光电检测技术第一章 光和光的传播特性及光调制原理.pptVIP

第二章 光和光的传播特性及光调制原理 1.1 光和光的传播特性 1.2 光强度调制 1.3 光相位调制 1.4 光偏振态调制 1.5 光频率与波长调制 1.1 光和光的传播特性 光的波粒二象性： 波动性：光的干涉、光的衍射 粒子性：光的发射、吸收，光电效应等 平面波 平面波 单色平面波 光偏振态 椭圆偏振光 线偏振光 圆偏振光 光的基本性质 牛顿——微粒说 根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振 波动理论 惠更斯、杨氏和费涅耳等 解释光的干涉和衍射现象 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波 光的基本性质 光量子说 1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论 1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念 光子的能量与光的频率成正比 光具有波粒二象性 光在光纤介质中的传播 光纤全反射原理 光纤的结构 光纤的应用 光纤的结构 光在光纤中的全反射 光缆的外形及光纤的拉制 光纤的类型 阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均 匀一致，称为多模光纤。 梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。 单孔型光纤 单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。 斯乃尔定理 光纤导光 光导纤维的主要参数 1. 数值孔径（NA） 2. 光纤模式 3. 传播损耗 1. 数值孔径（NA） 反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能。 意义：无论光源发射功率有多大，只有2θi张角之内的光功率能被光纤接受传播。 大的数值孔径：有利于耦合效率的提高。 但数值孔径太大，光信号畸变也越严重。 2. 光纤模式 光波沿光导纤维传播的途径和方式 在光导纤维中传播模式很多对信息的传输是不利的，导致合成信号的畸变，因此我们希望模式数量越少越好。 阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量表示为 3. 传播损耗 损耗原因：光纤纤芯材料的吸收、散射，光纤弯曲处的辐射损耗等的影响 光纤液位传感器 1.2 光强度调制 光强调制的基本方法 辐射式 如自动门、辐射式温度计 反射式 测距、表面检测 遮挡式 位置 透射式 成份分析 1. 辐射式 调制原理 利用测量与被测物理量对应的辐射（功率，光谱分布等）。 例如： 被测物的温度与其辐射量的对应关系。 被测物的温度、成分与其光谱分布的关系。 物体的位置或有无。 应用实例 自动门 　①检测元件原理 　　　光电检测元件　　热释电元件 　　　　不感受不变的辐射 　　②原理 报火警、侦查、跟踪、武器制导、地形地貌普查分析、光谱分析及太阳能利用等。 　　 2. 反射式激光测距、激光制导、主动式夜视仪、电视摄像、文字判读 ㈠　调制原理 被测参数引起入射光的反射来调制达到探测器的光强。  —— 反射光强是被测参数的函数。　　 　　　 对象对入射光的反射 　　　　位置检测 　　　　对象的有无（镜面反射） 　　　　对象表面状态（漫反射） 　　　 被测参数对入射光的影响 ㈡　对入射光的光强的要求 　　⒈　定性的方法对光强的精度要求较低。 　　⒉　定量的方法对光强的精度要求较严格。 　　　　应注意①入射光强的稳定（电源的稳定） ②测量方法 例：检测产品外观质量 设光电探测器的输出信号为： 3. 遮挡式 ㈠　调制原理 被测物体部分地或全部地遮挡或扫过入射到光电探测器的光束，引起光电探测器输出信号的变化。 利用定性的方法 是否到位 有无？ 已知物体的运动速度，测量长度（运动中） 元件运动中的计数 光电开关 定量： 遮挡面积 在光纤传感器中，光纤的耦合效率 设被测物体的宽度为b，物体遮挡光的位移量为 ，则物体遮挡入射光到光电探测器上的光的增量A为： ㈡　应用实例 ⒈光电测微计 ⒉光电投影尺寸检测仪 3.光电计数 4.光电测速 5.光电自动开关 6.防盗报警 4. 透射式 ㈠　调制原理 朗伯-比尔定律 α——介质的吸收系数 应用实例 检测液体或气体的浓度 检测透明薄膜的厚度和质量 检测透明容器的缺陷 测量胶片的密度 2.光的衍射改变光的相位 惠更斯-菲涅尔定理 菲涅尔半波带法 夫琅和费衍射和菲涅尔衍射 1.4 光偏振调制 原理