光電檢測技術(shù)與光纖基礎(chǔ)課件：第一章 光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識(shí)

1、1光電檢測技術(shù)與光纖基礎(chǔ)2序光電檢測技術(shù)與光纖基礎(chǔ)是電子與通信專業(yè)的必修課之一；在許多領(lǐng)域有廣泛及重要的應(yīng)用：民用（光纖通信、手機(jī)、顯示器、遙控裝置、醫(yī)學(xué)成像、安防監(jiān)控、航天);軍用公安（制導(dǎo)、紅外成像、指紋識(shí)別);科研例子：手機(jī)-高科技的結(jié)晶（本課程的主要應(yīng)用之一）3隨著現(xiàn)代信息檢測技術(shù)的發(fā)展，光子技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合，相互交叉、相互滲透與補(bǔ)充已經(jīng)成為信息科學(xué)技術(shù)的主體之一,具有越來越大的競爭力.序信息檢測技術(shù)光學(xué)檢測技術(shù)電子檢測技術(shù)易與物質(zhì)發(fā)生聯(lián)系，傳播速度快,頻帶寬，信息容量大易存儲(chǔ)，可轉(zhuǎn)移，好控制光電檢測技術(shù)4本課程的主要內(nèi)容第一章：光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識(shí)第二章：光電檢測中的常用光源

2、第三章：結(jié)型光電器件第四章：光電導(dǎo)器件第五章：真空光電器件第六章：真空成像器件第七章：固體成像器件第八章：紅外輻射與紅外探測器第九章：光導(dǎo)纖維與光纖傳感器5學(xué)習(xí)建議1、理論結(jié)合實(shí)踐2、看相關(guān)的參考書3、跟蹤最新技術(shù)發(fā)展4、相互討論學(xué)習(xí)（考試不是目的）6第一章 光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識(shí)被測對(duì)像光學(xué)系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換被測對(duì)象的信息加載光源信息載體光電探測器信息處理光電檢測系統(tǒng)組成：放大邊緣檢測電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)門控處理主振激光外徑掃描儀原理圖例1：例2：光纖通信系統(tǒng)例3：照度計(jì)分內(nèi)調(diào)制與外調(diào)制兩種例4：光學(xué)相干層析成像（OCT，Optical Coherence Tomography）邁克耳孫干涉儀原理框圖實(shí)際

3、的光纖連接光路已發(fā)展到臨床應(yīng)用的第三代設(shè)備老鼠大腦微細(xì)血管分布例5：人類首次直接探測到了引力波！驗(yàn)證了愛因斯坦100年前的預(yù)言激光干涉引力波天文臺(tái)立下大功美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月11日上午10點(diǎn)30分（北京時(shí)間2月11日23點(diǎn)30分），美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）召集了來自加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及LIGO科學(xué)合作組織的科學(xué)家在華盛頓特區(qū)國家媒體中心宣布。激光邁克耳孫干涉儀的光路兩臺(tái)孿生引力波探測器分別在華盛頓州的漢福德（左）和路易斯安那州的列文斯頓，彼此相距3000公里控制室科學(xué)家檢查光學(xué)部件結(jié)論靈敏度到達(dá)質(zhì)子大小的千分之一探測到的引力波信號(hào)初始頻率為35赫茲，接著迅速提升到了250赫茲，最后變

4、得無序而消失，整個(gè)過程持續(xù)了僅四分之一秒。位于利文斯頓的探測器比位于漢福德的探測器早探測到7毫秒，這個(gè)時(shí)間差表明引力波是從南部天區(qū)傳來，以光速傳播。兩個(gè)黑體的結(jié)合釋放出的能量經(jīng)13億光年到達(dá)地球探測歷程上世紀(jì)60年代，馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家韋伯教授研制共振型引力波探測器 ，獲得假信號(hào)；LIGO于1999年初步建成；2002年開始運(yùn)行；2007年，LIGO進(jìn)行了一次升級(jí)改造，2009年7月，增強(qiáng)LIGO開始運(yùn)行直到2010年10月結(jié)束。一無所獲；2010年，LIGO進(jìn)行了為期五年的重大升級(jí)改造，改造之后的探測器靈敏度要求提高10倍，被稱為“先進(jìn)LIGO”；LIGO于2015年9月14日探測到的信號(hào)

5、。目前主流的引力波探測器都是這種基于邁克耳孫干涉儀的原理。還有德國和英國合作的GEO600、法國和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及計(jì)劃中的LCGT、澳大利亞計(jì)劃中的AIGO以及印度計(jì)劃中的LIGO-India。中大正在開展“天琴”計(jì)劃。PTA、LISA（eLISA）與LIGO（aLIGO）三種方式分別探測不同頻率的引力波，構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系。1.1 輻射度學(xué)和光度學(xué)基本概念紫外輻射可見光輻射X光輻射紅外光輻射紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫(100380nm)(380780nm)（10100nm)(780nm1mm)太赫茲輻射微波 無線電波(30m3mm)電磁輻射產(chǎn)生，特性，應(yīng)用1.輻射度

6、學(xué)對(duì)各種電磁輻射進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的一門科學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)象：電磁輻射2.光度學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)象：可見光輻射對(duì)可見輻射作用于人眼所引起的“光”感覺進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，是一種生理效應(yīng)用下標(biāo)(e)用下標(biāo)(v)1.1.1 輻射度學(xué)基本物理量1. 輻射功率（輻射通量）對(duì)于輻射源-單位時(shí)間內(nèi)向空間各個(gè)方向發(fā)射的總能量。單位：W（瓦特）對(duì)于電磁波的傳播-單位時(shí)間通過某一截面的電磁波能量對(duì)于電磁波的接收-單位時(shí)間內(nèi)某一截面接收到的電磁能發(fā)射A1A2傳播A接收如果是多波長輻射，則有：光譜功率譜密度定義：單位時(shí)間通過某面積的輻射能 點(diǎn)輻射源: 在某一方向上，在單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量（描述輻射體在不同方向上的輻射特性）。2、輻射強(qiáng)度單位

7、：向空間各個(gè)方向輻射均勻的點(diǎn)光源：如果輻射是多波長的電磁波則：如果輻射不均勻，則方向上的輻射強(qiáng)度，可表示為：d3、輻射亮度-表征面輻射源輻射強(qiáng)弱并與輻射面特性有關(guān)的物理量。面元 dS 在方向的輻射亮度定義為：此面元在方向d體積角內(nèi)的輻射通量de 除立體角的大小d 和此面元在觀測方向上的表觀面積cos(dS) 。如果是多波長輻射則：如果輻射不均勻，則方向上的輻亮度，可表示為：N單位：4、輻射出射度- 輻射源單位時(shí)間由單位表面積輻射出的電磁能（包括所有方向） ，或者說單位輻射面發(fā)出的輻通量。用來描述輻射體表面不同位置的輻射特性。dS1dS2單位：W/m2- 受照面上單位時(shí)間單位表面積接受的輻射能，

8、或單位表面積接受的輻通量。5、輻照度單位：W/m2dA1dA2同樣有：同樣有：29光電檢測技術(shù)與光纖基礎(chǔ)黃佐華Email:電話：1371006720930序光電檢測技術(shù)與光纖基礎(chǔ)是電子與通信專業(yè)的必修課之一；在許多領(lǐng)域有廣泛及重要的應(yīng)用：民用（光纖通信、手機(jī)、顯示器、遙控裝置、醫(yī)學(xué)成像、安防監(jiān)控、航天);軍用公安（制導(dǎo)、紅外成像、指紋識(shí)別);科研例子：手機(jī)-高科技的結(jié)晶（本課程的主要應(yīng)用之一）31隨著現(xiàn)代信息檢測技術(shù)的發(fā)展，光子技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合，相互交叉、相互滲透與補(bǔ)充已經(jīng)成為信息科學(xué)技術(shù)的主體之一,具有越來越大的競爭力.序信息檢測技術(shù)光學(xué)檢測技術(shù)電子檢測技術(shù)易與物質(zhì)發(fā)生聯(lián)系，傳播速度快,

9、頻帶寬，信息容量大易存儲(chǔ)，可轉(zhuǎn)移，好控制光電檢測技術(shù)32本課程的主要內(nèi)容第一章：光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識(shí)第二章：光電檢測中的常用光源第三章：結(jié)型光電器件第四章：光電導(dǎo)器件第五章：真空光電器件第六章：真空成像器件第七章：固體成像器件第八章：紅外輻射與紅外探測器第九章：光導(dǎo)纖維與光纖傳感器33學(xué)習(xí)建議1、理論結(jié)合實(shí)踐2、看相關(guān)的參考書3、跟蹤最新技術(shù)發(fā)展4、相互討論學(xué)習(xí)（考試不是目的）34第一章 光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識(shí)被測對(duì)像光學(xué)系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換被測對(duì)象的信息加載光源信息載體光電探測器信息處理光電檢測系統(tǒng)組成：放大邊緣檢測電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)門控處理主振激光外徑掃描儀原理圖例1：例2：光纖通信系統(tǒng)例3：照度計(jì)

10、分內(nèi)調(diào)制與外調(diào)制兩種例4：光學(xué)相干層析成像（OCT，Optical Coherence Tomography）邁克耳孫干涉儀原理框圖實(shí)際的光纖連接光路已發(fā)展到臨床應(yīng)用的第三代設(shè)備老鼠大腦微細(xì)血管分布例5：人類首次直接探測到了引力波！驗(yàn)證了愛因斯坦100年前的預(yù)言激光干涉引力波天文臺(tái)立下大功美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月11日上午10點(diǎn)30分（北京時(shí)間2月11日23點(diǎn)30分），美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）召集了來自加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及LIGO科學(xué)合作組織的科學(xué)家在華盛頓特區(qū)國家媒體中心宣布。激光邁克耳孫干涉儀的光路兩臺(tái)孿生引力波探測器分別在華盛頓州的漢福德（左）和路易斯安那州的列文斯頓，彼此相距30

11、00公里控制室科學(xué)家檢查光學(xué)部件結(jié)論靈敏度到達(dá)質(zhì)子大小的千分之一探測到的引力波信號(hào)初始頻率為35赫茲，接著迅速提升到了250赫茲，最后變得無序而消失，整個(gè)過程持續(xù)了僅四分之一秒。位于利文斯頓的探測器比位于漢福德的探測器早探測到7毫秒，這個(gè)時(shí)間差表明引力波是從南部天區(qū)傳來，以光速傳播。兩個(gè)黑體的結(jié)合釋放出的能量經(jīng)13億光年到達(dá)地球探測歷程上世紀(jì)60年代，馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家韋伯教授研制共振型引力波探測器 ，獲得假信號(hào)；LIGO于1999年初步建成；2002年開始運(yùn)行；2007年，LIGO進(jìn)行了一次升級(jí)改造，2009年7月，增強(qiáng)LIGO開始運(yùn)行直到2010年10月結(jié)束。一無所獲；2010年，LIG

12、O進(jìn)行了為期五年的重大升級(jí)改造，改造之后的探測器靈敏度要求提高10倍，被稱為“先進(jìn)LIGO”；LIGO于2015年9月14日探測到的信號(hào)。目前主流的引力波探測器都是這種基于邁克耳孫干涉儀的原理。還有德國和英國合作的GEO600、法國和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及計(jì)劃中的LCGT、澳大利亞計(jì)劃中的AIGO以及印度計(jì)劃中的LIGO-India。中大正在開展“天琴”計(jì)劃。PTA、LISA（eLISA）與LIGO（aLIGO）三種方式分別探測不同頻率的引力波，構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系。1.1 輻射度學(xué)和光度學(xué)基本概念紫外輻射可見光輻射X光輻射紅外光輻射紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫(100380n

13、m)(380780nm)（10100nm)(780nm1mm)太赫茲輻射微波 無線電波(30m3mm)電磁輻射產(chǎn)生，特性，應(yīng)用1.輻射度學(xué)對(duì)各種電磁輻射進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的一門科學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)象：電磁輻射2.光度學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)象：可見光輻射對(duì)可見輻射作用于人眼所引起的“光”感覺進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，是一種生理效應(yīng)用下標(biāo)(e)用下標(biāo)(v)1.1.1 輻射度學(xué)基本物理量1. 輻射功率（輻射通量）對(duì)于輻射源-單位時(shí)間內(nèi)向空間各個(gè)方向發(fā)射的總能量。單位：W（瓦特）對(duì)于電磁波的傳播-單位時(shí)間通過某一截面的電磁波能量對(duì)于電磁波的接收-單位時(shí)間內(nèi)某一截面接收到的電磁能發(fā)射A1A2傳播A接收如果是多波長輻射，則有：光譜功率譜密度定義：

14、單位時(shí)間通過某面積的輻射能 點(diǎn)輻射源: 在某一方向上，在單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量（描述輻射體在不同方向上的輻射特性）。2、輻射強(qiáng)度單位：向空間各個(gè)方向輻射均勻的點(diǎn)光源：如果輻射是多波長的電磁波則：如果輻射不均勻，則方向上的輻射強(qiáng)度，可表示為：d3、輻射亮度-表征面輻射源輻射強(qiáng)弱并與輻射面特性有關(guān)的物理量。面元 dS 在方向的輻射亮度定義為：此面元在方向d體積角內(nèi)的輻射通量de 除立體角的大小d 和此面元在觀測方向上的表觀面積cos(dS) 。如果是多波長輻射則：如果輻射不均勻，則方向上的輻亮度，可表示為：N單位：4、輻射出射度- 輻射源單位時(shí)間由單位表面積輻射出的電磁能（包括所有方向） ，或

15、者說單位輻射面發(fā)出的輻通量。用來描述輻射體表面不同位置的輻射特性。dS1dS2單位：W/m2- 受照面上單位時(shí)間單位表面積接受的輻射能，或單位表面積接受的輻通量。5、輻照度單位：W/m2dA1dA2同樣有：同樣有：57光電檢測技術(shù)與光纖基礎(chǔ)黃佐華Email:電話：1371006720958序光電檢測技術(shù)與光纖基礎(chǔ)是電子與通信專業(yè)的必修課之一；在許多領(lǐng)域有廣泛及重要的應(yīng)用：民用（光纖通信、手機(jī)、顯示器、遙控裝置、醫(yī)學(xué)成像、安防監(jiān)控、航天);軍用公安（制導(dǎo)、紅外成像、指紋識(shí)別);科研例子：手機(jī)-高科技的結(jié)晶（本課程的主要應(yīng)用之一）59隨著現(xiàn)代信息檢測技術(shù)的發(fā)展，光子技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合，相互交叉、

16、相互滲透與補(bǔ)充已經(jīng)成為信息科學(xué)技術(shù)的主體之一,具有越來越大的競爭力.序信息檢測技術(shù)光學(xué)檢測技術(shù)電子檢測技術(shù)易與物質(zhì)發(fā)生聯(lián)系，傳播速度快,頻帶寬，信息容量大易存儲(chǔ)，可轉(zhuǎn)移，好控制光電檢測技術(shù)60本課程的主要內(nèi)容第一章：光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識(shí)第二章：光電檢測中的常用光源第三章：結(jié)型光電器件第四章：光電導(dǎo)器件第五章：真空光電器件第六章：真空成像器件第七章：固體成像器件第八章：紅外輻射與紅外探測器第九章：光導(dǎo)纖維與光纖傳感器61學(xué)習(xí)建議1、理論結(jié)合實(shí)踐2、看相關(guān)的參考書3、跟蹤最新技術(shù)發(fā)展4、相互討論學(xué)習(xí)（考試不是目的）62第一章 光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識(shí)被測對(duì)像光學(xué)系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換被測對(duì)象的信息加載光

17、源信息載體光電探測器信息處理光電檢測系統(tǒng)組成：放大邊緣檢測電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)門控處理主振激光外徑掃描儀原理圖例1：例2：光纖通信系統(tǒng)例3：照度計(jì)分內(nèi)調(diào)制與外調(diào)制兩種例4：光學(xué)相干層析成像（OCT，Optical Coherence Tomography）邁克耳孫干涉儀原理框圖實(shí)際的光纖連接光路已發(fā)展到臨床應(yīng)用的第三代設(shè)備老鼠大腦微細(xì)血管分布例5：人類首次直接探測到了引力波！驗(yàn)證了愛因斯坦100年前的預(yù)言激光干涉引力波天文臺(tái)立下大功美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月11日上午10點(diǎn)30分（北京時(shí)間2月11日23點(diǎn)30分），美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）召集了來自加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及LIGO科學(xué)合作組織的科學(xué)家在華

18、盛頓特區(qū)國家媒體中心宣布。激光邁克耳孫干涉儀的光路兩臺(tái)孿生引力波探測器分別在華盛頓州的漢福德（左）和路易斯安那州的列文斯頓，彼此相距3000公里控制室科學(xué)家檢查光學(xué)部件結(jié)論靈敏度到達(dá)質(zhì)子大小的千分之一探測到的引力波信號(hào)初始頻率為35赫茲，接著迅速提升到了250赫茲，最后變得無序而消失，整個(gè)過程持續(xù)了僅四分之一秒。位于利文斯頓的探測器比位于漢福德的探測器早探測到7毫秒，這個(gè)時(shí)間差表明引力波是從南部天區(qū)傳來，以光速傳播。兩個(gè)黑體的結(jié)合釋放出的能量經(jīng)13億光年到達(dá)地球探測歷程上世紀(jì)60年代，馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家韋伯教授研制共振型引力波探測器 ，獲得假信號(hào)；LIGO于1999年初步建成；2002年開始

19、運(yùn)行；2007年，LIGO進(jìn)行了一次升級(jí)改造，2009年7月，增強(qiáng)LIGO開始運(yùn)行直到2010年10月結(jié)束。一無所獲；2010年，LIGO進(jìn)行了為期五年的重大升級(jí)改造，改造之后的探測器靈敏度要求提高10倍，被稱為“先進(jìn)LIGO”；LIGO于2015年9月14日探測到的信號(hào)。目前主流的引力波探測器都是這種基于邁克耳孫干涉儀的原理。還有德國和英國合作的GEO600、法國和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及計(jì)劃中的LCGT、澳大利亞計(jì)劃中的AIGO以及印度計(jì)劃中的LIGO-India。中大正在開展“天琴”計(jì)劃。PTA、LISA（eLISA）與LIGO（aLIGO）三種方式分別探測不同頻率的引力波，構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系。1.1 輻射度學(xué)和光度學(xué)基本概念紫外輻射可見光輻射X光輻射紅外光輻射紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫(100380nm)(380780nm)（10100nm)(780nm1mm)太赫茲輻射微波 無線電波(30m3mm)電磁輻射產(chǎn)生，特性