光源和光探測(cè)器

1、關(guān)于光源和光探測(cè)器現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共48頁輻射度量與光度量對(duì)照表輻射度量與光度量對(duì)照表現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共48頁光電儀器中的常用光源光電儀器中的常用光源光源光源熱輻射光源熱輻射光源太陽、白熾燈、鹵鎢燈太陽、白熾燈、鹵鎢燈、黑體輻射器、黑體輻射器氣體放電光源氣體放電光源汞燈、熒光燈、氙燈、空心陰極燈汞燈、熒光燈、氙燈、空心陰極燈固體發(fā)光光源固體發(fā)光光源場(chǎng)致發(fā)光燈、場(chǎng)致發(fā)光燈、發(fā)光二極管發(fā)光二極管激光器激光器氣體激光器氣體激光器固體激光器固體激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共48頁瑞利瑞利-瓊斯瓊斯T=1646k),(0TM實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)維恩理論值維恩理論值瑞利瑞利-瓊斯瓊斯普朗

2、克理論值普朗克理論值現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共48頁3. 從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率頻率 成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋：愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋：2. 2. 電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出，電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出， 所以無須時(shí)間的累積。所以無須時(shí)間的累積。1. 1. 光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多，釋放的光電子也越多，光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多，釋放的光電子也越多， - - - 所以所以 ，光電流也越大。，光電流也越大。4.4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得到從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得到 紅限頻

3、率：紅限頻率：hA 0Amvhm221現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共48頁康普頓散射的康普頓散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與光的波動(dòng)說相矛盾實(shí)驗(yàn)結(jié)果與光的波動(dòng)說相矛盾電子作受迫振動(dòng)電子作受迫振動(dòng)輻射頻率不會(huì)發(fā)生變化輻射頻率不會(huì)發(fā)生變化與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾光是電磁波光是電磁波2 2、光子理論解釋、光子理論解釋 (2) (2)光子與實(shí)物粒子一樣，能與電子等粒子作彈性碰撞。光子與實(shí)物粒子一樣，能與電子等粒子作彈性碰撞。(1)(1)X X 射線由射線由 的光子組成；的光子組成；h現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共48頁光的本性光的本性 光在被物質(zhì)發(fā)射和接收時(shí)表現(xiàn)為粒子；光在被物質(zhì)發(fā)射和接收時(shí)表現(xiàn)為粒子； 在空間傳播時(shí)只能用波

4、動(dòng)對(duì)它的行為作概在空間傳播時(shí)只能用波動(dòng)對(duì)它的行為作概率性的描述，談?wù)摴庾拥能壽E是沒有意義率性的描述，談?wù)摴庾拥能壽E是沒有意義的。的。 一旦光子被探測(cè)到，整個(gè)光波就立即坍縮一旦光子被探測(cè)到，整個(gè)光波就立即坍縮到一點(diǎn)，無論原來分布得多么廣闊。到一點(diǎn)，無論原來分布得多么廣闊?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共48頁光輻射探測(cè)器分類光輻射探測(cè)器分類光光輻輻射射探探測(cè)測(cè)器器光光電電探探測(cè)測(cè)器器真真空空光光電電器器件件光電管光電管光電倍增管光電倍增管真空攝像管真空攝像管變像管變像管像增強(qiáng)器像增強(qiáng)器固固體體光光電電器器件件光敏電阻光敏電阻光電池光電池光電二極管光電二極管光電三極管光電三極管光電耦合器光電耦合器位置傳感器

5、（位置傳感器（PSD）電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD）熱探測(cè)器熱探測(cè)器熱電偶和熱電堆熱電偶和熱電堆測(cè)熱輻射計(jì)測(cè)熱輻射計(jì)熱釋電探測(cè)器熱釋電探測(cè)器 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共48頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共48頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共48頁光電池光電池 光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-NP-N結(jié)受到光照后產(chǎn)結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見光作光源的光生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。電池是常用的光生伏特型器件。+-PN現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共48頁例例: :光電鼠標(biāo)就是利用光電鼠標(biāo)就是利用LEDLED與光敏晶體管組合來與光敏晶體管

6、組合來 測(cè)量位移。測(cè)量位移?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共48頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共48頁英國英國“風(fēng)箏風(fēng)箏”單兵武器微光瞄準(zhǔn)鏡單兵武器微光瞄準(zhǔn)鏡在在SA805.56毫米槍上使用。重不超毫米槍上使用。重不超過過1千克，弱月光下觀察距離千克，弱月光下觀察距離600米，在米，在星光下星光下400米。米。美國美國AN/PVS-5A微光夜視眼鏡微光夜視眼鏡它可在它可在200米內(nèi)發(fā)現(xiàn)人，在米內(nèi)發(fā)現(xiàn)人，在136米內(nèi)識(shí)別人，在米內(nèi)識(shí)別人，在565米內(nèi)發(fā)現(xiàn)坦克，在米內(nèi)發(fā)現(xiàn)坦克，在395米內(nèi)識(shí)別坦克。米內(nèi)識(shí)別坦克。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共48頁俄俄ISD-29芯片芯片科學(xué)級(jí)科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)相機(jī)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁

7、，共48頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共48頁醫(yī)學(xué)射線圖像醫(yī)學(xué)射線圖像X-Ray Imaging現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共48頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共48頁第五章第五章光的衍射光的衍射惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 波前上的每一點(diǎn)都可波前上的每一點(diǎn)都可看作是新的球面子波看作是新的球面子波源源, ,子波包絡(luò)面就是新子波包絡(luò)面就是新的波前的波前, ,空間某點(diǎn)的光空間某點(diǎn)的光振動(dòng)是這些子波的相振動(dòng)是這些子波的相干疊加干疊加. .dSrP.S現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共48頁菲涅耳衍射與菲涅耳衍射與夫朗和費(fèi)衍射的區(qū)別：夫朗和費(fèi)衍射的區(qū)別：1幾何位置幾何位置1 菲涅耳衍射或近場(chǎng)衍射菲涅耳衍射或近場(chǎng)衍射2 夫瑯

8、禾費(fèi)衍射或遠(yuǎn)場(chǎng)衍射夫瑯禾費(fèi)衍射或遠(yuǎn)場(chǎng)衍射 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共48頁菲涅耳衍射菲涅耳衍射夫朗和費(fèi)衍射夫朗和費(fèi)衍射菲涅耳近似中，使得相位中保留了菲涅耳近似中，使得相位中保留了x0和和y0的線性項(xiàng)和的線性項(xiàng)和二次項(xiàng)，實(shí)質(zhì)是傍軸條件下球面波的二次曲面近似，二次項(xiàng)，實(shí)質(zhì)是傍軸條件下球面波的二次曲面近似，該近似成立的區(qū)域稱為菲涅耳衍射區(qū)。該近似成立的區(qū)域稱為菲涅耳衍射區(qū)。菲涅耳近似條件下，進(jìn)一步增大菲涅耳近似條件下，進(jìn)一步增大z，由于進(jìn)一步，由于進(jìn)一步的遠(yuǎn)場(chǎng)近似，相位中保留了的遠(yuǎn)場(chǎng)近似，相位中保留了x0和和y0的線性項(xiàng)，的線性項(xiàng)，是球面波過渡到平面波。是球面波過渡到平面波。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共

9、48頁夫朗和費(fèi)單縫衍射圖樣特征夫朗和費(fèi)單縫衍射圖樣特征1主極大主極大2次極大高級(jí)衍射斑次極大高級(jí)衍射斑4線寬度線寬度3角寬度角寬度光源位置、縫寬、波長等參數(shù)光源位置、縫寬、波長等參數(shù)對(duì)衍射圖樣的影響對(duì)衍射圖樣的影響現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共48頁多縫衍射多縫衍射多縫衍射圖樣的主要特征多縫衍射圖樣的主要特征主極大位置和光強(qiáng)主極大位置和光強(qiáng)極小（零點(diǎn)）位置：極?。泓c(diǎn)）位置：mdsin )Nmmdsin（光學(xué)儀器的分辨率光學(xué)儀器的分辨率D22.1現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共48頁主極大的半角寬度主極大的半角寬度巴比涅原理巴比涅原理現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共48頁阿貝成像原理阿貝成像原理物是一系列不同

10、空間頻率的集合物是一系列不同空間頻率的集合.入射光經(jīng)物平面入射光經(jīng)物平面發(fā)生夫瑯和費(fèi)衍射發(fā)生夫瑯和費(fèi)衍射,在透鏡焦面（頻譜面）上形成一在透鏡焦面（頻譜面）上形成一系列衍射光斑系列衍射光斑,各衍射光斑發(fā)出的球面次波在相面上各衍射光斑發(fā)出的球面次波在相面上相干疊加相干疊加,形成像形成像.二元振幅濾波器，透射率是二元振幅濾波器，透射率是0或或1；低通濾波器，可濾掉高頻分量而保留低頻分量，低通濾波器，可濾掉高頻分量而保留低頻分量，濾掉高頻噪聲；濾掉高頻噪聲；高通濾波器邊框突出高通濾波器邊框突出帶通濾波器通過特定的頻率帶通濾波器通過特定的頻率現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共48頁全息照相與傳統(tǒng)照相的區(qū)別全息照

11、相與傳統(tǒng)照相的區(qū)別1基本原理基本原理2圖像特征圖像特征3存儲(chǔ)方式存儲(chǔ)方式4對(duì)光源的要求（具有較好的時(shí)間相干性和對(duì)光源的要求（具有較好的時(shí)間相干性和空間相干性）空間相干性）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共48頁第八章第八章光在各向異性介質(zhì)中的傳播光在各向異性介質(zhì)中的傳播 雙折射現(xiàn)象（雙折射現(xiàn)象（o光、光、e光的區(qū)別）光的區(qū)別）光e光o用惠更斯作圖法解釋光的雙折射現(xiàn)象用惠更斯作圖法解釋光的雙折射現(xiàn)象現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共48頁七種偏振態(tài)的檢驗(yàn)七種偏振態(tài)的檢驗(yàn)把檢偏器對(duì)著被檢光旋轉(zhuǎn)一周，若得到把檢偏器對(duì)著被檢光旋轉(zhuǎn)一周，若得到兩明兩零兩明兩零 光強(qiáng)不變光強(qiáng)不變 兩明兩暗兩明兩暗線線偏偏振振光光在光路中

12、插入在光路中插入1/41/4波片，波片，再旋轉(zhuǎn)檢偏器，若得再旋轉(zhuǎn)檢偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/41/4波片波片, ,并使光軸與檢并使光軸與檢得的暗方位相重合得的暗方位相重合, ,再旋轉(zhuǎn)檢偏器再旋轉(zhuǎn)檢偏器, ,若若兩明兩明兩零兩零則為則為光強(qiáng)光強(qiáng)不變不變則為則為兩明兩明兩暗兩暗則為則為圓圓偏偏光光自自然然光光自加自加然圓然圓光偏光偏 光光橢橢圓圓偏偏光光自加自加然線然線光偏光偏 光光自橢自橢然圓然圓光偏光偏加光加光兩明兩明兩零兩零則為則為兩明兩暗兩明兩暗但暗程度但暗程度與前不同與前不同則為則為兩明兩暗兩明兩暗但暗方位但暗方位與未插入與未插入1/4波片時(shí)波片時(shí)相同則為相同則為現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是

13、第二十八頁，共48頁起偏檢偏和偏振干涉的有關(guān)計(jì)算起偏檢偏和偏振干涉的有關(guān)計(jì)算磁致旋光物質(zhì)與天然旋光物質(zhì)有何區(qū)別，磁致旋光物質(zhì)與天然旋光物質(zhì)有何區(qū)別，光隔離器的原理。光隔離器的原理?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共48頁00yyxxzik00，）y（x2zikikzydx）ey(xEeie)(x，E0022zyt00E xx（ ） （ ）)(E(x)E）（0 xxzik0dxexC(x)E0taiksin2a2t0 x00E( )Cxedx（ ）sinx z現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共48頁asinasinsina）（ Csin0A)(E0AaCasin狹縫邊緣與中心的光狹縫邊緣與中心的光波在該點(diǎn)相位差波

14、在該點(diǎn)相位差20sin(）II 上式稱為單縫衍射的強(qiáng)度公式上式稱為單縫衍射的強(qiáng)度公式強(qiáng)度強(qiáng)度因子因子aiksin2a2t0 x00E( )Cxedx（ ）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共48頁DfS夫朗和費(fèi)單縫衍射裝置和現(xiàn)象夫朗和費(fèi)單縫衍射裝置和現(xiàn)象L1L2AEA：單縫：單縫E：屏幕：屏幕L1、 L2 透鏡透鏡a中央中央明紋明紋現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共48頁 線寬度線寬度中央亮紋的線寬度：中央亮紋的線寬度：af2f2ftg2x0 半半 第第K K級(jí)級(jí)次極大次極大條紋的線寬度：條紋的線寬度：affx 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共48頁S1S2I5.14D22.1現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共48頁多縫干涉

15、多縫干涉單縫衍射單縫衍射k=6k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=-6光柵衍射光柵衍射5.20現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共48頁例例:單縫夫瑯禾費(fèi)衍射中單縫夫瑯禾費(fèi)衍射中,若將縫寬若將縫寬a變窄變窄,會(huì)聚會(huì)聚透鏡沿透鏡沿y軸微小位移軸微小位移,討論屏幕討論屏幕C上的中央明紋上的中央明紋的變化的變化.解：由解：由 kasin取取1k第一級(jí)極小條件：第一級(jí)極小條件：sinasina縫寬縫寬a變窄，變窄，中央明紋對(duì)應(yīng)的角寬度變大。中央明紋對(duì)應(yīng)的角寬度變大。所以中央明紋變寬，同時(shí)上移。所以中央明紋變寬，同時(shí)上移?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共48頁axfPsina

16、P/現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共48頁例例. 在迎面駛來的汽車上，兩盞前燈相距在迎面駛來的汽車上，兩盞前燈相距1.2m。試問汽車離人多遠(yuǎn)的地方，眼睛才。試問汽車離人多遠(yuǎn)的地方，眼睛才可能分辨這兩盞前燈可能分辨這兩盞前燈?假設(shè)夜間人眼瞳孔直假設(shè)夜間人眼瞳孔直徑為徑為5.0mm，而入射光波長，而入射光波長 =550.0nm。解：解：d1.22=xl=d1.22=8.94103 (m) =xld1.221.2255010-9=510-31.2I*S1S20 Ldmin現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共48頁全息照相與傳統(tǒng)照相的區(qū)別全息照相與傳統(tǒng)照相的區(qū)別 成像原理不同（幾何共軛，光的干涉衍射成像原理不同（幾何

17、共軛，光的干涉衍射原理）原理） 對(duì)光源的要求不同（是否需要相干照明）對(duì)光源的要求不同（是否需要相干照明） 存儲(chǔ)原理不同（容量、信息特點(diǎn)）存儲(chǔ)原理不同（容量、信息特點(diǎn)） 圖象的特征（三維、二維）圖象的特征（三維、二維） 結(jié)構(gòu)幾何位置關(guān)系結(jié)構(gòu)幾何位置關(guān)系現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共48頁 8.1如果起偏振器和檢偏振器的偏振化方向之間的如果起偏振器和檢偏振器的偏振化方向之間的 夾角為夾角為300 (1)假定偏振片是理想的，則非偏振光假定偏振片是理想的，則非偏振光通過起偏振器和檢偏振器后，其出射光強(qiáng)通過起偏振器和檢偏振器后，其出射光強(qiáng)與原來光強(qiáng)之比是多少與原來光強(qiáng)之比是多少? (2)如果起偏振器和檢偏振

18、器分別吸收了如果起偏振器和檢偏振器分別吸收了10%的可通過光線，則出射光強(qiáng)與原來光強(qiáng)的可通過光線，則出射光強(qiáng)與原來光強(qiáng)之比是多少之比是多少? 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共48頁 (1)設(shè)自然光光強(qiáng)為設(shè)自然光光強(qiáng)為I0，通過第一偏振片，通過第一偏振片 后的光強(qiáng)為后的光強(qiáng)為cos2I=I21=cos2300I0=I21I0=21322=0.375II021=cos2300通過起偏器后的光強(qiáng)為：通過起偏器后的光強(qiáng)為：解：解： 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共48頁=0.304=cos2300II(110)121=cos2300I2I0(110)1=21I0I(110)1=21cos2300I02(110)1(2)考慮偏振片的吸收考慮偏振片的吸收 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共48頁8.2 圖中圖中P1和和P2是兩個(gè)偏振片。是兩個(gè)偏振片。C為四分之一為四分之一波片，其光軸與波片，其光軸與P1的偏振化方向加角為的偏振