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光电检测技术 文 侨 E-mail: wenqiao@szu.edu.cn 深圳大学光电工程学院345房间 * 什么是光电检测？ 检测是意义更为广泛的测量 测量、测试和检测 测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 测试：测量和试验 检测：信号检出与测量 被测量 光电变换 所需信息 光学量 电学量 光电检测 * 检测系统的构成 信息获取 转换 显示和处理 （信号检出部分） （信号变换部分） （分析处理部分、通信接口及总线） 光电变换 * 光纤 光纤之父——高锟 《光电检测》课程地位 光电技术的主要领域： 通信 海底光缆及洲际通信网 * 《光电检测》课程地位 光电技术的主要领域： 通信 显示 各种显示器 * 《光电检测》课程地位 光电技术的主要领域： 通信 显示 能源 惯性约束聚变（ICF）装置图 惯性约束聚变（ICF）原理图 太阳能电池 * 《光电检测》课程地位 光电技术的主要领域： 通信 显示 能源 工业 激光切割 光刻机 * 《光电检测》课程地位 光电技术的主要领域： 通信 显示 能源 工业 检测 光电检测是较为成熟的光电应用领域！ 在光电检测等领域中光学技术是核心技术！ 激光惯性导航系统核心部件 * 光——电磁波 包含信息： 振幅、频率 、相位、时间 强度 视觉测量 可转化为如下测量量： 频率差 激光陀螺 * 光——电磁波（继） 相位差(要求单色性好) 长度引起的相位差 折射率引起相位差 可转化为如下测量量： 时间差 激光脉冲测距仪、激光雷达(T=L/c) 地月距离384,401km 地球 月球 * 光——电磁波（继） 偏振方向 旋光计—测量糖溶液的浓度 可转化为如下测量量： 旋光物质 椭偏仪 测薄膜最精准办法,比干涉法高1-2个数量级，可测1nm厚薄膜. * 为什么选择光？ 波长范围合适 探测工具的尺寸要近似或小于被探测物 光波10-9~10-4m,可见350nm~700nm 人类较早接触和掌握光知识 墨子（B.C?468、透镜） 牛顿（AD1600s）、惠更斯、爱因斯坦 有合适的理想光源 激光 * 为什么使用光电检测？ 高灵敏度、精度高（激光干涉测长度精度50nm/m） 波长为几百纳米数量级 光波的波动性（干涉、衍射） 非接触、无损 远距离、大量程 高速 光束传播速度快 可并行处理 实时、可在线检测 光电检测具有如下特点： * 光电检测用来干什么？ 1．辐射度量和光度量的检测 光强度计、光亮度计、辐射计、以及光测高温计和辐射测温仪 3．光学材料、元件及系统特性的检测 4．非光物理量的光电检测 2．光电元器件特性的检测 光谱特性、光灵敏度、亮度增益 材料、元件的光谱特性；光学系统的调制传递函数； 大倍率的减光片 --- 应用最广、发展最快、最为活跃的应用领域 光电检测技术的应用： 光学量或可转换为光学量的待测量均可利用光电检测技术来检测 * 光电检测的方法分类 光强型、频率型、相位型、脉冲型、偏振型 1、根据光信息携带物理量的方式不同 2、根据所应用的光学现象不同 衍射法、干涉法、全息法、散斑检测法、光谱检测法 莫尔条纹法、光扫描法等 3、根据基本原理不同 直接测量法、差动测量法、补偿测量法 间接测量法 * 差动测量法与补偿测量法 PD：光照强度↑反向电流↑ 差动法与补偿法的区别： 1、检出信号方式不同 2、非平衡比较与平衡比较 优点：抗干扰能力强 * 在实际工作中真值常常是未知的！ 测量误差理论 测量误差：测量所得数值与被测量的真实值之间的差异 绝对误差： 相对误差： 准确度与误差 测定值X与真值T相接 近的程度称为准确度 精密度与偏差 一组平行测定结果相互 接近的程度称为精密度 (一) 偏差、平均偏差和相对平均偏差 （二）标准偏差和相对标准偏差 统计学证明，在一组平行测定值中，平均值是 最可信赖的，因此人们常用平均值表示测定结果。 * 偏差 (一) 个体偏差、平均偏差和相对平均偏差 个体偏差：各单次测定值与平均值之差　　　　　　 平均偏差：个别测定偏差的绝对值加和除以测量次数 相对平均偏差： 平均偏差和相对平均偏差由于取了绝对值因而都是正值 (i=1, 2, 3,….n); * 在一系列测定值中，偏差小的值总是占多数，这样计算平均偏差时会使所得的结果偏小，大偏差值得不到充分的反映 偏差 （二）标准偏差和相对标准偏差 相对标准偏差(也称为变异系数)Sr或RSD： 标准偏差S: 测量中广泛使用 * 例题： 用激光测距法测量两位置之间的距离，两组测量值(cm)分别如下 10.3，9.8，9.6，10.2，10.1，10.4，10.0，9.7，10.2，9.7 10.0，10.1，9.3，10