光输出，而半导体激光器则是利用半导体材料的载流子复合过程来产生激光。
除了激光器的结构和工作方式，激光的工作原理还与激光的放大过程密切相关。
激光的放大是通过光的受激辐射过程实现的，当激光通过增益介质时，受激辐射会使得激光的能量逐渐增加，从而实现激光的放大。
放大过程还需要通过光学腔来实现光的反射和增益介质的激发，以保证激光的输出。
总的来说，激光的工作原理是基于光的受激辐射过程和共振辐射过程，通过激光器、激光的放大过程和光学腔等装置来实现。
激光具有高度相干性和高能量密度的特点，因此在医疗、通信、材料加工等领域有着广泛的应用前景。
对激光的工作原理有深入的理解，有助于更好地应用和发展激光技术。
激光测量技术总结
激光测量技术第一章 激光原理与技术1、简并度：同一能级对应的不同的电子运动状态的数目；简并能级：电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级，这样的能级叫 简并能级2、泵浦方式：光泵浦，电泵浦，化学泵浦，热泵浦3、激光产生三要素：泵浦，增益介质，谐振腔阀值条件:光在谐振腔来回往返一次所获得光增益必须大于或者等于所遭受的各种 损耗之和.4、He-Ne 激光器的三种结构：【主要结构：激光管（放电管，电极，光学谐振腔）+电源+光学元件】 1）内腔式；2）外腔式；3）半内腔式5、激光器分类：1）工作波段：远红外、红外激光器；可见光激光器；紫外、真空紫外激光器；X 光激光器2）运转方式：连续激光器；脉冲激光器；超短脉冲激光器6、激光的基本物理性质：1）激光的方向性。
不同类型激光器的方向性差别很大，与增益介质的方向性及均匀性、谐振腔的类型及腔长和激光器的工作状态有关。
气体激光器的增益介质有良好的均匀性，且腔长大，方向性 ，最好！例1：对于直径3mm 腔镜的632.8nmHe-Ne 激光器输出光束，近衍射极限光束发散角为2）激光的高亮度。
3）单色性。
激光的频率受以下条件影响：能级分裂；腔长变化←泵浦、温度、振动4）相干性：时间相干性(同地异时)：同一光源的光经过不同的路径到达同一位置，尚能发生干涉，其经过的时间差τc 称为相干时间。
相干长度： 例 : He-Ne laser 的线宽和波长比值为10-7求Michelson 干涉仪的最大测量长度是多少？ 解： ，最大测量长度为Lmax=Lc/2=3.164m 。
空间相干性（同时异地）：同一时间，由空间不同的点发出的光波的相干性。
7、相邻两个纵模频率的间隔为谐振腔的作用：（1）提供正反馈；（2）选择激光的方向性；（3）提高激光的单色性。
例 设He-Ne 激光器腔长L 分别为0.30m 、1.0m,气体折射率n~1,试求纵模频率间隔各为多少?8、激光的横模：光场在横向不同的稳定分布，激光模式一般用TEMmnq 表示原因：激活介质的不均匀性，或谐振腔内插入元件（如布儒斯特窗）破坏了腔的旋转对称性。
光电技术期末总结
光电技术期末总结光电技术，顾名思义是通过光和电的相互作用来实现各种功能的技术。
光电技术广泛应用于通信、显示、能源、生物医学等领域，已经成为了现代社会发展不可或缺的一部分。
本文将对光电技术的原理、应用以及未来发展进行总结。
一、光电技术的原理光电技术实质上是光和电的相互转换。
光是一种电磁波，它具有波粒二象性，既可以看作是由粒子组成的光子流，也可以看作是由电场和磁场构成的电磁波。
而电则是由电子流组成的电流。
光电技术的核心在于通过材料的光电效应或半导体的光电效应将光能转化为电能，或者将电能转化为光能。
光电技术的原理有多种，其中最常见的是光电效应。
光电效应指的是当光照射到金属或半导体表面时，光子与物质相互作用产生电子的现象。
根据光电效应的不同，可以将光电技术分为光电导技术、光电堆技术和光电传感技术等。
二、光电技术的应用光电技术在各个领域都有广泛的应用。
以下将对光电技术在通信、显示、能源和生物医学四个领域中的应用进行简要介绍。
1. 光电技术在通信领域的应用光电技术在通信领域的应用主要体现在光纤通信中。
光纤通信采用光的传输方式，具有大带宽、低损耗、长传输距离等优势，广泛应用于互联网、电视、电话等领域。
光纤通信是将光信号转换为电信号再进行传输和处理的过程，其中光电转换器件起到了至关重要的作用。
2. 光电技术在显示领域的应用光电技术在显示领域的应用主要体现在液晶显示器和有机发光二极管（OLED）显示器中。
液晶显示器通过光电效应将电信号转化为光信号，实现图像的显示。
OLED显示器则是利用有机材料的电致发光特性将电信号转化为光信号，具有极高的色彩还原度和对比度，逐渐替代了液晶显示器成为主流的显示技术。
3. 光电技术在能源领域的应用光电技术在能源领域的应用主要体现在太阳能的利用上。
利用光电效应，太阳能可以转化为电能。
光电技术通过太阳能电池板将光能转化为电能，用于供电等用途。
太阳能电池板具有高效、可再生、环保等优势，是未来可持续能源的重要组成部分。
光电计量与测试技术
提高光电计量与测试技术的精度和稳定性，满足高精度和 高可靠性的需求
光电计量与测试技术的发展趋势：高精度、高稳定性、高可靠性
提高精度和稳定性的方法：采用先进的传感器、信号处理算法、校准技术等
挑战：如何满足高精度和高可靠性的需求，同时降低成本和功耗
光电信号的放大：通过放大器将微弱的电信号放大
光电信号的滤波：通过滤波器去除噪声和干扰
光电信号的转换：通过ADC将模拟电信号转换为数字信号
光电信号的处理：通过DSP或FPGA对数字信号进行处理 和分析
光电信号的显示：通过显示器将处理后的信号显示出来
光电计量与测试的精度和误差分析
光电计量与测试技术的原理：利 用光电效应进行测量
应用领域：拓展 光电计量与测试 技术的应用领域， 如医疗、环保、 航天等
感谢观看
汇报人：
光电计量与测试技术是利用光电效应进行测量和测试的技术。
光电计量与测试技术包括光电转换、光电检测、光电信号处理等方 面。
光电计量与测试技术广泛应用于各种光电子器件、光电子系统、光电 子设备的性能测试和评价。
光电计量与测试技术是光电子技术领域的重要组成部分，对于光电 子技术的发展具有重要意义。
光电计量与测试技术的应用领域
红外成像等
红外光计量与 测试技术的发 展趋势：高精 度、小型化、
智能化等
紫外光计量与测试技术
紫外光计量与测试技术的定义和原理 紫外光计量与测试技术的应用领域 紫外光计量与测试技术的优缺点 紫外光计量与测试技术的发展趋势和挑战
X射线计量与测试技术
X射线计量与测试技术的 定义和原理
X射线计量与测试技术的 应用领域
光电检测原理与技术知到章节答案智慧树2023年内蒙古大学
光电检测原理与技术知到章节测试答案智慧树2023年最新内蒙古大学第一章测试1.以下属于光电检测仪器的有（）。
参考答案:光敏电阻2.光电检测系统的组成包括（）。
参考答案:光电探测器;光电检测电路;光源;光学系统3.以下属于光电检测技术的特点的有（）。
参考答案:寿命长;速度快;距离远;精度高4.光电检测技术是对待测光学量或由非光学待测物理量转换成光学量，通过光电转换和电路处理的方法进行检测的技术。
（）参考答案:对5.半导体激光器在激光外径扫描仪中起到提供光源的作用。
（）参考答案:对第二章测试1.可见光的波长范围是（）。
参考答案:380 nm～780 nm2.半导体对光的吸收种类不包括（）。
参考答案:电子吸收3.荧光灯的光谱功率谱是（）。
参考答案:复合光谱4.激光器的发光原理是（）。
参考答案:受激辐射5.视角分辨率的单位通常为（）。
参考答案:lpi6.光调制包括（）。
参考答案:PM;AM;FM7.电光效应反映介质折射率与电场强度可能呈（）。
参考答案:平方关系;线性关系8.大气散射包括（）。
参考答案:瑞利散射;无规则散射;米氏散射9.光纤损耗包括（）。
参考答案:吸收损耗;散射损耗10.参考答案:1.63 lm和5.22×105 cd第三章测试1.以下主要利用光电子发射效应的光电器件有（）。
参考答案:光电倍增管;真空光电管2.可用作光敏电阻的主要材料包括有（）。
参考答案:有机材料;半导体;金属;高分子材料3.以下主要利用光伏效应的光电器件有（）。
参考答案:CIGS电池4.以下属于声光调制晶体的有（）。
参考答案:PbMoO5.以下效应可用于普朗克常量测量的是（）。
参考答案:光电效应6.光伏探测器处于光电导工作模式，其外加偏压为正向偏压。
（）参考答案:错7.光敏电阻的电阻温度系数可正可负。
（）参考答案:对8.光电导探测器的工作原理是多子导电。
（）参考答案:对9.光电倍增管的阳极灵敏度和阴极灵敏度之比是电流增益。
CSY10L型激光多功能光电测试系统概要
CSY10L型激光多功能光电测试系统在激光光电教学实验仪器中，CSY10L为全国首创，它将激光在近代测试技术中成功应用的范例，结合光电方法以教学实验的方法进行演示，实验内容新颖科学，使实验者能充分了解和掌握现代激光光电测试技术得主要原理和方法。
系统配置：激光系统；复用光学系统；CCD图像系统；A／D卡；视频卡；光纤传感系统；计算机实验软件主要实验内容：一、光散斑测试实验1、光散斑的性质及测量方法2、面内位移及离面位移的散斑测量3、速度及振动的散斑测量4、散斑编码及图像处理方法二、激光干涉测量1、三维面型的全场干涉测量及计算2、精密位移两的干涉测量方法3、数字干涉测量方法及其他干涉方法三、激光衍射计量技术1、精密狭缝缝宽的衍射测量2、巴俾特原理及细丝直径测量3、变形的全场衍射测量四、激光共焦三维测量1、三维型貌的共焦测量2、共焦显微镜的测量原理及相关技术实验五、纳米测量系统及演示实验1、利用笔束激光的干涉实现纳米测量的原理演示2、位移的纳米级测量方法3、微弱振动的纳米测量六、光学傅立叶变换及图像处理方法1、常用函数及图形的傅立叶变换2、图形的滤波、增强及像质改善七、光纤传感技术1、光纤单元技术：光源（LD）、耦合器、分束器、光纤接头2、SM光纤、PM光纤的原理和性能演示3、光纤传感—光线干涉传感系统实验4、光纤格林－台曼干涉系统实验5、光纤马赫－任德系统或光纤FP系统6、光纤传感－精密温度测试7、光线传感－压力标定温度8、仪器尺寸720×600×300mm，重量70kgCSY－10L激光多功能光电测试系统实验仪（Laser Universal Opto-Eletro Testing Systems）是在系列传感器实验系统的基础上发展的新型光电测试实验系统，用于仪器科学，计量测试专业，自动控制专业以及物理专业等课程教学。
其特点是实验内容新颖，技术先进，功能多样。
通过实验指导书提供的数十种实验，能完成包括激光、散斑、衍射、光电、共焦、光纤、纳米、图像等多种先进测试技术的实验，给学习者了解和掌握现代光学测试技术中的一些主要原理及方法建立基础，达到实验者今后在应用中做到举一反三的目的。
基于激光干涉测试技术的表面形貌分析研究
基于激光干涉测试技术的表面形貌分析研究近年来，随着科学技术的不断发展，人们对于表面形貌分析的研究不断深入。
而基于激光干涉测试技术的表面形貌分析技术，因其高精度、高分辨率、高稳定性等特点，已经逐渐成为表面形貌分析方面的一种重要手段。
本文主要讨论如何基于激光干涉测试技术进行表面形貌分析研究。
一、激光干涉测试技术的基本原理激光干涉测试是通过利用激光光学的干涉原理，来对物体表面形貌进行高精度的测量。
首先，将激光光源经过分光器进行分光，形成两束平行的光线。
其中一束经过反射镜反射到物体表面上，另一束则照射到参考镜上。
由于两束光线路径长度差异的存在，使得两束光线到达干涉面时会发生干涉现象。
通过干涉光的强度分布，可以获得物体表面的形貌信息。
一般采用相位移转换技术来提高测量精度。
二、激光干涉测试技术在表面形貌分析中的应用1. 光学元件的表面形貌测量激光干涉测试技术可用于光学元件的表面形貌测量，包括镜片、棱镜、透镜等。
通过不同的反射镜和透镜的组合，可获得物体表面的不同形貌信息，进而用于提高光学元件的制作精度和光学性能。
2. 电子芯片的表面形貌测量激光干涉测试技术可用于电子芯片的表面形貌测量。
电子芯片表面的形貌及粗糙度对芯片性能影响很大，而干涉测量技术可实现对芯片表面的三维测量，包括芯片尺寸、平整度、平坦度等参数。
这些参数的测量结果对于芯片制造和质量控制非常重要。
3. 材料薄膜的表面形貌测量针对材料薄膜的表面形貌测量而言，激光干涉测试技术也有着广泛的应用。
通过测量薄膜表面的波前高度分布和厚度分布，可以得到薄膜材料的质量、粗糙度等重要参数。
4. 机械零件的表面形貌测量除此之外，激光干涉测试技术还可以用于机械零件的表面形貌测量。
这些零件的表面形貌信息直接关系到所使用的机械设备的性能。
因此对于机械零件的形貌信息的快速、准确测量，也成为激光干涉测试技术得以广泛应用的原因之一。
三、激光干涉测试技术的发展与未来趋势随着计算机技术和光电技术的快速发展，激光干涉测试技术的精度、稳定性和测量速度不断提升。
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 =。
简答题——光电检测技术期末整理
简答题——光电检测技术期末整理1雪崩光电⼆极管的⼯作原理（当光敏⼆极管的PN结上加相当⼤的反向偏压（100~200V）时，在结区产⽣⼀个很强的电场，使进⼊场区的光⽣载流⼦获得⾜够的能量，在与原⼦碰撞时可使原⼦电离，⽽产⽣新的电⼦—空⽳对。
只要电场⾜够强，此过程就将继续下去，使PN结内电流急剧增加，达到载流⼦的雪崩倍增，这种现象称为雪崩倍增效应。
）2、光⽣伏特效应与光电导效应的区别和联系？（共性：同属于内光电效应。
区别：光⽣伏特效应是少数载流⼦导电的光电效应，⽽光电导效应是多数载流⼦导电的光电效应。
）什么是敏感器？敏感器与传感器的区别和联系？（将被测⾮电量转换为可⽤⾮电量的器件。
共性：对被测⾮电量进⾏转换。
区别：敏感器是把被测量转换为可⽤⾮电量，传感器是把被测⾮电量转换为电量）发光⼆极管的⼯作原理。
（在PN结附近，N型材料中的多数载流⼦是电⼦，P型材料中的多数载流⼦是空⽳，PN结上未加电压时构成⼀定的势垒，当加上正向偏压时，在外电场作⽤下，P区的空⽳和N区的电⼦就向对⽅扩散运动，构成少数载流⼦的注⼊，从⽽在PN结附近产⽣导带电⼦和价带空⽳的复合。
⼀个电⼦和⼀个空⽳对每⼀次复合，将释放出与材料性质有关的⼀定复合能量，这个能量会以热能、光能、或部分热能和部分光能的形式辐射出来。
说明光⼦器件与热电器件的特点。
PIN型的光电⼆极管的结构、⼯作原理及特点（它的结构分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I层，它是⽤⾼阻N型硅⽚做I层，然后把它的两⾯抛光，再在两⾯分别作N+和P+杂质扩散，在两⾯制成欧姆接触⽽得到PIN光电⼆极管。
原理：层很厚，对光的吸收系数很⼩，⼊射光很容易进⼊材料内部被充分吸收⽽产⽣⼤量的电⼦-空⽳对，因⽽⼤幅度提供了光电转换效率，从⽽使灵敏度得以很⾼。
两侧P 层和N层很薄，吸收⼊射光的⽐例很⼩，I层⼏乎占据整个耗尽层，因⽽光⽣电流中漂移分量占⽀配地位，从⽽⼤⼤提⾼了响应速度。
光电检测
第1章概述光电检测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。
如用光电方法实现各种物理量的测量，微光、弱光测量，红外测量，光扫描、光跟踪测量，激光测量，光纤测量，图像测量等。
光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，他具有如下特点：（1）高精度。
光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种。
如用激光干涉法测量长度的精度可达0.05μm/m；光栅莫尔条纹法测角可达到；用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨力可达到1m。
（2）高速度。
光电测量以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，无疑用光学方法获取和传递信息是最快的。
（3）远距离、大量程。
光是最便于远距离粗寒痹的介质，尤其适用于遥控和遥测，如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。
（4）非接触测量。
光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。
（5）寿命长。
在理论上光波是永不磨损的，只要复现性做得好，可以永久的使用。
（6）具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。
用光电方法还便于信息的控制和存储，易于实现自动化，，易于与计算机连接，易于实现只能化。
光电测试技术是现代科学、国家现代化建设和人民生活中不可缺少的新技术，是机、光、电、计算机相结合的新技术，是最具有潜力的信息技术之一。
1.1本课题的前景与意义随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。
传统的报警器通常采用触摸式、开关报警器等。
这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点。
而且安全性能也不是很好。
光电报警就很好的改善了这些方面。
如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域本实验的设计借助于模拟电路和数字逻辑电路，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。
十章光电检测技术的典型应用
二、取样积分器（Boxcar平均器） 利用取样＆平均化技术测定深埋在噪声中的周期性信
号的测量装置。根据被测信号的形式可分为稳态＆ 扫描测量方式。其中扫描测量方式见下页。 1、运行步骤： 利用检测光脉冲的激励源取得＆输入光脉冲同步的 触发信号； 利用门延时＆门脉冲宽度控制单元形成与触发脉冲 具有恒定时延或时延与时间成线性关系的可调脉宽 取样脉冲串； 取样脉冲控制取样开关对连续的周期性变化信号进 行扫描取样； 积分器对取样信号进行多次线性累加，经过滤波后 获得输出信号。
（2）波带板：根据菲涅耳衍射原理设计，透光带或 遮光带边缘具有很高的位置精度，且透光部分有很 好的透光性能，常为圆形波带板。通常利用电化学 工业在金属薄板上形成透光孔而得到波带板图案。
（3）光电接收装置：具有很高放大倍率的电子线路， 一般采用调制光源以及相应的带有选频放大的光电 接收装置。
自
动
准
直
间频率光分布的传输函数； 相位传递函数（PTF）：表示系统对不同空
间频率光分布的相位推移； 光学传递函数（OTF）：表征滤波器对其中
的光学信息进行滤波变换的能力。
2、测量OTF的基本环节：
光学目标发生器：以典型激励图形为单元， 组成空间变化的物面标准图形。通过合适的 光路投射到被测系统上作为理想的物函数；
效率 0.3% 1% 1%
导热值 好 不好 较好
稳定值 较好 次之 次之
四种调Q方法的比较
调Q方法
优点
缺点
马达 （转镜）
调Q
饱和吸 收染料
调Q
简便可靠 简单经济
开关速度慢；脉冲宽；电 机噪声大；寿命短。
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，
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"for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in
光 子 具 有 运 动 质 量 ， 但 是 静 止 质 量 为 零 ；
(3)、 Pmn0 c2 h •2 n0 k；
(4)、光子具有两种可能的独立偏振态，对应 于光波场的两个独立偏振方向；
(5)、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数， 是玻色子。（电子的自旋量子数 1，2是费 米子。）
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2.光子的相干性和光子简并度
新事物登上了历史舞台。
– 1960年5月，休斯实验室的Maiman和Lamb共同研制的 红宝石激光器发出了694.3nm的红色激光，这是公认的 世界上第一台激光器。
绪论之激光发展史
– 1960年年中，IBM实验室利用CaF2中的三价铀制成了第一台 四能级固体激光器；
– 1960年12月，Bell实验室的Javan，Bennett和Herriott制成了 第一台氦氖气体激光器；
激光原理和技术简介
1
绪论之激光发展史
– 1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受激辐射， 这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢原子光谱研究方 面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖；
"for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum"
– 更小
• 各种工业指示、标记、探测 用的半导体激光器或者半导 体泵浦固体激光器向着小型 化方向发展；
绪论之激光发展现状
–更集成 各种通信用 的激光模块， 往往包含十几 个甚至几十个 半导体激光器， 并且集成了调 制、功率检测、 温度监测等功 能模块。
绪论之激光发展现状
– 更快
• 更高的调制频率：GHz； • 更短的脉冲宽度：飞秒激光器(FemtoSecond Laser)；
– 1962年，GaAs半导体激光器； – 1963年，液体激光器； – 1964年，CO2激光器； – 1964年，离子激光器；
– 1964年，Nd：YAG固体激光器； – 1965年，HCl化学激光器； – 1966年，生物染料激光器；
– 从1917年爱因斯坦提出受激辐射的概念到1960年第一台激光 器诞生，其间用了近半个世纪，而实际上却没有太多理论上 的突破，为什么激光器没有早半个世纪诞生？
绪论之激光发展现状
• 发展
– 更大
• 为了进行高能物理、 热核聚变等方面的 研究工作，激光器 产生的能量密度和 功率不断提高。
• 现在世界上功率最 大的激光器是美国 的国家点火工程 （NIF）中使用的 NOVA激光系统， 其峰值功率达到 1.3PW（1015W）， 该系统有望在今年 投入使用。
绪论之激光发展现状
• 半经典理论（Semiclassical Laser Theory）
– 电磁场－麦克斯韦方程组；原子－量子力学描述
• 量子理论（Quantum Laser Theory）
– 电磁场和原子——二者作为一个统一的物理体系作量 子化处理
• 速率方程理论（Rate Equation Theory）
– 量子理论的简化形式，忽略光子的相位特性和光子数 的起伏特性
atoms"
绪论之激光发展史
– 1951年,Townes提出受激辐射微波放大，即MASER的概 念。
– 1954年，第一台氨分子Maser建成，首次实现了粒子数 反转，其主要作用是放大无线电信号，以便研究宇宙 背景辐射。Townes由于在受激辐射放大方面的成就获 得1964年诺贝尔物理学奖。
"for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to
激光原理和技术简介
1.光子的基本特性
爱因斯坦根据光电效应实验并结合普朗克 能量子假说，提出了光量子理论：
光是一种以光速c运动的光子流，光子和 其它基本粒子一样，具有能量、动量和质量。 它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动 属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：
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((12))、 、 E m hcE 22h h c2 , ；
光的相干性：在不同的空间点上、不同时刻的光波场
的某些特性的相关性
相干体积：
Vc Ac Lc或 Vc Ac c c 式 中 ， c为 真 空 中 的 光 速 ； c =Lc / c是 光 沿 传 播 方 向 通 过
相 干 长 度 Lc所 需 要 的 时 间 ， 称 为 相 干 时 间 。 可以证明：
– 更多样化
• 多样化的泵浦方式：光泵浦、电泵浦、化学能泵浦、 热泵浦等、磁泵浦；
• 多样化的工作物质：固体（Nd：YAG）、气体 （He-Ne、CO2）、液体、染料、半导体、自由电
子等；
绪论之激光理论体系
• 经典理论（Classical Laser Theory）
– 电磁场－麦克斯韦方程组；原子－电偶极振子
the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser
principle"
绪论之激光发展史
• 突破
– 1958年Schawlow和Townes在Phy. Rev. 上发表论文 “Infrared and Optical Maser”，标志着激光作为一种
Vc=（）2c Nhomakorabeac3
2 ( )2
光子简并度n :处于同一光子态的光子数目。
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二、 光辐射的量子理论基础
1、三种跃迁
绪论之激光发展现状
• 激光器的严格理论是建立在量子电动力学 基础上的量子理论，在原则上可以描述激 光器的全部特性；
• 不同近似程度的理论用来描述激光器的不 同层次的特性，每种近似理论都揭示出激 光器的某些特性，因此可以根据具体应用 选择合适的近似理论；
• 本课程主要用到的理论是经典理论和速率 方程。