光電檢測技術投影

《光電檢測技術》

教材：雷玉堂等，《光電檢測技術》，北京：中國計量出版社，1997年版。

參考文獻：（1為基本要求；2為中等要求；3為高要求）1、繆家鼎，龔兆遠等編，《光電技術基礎》，杭州：浙江大學出版社，1988年版。2、錢浚霞，鄭堅立編著，《光電檢測技術》，北京：機械工業(yè)出版社，1993年版。3、圖書館有關參考書和期刊光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!本門課學習方法1、認真聽課并做好課堂筆記、課堂作業(yè)；2、考前認真復習課堂筆記、課堂作業(yè)。3、筆記中不清楚的地方或感興趣處，去圖書館查參考文獻或互相交流，包括問；4、通過實驗認識現(xiàn)代光電檢測系統(tǒng)一個實例，實驗中要求再重溫課堂有關內(nèi)容；5、在圖書館至少找出一個運用光電檢測解決工業(yè)生產(chǎn)中測控問題的實例，要求看懂；（其中1、2為基本要求；3、4為中等要求；5為較高要求）

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!第1章

概

述1、什么是光電檢測技術？2、光電檢測技術有何優(yōu)點？3、光電檢測系統(tǒng)的基本構成4、五種光電變換的結構5、光電檢測技術的發(fā)展趨勢？光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!1、什么是光電檢測技術？將待測量的非電量信息變換成便于接收的光學信息，再利用電子技術對光學信息進行檢測，并進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示等。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!3、光電檢測系統(tǒng)的基本構成

光電檢測系統(tǒng)由光電傳感器，處理電路和顯示控制三個基本部分組成。光電傳感器由光源、光學系統(tǒng)和光電探測器三部分組成。光電傳感器是檢測系統(tǒng)的核心部分，它以光為媒介，將各種待測量變換成電量（電壓，電流或頻率等）進行檢測。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!

漫反射:接收到的光通量的大小與漫反射表面材料性質(zhì)，表面粗糙度及表面缺陷等有關，可檢測表面外觀質(zhì)量。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!C．輻射式

待測物體本身就是輻射源。光電探測器檢測其輻射量的大小，以確定待測量的大小。如輻射高溫計、火警報警器和熱成象儀等。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!E．干涉式

光束分成兩路，一路為參考光，一路為測量光。用光電探測器檢測干涉條紋信號。如檢測位移、振動、折射率和液體濃度等。其檢測靈敏度，精度很高，動態(tài)范圍大，但成本高。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!第2章光的基礎知識

2.1光到底是什么？五個階段的認識：

粒子說。代表人物：牛頓

波動說。代表人物：惠更斯

電磁波說。代表人物：麥克斯韋

光子說。代表人物：愛因斯坦

波粒二象性。目前的普遍觀點光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!2.2光的反射、折射、吸收、色散和散射

正入射時可見光的反射率Rn：設光由n1向n2入射，有例：空氣n≈1，玻璃n≈1.5，得R≈4.3%?？梢姡簩τ跇嬙鞆碗s的光學系統(tǒng)，由于反射面過多，光能量的損失也是相當嚴重的。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!光的吸收

。

朗伯定律：

I0:介質(zhì)表面上輻射光強（平面波：單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位面積的能量）。x:光在介質(zhì)中傳播距離α:介質(zhì)對光的吸收系數(shù)在0至1/α深度內(nèi)，輻射光強被吸收了62.8％，只剩約1/3的光強能繼續(xù)傳播，1/α亦稱透入深度。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!光的散射光透過介質(zhì)時，使一部分光離開了原來的方向，這種現(xiàn)象稱為散射。1.均勻介質(zhì)不會產(chǎn)生光的散射，光只能沿原來的方向傳播。2.非均勻介質(zhì)中有很多大質(zhì)點時（其線度約等于光的波長），這些無規(guī)則排列的質(zhì)點將引起丁達爾散射（例如懸浮液，膠體溶液，乳狀液等介質(zhì)）。3.由于介質(zhì)中存在密度起伏，從而導致光的散射，其散射光強與波長四次方成反比（瑞利定律，瑞利散射），散射光的波長還是原來入射光的波長。大氣散射是瑞利散射，這解釋了天空為什么是藍色的(波長較短的光易被散射)。上述三種散射光，其波長與入射光相同，稱為瑞利散射。此外還發(fā)現(xiàn)在散射光中，除有與入射光頻率f0相同的瑞利散射外，在瑞利線的兩側(cè)還有頻率為f0±f1,f0±f2,…的散射線存在，這種散射稱為喇曼散射。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!兩光波產(chǎn)生干涉的條件：①兩光波在相遇點有固定的相位差；②兩光波在相遇點振動方向一致。這是產(chǎn)生干涉的兩個必要條件。產(chǎn)生明顯的干涉現(xiàn)象須滿足的兩個補充條件：①兩光波在相遇點振幅差不懸殊；②兩光波在相遇點光程差不太大。實際上光源所發(fā)出的光波是由一系列有限長的波列組成的。當兩光波在相遇點的光程差很小時，兩光波中有固定相位差的波列幾乎同時作用于一點，能產(chǎn)生清晰的干涉，當光程差很大時，一光波的波列早已通過，而另一相應的波列尚未到達，兩相應的波列間無重疊，因而無干涉現(xiàn)象出現(xiàn)。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!2.3.2光的衍射：

當光在傳播途中遇到障礙時，就會繞過它而繼續(xù)前進，當障礙物（包括小孔）的大小和光波波長相近時，這種現(xiàn)象尤其明顯，這種現(xiàn)象稱為光的衍射。愛里斑：通過半徑為a的圓孔的光，由透鏡或反射鏡匯聚于焦面上時，得到的不是一個象點，而是一個衍射圖形，中心光強最大(稱愛里斑)，四周有若干最小和次最大光強形成的圓環(huán)，愛里斑直徑對圓孔中心的張角為θ：

光學系統(tǒng)成像的分辨率與此有關。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!2.4物體的輻射形式及黑體輻射定律

2.4.1兩種輻射形式

熱輻射。物體只要維持一定的溫度就能產(chǎn)生穩(wěn)定的輻射，稱熱輻射（又稱溫度輻射或平衡輻射）。熱輻射的光譜是連續(xù)的。任何物體在絕對溫度零度以上都能產(chǎn)生熱輻射。溫度較低時輻射的是不可見的紅外光，溫度升高到500℃時開始輻射暗紅色光，升高到1500℃時開始發(fā)白光。非平衡輻射。依靠其他一些激發(fā)過程來獲得能量而維持的輻射。其光譜主要是線光譜和帶光譜。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!令(λ,T)為熱平衡溫度T時照射在物體上的光譜輻照度（即接收面上單位面積、單位時間所照射的輻射能），M(λ,T)為溫度T時物體的輻射出射度（面輻射源表示單位面積、單位時間所發(fā)射的輻射能）。α(λ,T)為熱平衡溫度T時物體的吸收比，則有：M(λ,T)＝α(λ,T)·(λ,T)若腔內(nèi)還有物體2、3，則有：

即所有物體的光譜輻射出射度與其吸收比的比值是相同的，等于空腔內(nèi)的光譜輻照度。若物體為絕對黑體，則α(λ,T)＝1，一般物體的α(λ,T)總小于1，稱為灰體。由此可見，灰體的光譜輻射出射度總是小于黑體的光譜輻射出射度。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!維恩位移定律：

對普朗克輻射公式求導，可得不同溫度下，黑體輻射最大光譜輻射出射度的峰值波長λm的關系式：λm＝hc/5k=2897（μm·k）例：室溫下(300k)黑體的λm≈10μm，在中紅外區(qū)；太陽表面溫度約600k，其λm≈0.5μm，在人眼最靈敏區(qū)。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!2.5輻射度的基本物理量和光度的基本物理量

2.5.1輻射度的基本物理量

A、光輻射度量為了研究光輻射現(xiàn)象的規(guī)律，人們引入了一組輻射度的基本物理量。

1、輻射能Qe以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的能量稱為輻射能。當這些能量被物質(zhì)吸收時，可以轉(zhuǎn)換成其它形式的能量（如電能、熱能等）。輻射能的單位是焦耳(J)。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!4、輻射強度Ie從一個點光源出發(fā)的，在單位時間內(nèi)、單位立體角所輻射出的能量稱為輻射強度（一個錐體的頂端在球心，底在球面上，底面積等于球半徑的平方，這錐體所包的立體角就叫做單位立體角）。Ie＝d?e/dw式中d?e為輻射源在dw立方角內(nèi)所輻射出來的輻射功率。輻射強度的單位是瓦/球面度(W/sr)。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!6、輻射亮度Le由輻射表面定向發(fā)射的輻射強度稱為輻射亮度。在與輻射表面dA的法線成θ角的方向上，輻射亮度等于該方向上的輻射強度dIe與輻射表面在該方向上向垂直面上的投影面積之比。Le＝dIe/dAcosθ輻射亮度的單位為瓦/㎡?球面度(W/㎡?sr)。若Ie不隨方向而變化，則Le正比于cosθ,即Le=Io.cosθ這種光源稱為余弦輻射體，也稱為均勻漫反射體或朗伯體。除了黑體、灰體外，試驗表明，拋毛乳白玻璃的透視光或發(fā)射光，拋毛乳白版的發(fā)射光以及氧化鎂、硫酸鋇等表面的發(fā)射光很接近理想的余弦輻射體。白雪對陽光的發(fā)射也很符合余弦輻射體的規(guī)律。對余弦輻射體，可以推出：Me＝πLe即余弦輻射體的輻射出射度在數(shù)值上為其輻射亮度的π倍。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!B、光譜輻射度量（輻射量的光譜密度）

為了表征輻射，不僅要知道輻射的總能量和強度，還應知道其光譜組份，因為光源發(fā)出的光，往往由許多波長的光組成，需要研究各種波長的光所分別輻射的能量。光譜輻射度量是單位波長間隔內(nèi)的輻射度量。光源發(fā)出的光在每單位波長間隔內(nèi)的輻射通量稱為光譜輻射通量?e（λ）（曾稱為輻射通量的光譜密度或單色輻射通量）。若在λ到λ＋dλ間隔內(nèi)的輻射通量是d?e，則在波長λ處的光譜輻射通量為?e（λ）＝d?e/dλ若按整個光譜積分該函數(shù)，則可求得總輻射通量：光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!2.5.2光度的基本物理量

除了特殊用途的光源（如紅外光源和紫外光源）外，大量的光源是作為照明用的。由于照明的效果最終是以人眼來評定的，因此照明光源的光學特性必須用基于人眼視覺的光學參量即光度量來描述。

光度量是人眼對相應輻射度的視覺強度值。由于人眼對不同波長的光的感光靈敏度不一樣，能量相同而波長不同的光，在人眼中引起的視覺強度不相同。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!2、發(fā)光強度I光源在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量，稱為光源在該方向上的發(fā)光強度。發(fā)光強度的單位為坎德拉（cd）?？驳吕菄H單位制中7個基本單位之一?？驳吕亩x：坎德拉（cd）是一光源在給定方向上的發(fā)光強度。該光源發(fā)出頻率為540×1012赫茲的單色輻射，且在此方向上的輻射強度為1/683瓦特每球面度。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!4、光照度E被照明物體給定點處單位面積上的入射光通量稱為該點的照度：照度的單位為勒克斯（lx）（lm/m2）。對于點光源所產(chǎn)生的照度，滿足距離平方反比定律：用點光源照明時，被照面的照度與光源的發(fā)光強度I成正比，而與被照面到光源的距離L的平方成反比：E=I/L2。如果被照面不垂直于光線方向，而其法線與光線的夾角為θ，由上式應改寫成：E=Icosθ/L2，對于受到光照后成為面光源的表面來說，其光出射度與光照度成正比，即M=RE。式中R為小于1的系數(shù)，稱為漫反射率，與表面性質(zhì)有關。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!6、光量Q光通量?對時間的積分稱為光量:光量的單位為流明?秒(lm?s)。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!例：色溫為2859K的白熾燈，光視效能K=17(lm·W)，若輻射通量φ=100mW，則光通量=1.7(lm);若已知輻照度為E=10mW/㎝,則光照度為E=1700(lx)。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!3、人眼的視覺靈敏度曲線V(λ)—λ曲線稱光視效率曲線，亦稱視覺靈敏度曲線。

視覺靈敏度曲線（正常人眼）光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!2.7.2電致發(fā)光器件發(fā)光二極管

1、發(fā)光二極管的結構發(fā)光二極管（LED）是一種注入式電致發(fā)光器件，它由P型和N型半導體組合而成。實際是將PN結管芯燒結在金屬或陶瓷底座上，然后用透明環(huán)氧樹脂封裝而成。2、發(fā)光二極管的工作原理當PN結加上正向電壓時，結區(qū)勢壘降低，P區(qū)的空穴載流子p向N區(qū)擴散，N區(qū)的電子n向P區(qū)擴散，p與n在PN結區(qū)相遇復合釋放能量而發(fā)光。制作發(fā)光二極管的材料很多，某種材料具有不同摻雜時，可發(fā)出不同顏色的光。LED和白燈泡想比，有體積小、耐沖擊、壽命長、功耗低、響應快、可靠性高、顏色鮮明、易和集成電路匹配等特點，因而獲得了廣泛的應用。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!（2）發(fā)光光譜。

發(fā)光光譜是指發(fā)光的相對強度（或能量）隨波長（或頻率）變化的分布曲線。發(fā)光光譜直接決定著發(fā)光二極管的發(fā)光顏色，并影響它的流明效率。描述光譜分布的兩個主要參量是它的峰值波長和半強度寬度（稱為半寬度）。對于輻射躍遷所發(fā)射的光子，其波長λ與躍遷后的能量差ΔΕ之間的關系為,

對于發(fā)光二極管，復合躍遷前后的能量差大體就是材料的禁帶寬度Eg。因此，發(fā)光二極管的峰值波長是由材料的禁帶寬度決定的。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!（4）發(fā)光亮度與電流的關系。發(fā)光二極管的發(fā)光亮度B是單位面積發(fā)光強度的量度。發(fā)光亮度隨電流密度近似成正比。發(fā)光二極管適合于在脈沖下使用，因為脈沖狀態(tài)工作不易發(fā)熱，在平均電流與直流相等的情況下可以得到更高的亮度。（5）壽命。發(fā)光二極管的壽命定義為亮度降低到原有亮度一半時所經(jīng)歷的時間。二極管的壽命一般都很長，在電流密度小于1A/cm2時，一般可達106h，最長可達109h。隨著工作時間的加長，亮度下降的現(xiàn)象叫老化。老化的快慢與工作電流密度有關。隨著電流密度的加大，老化變快，壽命變短。（6）響應時間。在快速顯示時，標志器件對信息反應速度的物理量叫響應時間，二極管的響應時間一般是很短的，為幾個ns至幾百個ns。在用脈沖電流驅(qū)動二極管時，脈沖的間隔和占空比必須在器件響應時間所許可的范圍內(nèi)。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!2、氦氖激光器

氦氖激光器的工作物質(zhì):是氦氖混合氣。主要發(fā)光物質(zhì)是氖氣，但僅用氖氣，電離電壓必須很高，所以要摻入適量的氦，首先使氦電離，然后利用氦氣電離時產(chǎn)生的電子去電離氖氣。氦氖氣體激光器能夠發(fā)出3種波長的譜線(即0.6328μm、1.15μm、3.39μm)，其中最常見的是橘紅色(λ＝0.6328μm)的激光。

氦氖激光器的突出優(yōu)點：單色性好，單模穩(wěn)頻氦氖激光器的譜線寬度只有幾埃，顏色非常純，相干長度達幾十km；方向性強，光束發(fā)散角很小，只有幾毫弧度，激光束幾乎是一條直線；結構簡單、緊湊，穩(wěn)定性好；造價低廉，使用方便。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!3、半導體激光器（－）PN結型二極管注入式激光器

工作物質(zhì)：工作物質(zhì)種類很多，其中GaAs是種有激光作用的半導體材料，其它如PbS等，適當選擇這些材料，可得到不同頻率的激光。

法布里－泊羅共振腔：將工作物質(zhì)制成PN結并切成長方塊。為實現(xiàn)分布反轉(zhuǎn)，結區(qū)的兩側(cè)都要求是重摻雜半導體材料，使費米能級分別進入導帶及價帶內(nèi)。左右兩側(cè)是二極管的輻射輸出端面，由一對相互平行的解理面或拋光面構成，并與結平面-垂直，這對平面構成了端部反射器。其余的前后兩面是粗糙的，用來消除主要方向以外的激光作用。這種結構叫法布里－泊羅共振腔。然后焊上引出線，供給二極管的電流。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!（二）異質(zhì)結激光器由于PN結（同質(zhì)結）激光器在室溫下閾值電流很高，不能實現(xiàn)室溫下的連續(xù)振蕩，于是半導體激光器的研制由同質(zhì)結過渡到異質(zhì)結。

單異質(zhì)結激光器：在的PN結上，用分子束外延或液相外延法得到異質(zhì)結。單異質(zhì)結激光器在低溫下閾值電流密度與同質(zhì)結差不多，但在溫度變化時，異質(zhì)結激光器的閾值隨溫度的變化較小。為進一步降低閾值電流，實現(xiàn)室溫下的連續(xù)振蕩，研制了雙異質(zhì)結激光器。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!2、光電檢測技術有何優(yōu)點？是一種非接觸式的檢測方法，檢測速度快，精度高，能自動、連續(xù)地進行檢測，可進行遙測，可與計算機聯(lián)接形成智能儀器，便于動態(tài)檢測。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!4、五種光電變換的結構

A.反射式

鏡面反射:光按一定方向反射，可用來判斷光信號的有無（典型用例：測量轉(zhuǎn)速）。1－光源2－待測物3－光電探測器光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!B．透射式

光通過待測物體，一部分光被吸收或散射另一部分光透射。用于檢測液、氣體濃度等。

透射光通量入射光通量吸收系數(shù)介質(zhì)厚度

d光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!D．遮擋式根據(jù)被遮擋光束的次數(shù)或被遮擋光通量的大小進行檢測，如產(chǎn)品計數(shù)器、光控開關和防盜報警等。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!5、光電檢測技術的發(fā)展趨勢？（1）非接觸，小型化，集成化，數(shù)字化，智能化。（2）作為機器人視覺系統(tǒng)。（3）光導纖維傳感器?？梢越鉀Q傳統(tǒng)檢測技術難以解決或無法解決的許多問題。如在噪聲、干擾或污染嚴重的工業(yè)過程檢測，在海洋、反應堆中（高溫、高壓、高輻射、化學腐蝕等）。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!電磁波說認為：光是一種電磁波。這可以解釋光的反射，折射，干涉，衍射，偏振和光的傳播現(xiàn)象等，但未能解釋物質(zhì)對光的吸收，色散和散射等。光子說認為：光由光量子組成。1905年愛因斯坦在普朗克1900年提出的輻射量子論的基礎上提出了光量子概念，認為光由光量子組成，光量子具有波粒兩重性，光子的能量E=h?(h=6.625×10J·s)，每個光子以速度c傳播，光子的波長λ＝c/。光在不同介質(zhì)中的傳播速度：v=c/n。光不論在什么介質(zhì)中傳播，其頻率總是不變的。在很多情況下，由于光子數(shù)巨大，使光的波動性占統(tǒng)治地位，例如，1mW的He-Ne激光器每秒發(fā)射10個光子，發(fā)射光束可用平面波理論解釋。

光的波長范圍：在整個電磁波譜中，波長從0.01－1000μm范圍內(nèi)屬于光學波段，包括紫外、可見光、紅外光，人眼對波長為0.55μm的黃綠光反應最敏感。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!

全反射時光能沒有透射損失（幾乎）。往往利用其來改變光線的傳播方向。如光導纖維將光由一端傳播到另一端。

光在金屬的清潔磨光表面上一般有很強的反射。這與金屬中存在密度很大的自由電子有關（（1cm3中電子數(shù)約為1022數(shù)量級）。自由電子受到光場強迫振動會產(chǎn)生次波，這造成了強烈的反射波和較弱的透射波。紅外輻射主要對自由電子發(fā)生作用，紫外輻射（頻率較高）也可以對束縛電子發(fā)生作用，后者使反射能力下降，透射能力增強。銀對紅光和紅外Rn>90％，對316nm附近紫外光Rn≈4.2％。鋁對紫外仍有相當高的反射率，抗腐蝕性好，常被用做反射鏡的涂料。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!光的色散

不同波長的光被散開的現(xiàn)象稱為色散。介質(zhì)折射率n隨波長變化。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!2.3光的干涉、衍射和偏振

2.3.1光的干涉

由同一光源發(fā)出的光，用適當?shù)姆椒ǚ殖蓛刹糠?，并使它們?jīng)不同的光程后相遇，相遇各點光強在某極大值和極小值之間變化(其極大值可超過兩部分光強之和，其極小值可以是零)。這種現(xiàn)象稱為光的干涉。明暗相間的條紋稱為干涉條紋。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!干涉條紋的清晰程度：

實際中不可能得到=1的干涉條紋。一般認為≥0.8時，條紋是清晰的。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!

2.3.3光的偏振：

如果光波的光矢量方向始終不變，只是它的大小隨相位改變，這樣的光叫線偏振光。從普通光源發(fā)出的光是具有一切可能的振動方向的許多光波的總和。

從自然光中獲得偏振光的幾種方法：1、由反射和折射產(chǎn)生偏振光。當入射角滿足θ1+θ2=π∕2(θ2為折射角)，發(fā)射光成為完全偏振光，其光矢量的振動垂直于入射面，這個θ2角叫起偏振角。利用玻璃表面可獲得偏振光。若多片玻璃合成片堆，則有較強的光強度。2、由雙折射產(chǎn)生偏振光。3、偏振片產(chǎn)生偏振光。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!2.4.2黑體輻射：

黑體：在任何溫度下可以全部吸收任何波長輻射的物體稱為絕對黑體，簡稱黑體?；鶢柣舴蚨桑河靡桓粚岬木€將物體懸掛于黑體的空腔中（與腔壁熱絕緣），如果腔壁保持恒定的溫度，則熱交換最終使物體與腔溫度相等，達到熱平衡。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!普朗克輻射公式：

普朗克根據(jù)光的量子理論，推導出描述黑體輻射出射度與波長、絕對溫度之間的關系式：c1=2πhc2=3.74×10-16(Wm)c2=hc/k=1.43879×10-2(mk)光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!斯蒂芬――玻爾茲曼定律

：

黑體的總輻射出射度

例：T=300k時，≈460W·m-2T=6000k時，≈7.36×107W·m-2光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!2、輻射能密度We光源在單位體積內(nèi)的輻射能稱為光源的輻射能密度。它表征輻射能的空間特性。We＝dQe/dV式中V為體積。輻射能密度單位是焦耳/立方米。

3、輻射通量?e在單位時間內(nèi)通過某一定面積的輻射能稱為通過該面積的輻射通量。而光源在單位時間內(nèi)輻射的總能量稱為光源的輻射通量。輻射通量也稱為輻射功率（用P表示）或輻射能流。?e＝dQe/dt式中dQe是在dt時間內(nèi)轉(zhuǎn)移的單元能量。輻射通量的單位為瓦。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!5、輻射出射度Me

輻射體在單位面積內(nèi)所輻射的通量或功率稱為輻射出射度或稱為輻射發(fā)射度。這是用來量度物體輻射能力的物理量。Me＝d?e/dA式中,d?e為輻射體面積元dA向一切方向所發(fā)出的輻射通量。輻射出射度的單位是瓦/平方米。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!7、輻照度Ee為了評定輻射體對裝置的作用，引入輻照度的概念，它表示單位面積內(nèi)所接收到的輻射通量。Ee＝d?e/dA輻照度的單位為瓦/平方米（W/㎡）。對于理想的散射面，滿足條件Me＝πLe光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!與輻射通量的光譜密度函數(shù)?e（λ）類似，其他輻射度量的光譜密度函數(shù)表達式如下。光源發(fā)出的光每單位波長間隔內(nèi)的輻射出射度稱為光譜輻射出射度Me(λ)=dMe/dλ光源發(fā)出的光每單位波長間隔內(nèi)的輻射強度稱為光譜輻射強度I(λ)=dI/dλ，光源發(fā)出的光每單位波長間隔內(nèi)的輻射亮度稱為光譜輻射亮度L(λ)=dL/dλ，光源發(fā)出的光每單位波長間隔內(nèi)的輻射照度稱為光譜輻照度E(λ)=dE/dλ，對這些函數(shù)積分,可以得到相應量的總輻射度量值：光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!1、光通量光通量是光輻射通量對人眼所引起的視覺強度值。若在波長λ到λ+dλ間隔內(nèi)光源的輻射通量為，則光通量的表示式為:

式中，Km為比例系數(shù)，V（λ）為人眼的光譜光視效率，積分限的變換是由于對波長小于380nm和大于780nm的不可見光，V（λ）=0。光通量的單位是流明（lm），輻射通量的單位是瓦（W）。Km=683流明/瓦（lm/W），稱為最大光譜光視效能，它表示在波長為555mm處，與1W的輻射能通量相當?shù)墓馔繛?83lm。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!3、光出射度M光源表面給定點處單位面積向半空間內(nèi)發(fā)出的光通量，稱為光源在該點的光出射度：M=d?/dA光出射度的單位為流明每平方米（lm/m2）。

注意：所研究的光源表面不僅包括自身發(fā)光的光源（如白熾燈的燈絲）的表面，也可以是這些光源的象或自身并不發(fā)光而在受到光照后成為光源的表面。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!5、光亮度光源表面一點處的面元dA在給定方向上的發(fā)光強度dI與該面元在垂直于給定方向的平面上的正投影面積之比，稱為光源在該方向上的亮度：

式中，θ為給定方向與面元法線間的夾角。亮度的單位為坎德拉每平方米（cd/m2）。注意：不要把照度跟亮度的概念混淆起來。照度表征受照面的明暗程度，照度與光源至被照面的距離的平方成反比。而亮度是表征任何形式的光源或被照射物體表面是面光源時的發(fā)光特性。如果光源與觀察者眼睛之間沒有光吸收現(xiàn)象存在，那么亮度值與二者間距離無關。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!2.5.3輻射度參量與光度參量間的轉(zhuǎn)換

（1）、（2）、（3）、Km為光度參量對輻射度參量的轉(zhuǎn)換常數(shù)（單位：lm·W）。Km=683（lm·W）光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!2.6人眼的視覺靈敏度

1、明視光譜光視功率

正常人眼用各種單色輻射分別刺激，當刺激程度相同時，波長λ＝0.555μm的光譜輻射亮度Le小于其它波長的光譜輻射亮度Le(λ)。定義正常人眼的明視光譜光視功率V(λ)為：2、暗視光譜光視效率

若以微弱的各種單色輻射刺激，則λ＝0.507μm，最敏感，正常人眼的暗視光譜光視效率Vˊ(λ)為：

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!2.7光電檢測技術中的常用光源

2.7.1熱輻射光源使物體溫度升到足夠高而發(fā)光的光源。如白熾燈、鹵鎢燈等。它具有發(fā)射連續(xù)光源、波長范圍寬、價格便宜、使用方便等特點。

真空鎢絲白熾燈。鎢的熔點約為3680K，光效K≈10(lm/W)。

充氣鎢絲白熾燈。光效K≈17(lm/W)。惰性氣體可抑制鎢的蒸發(fā)。

鹵鎢燈。燈泡內(nèi)充鹵化物（氯化碘、溴化硼等），鹵鎢循環(huán)可使蒸發(fā)的鎢又重新沉積在鎢絲上，從而提高了燈的壽命。光效K≈30(lm/W)。

鹵鎢燈體積小，是同功率白熾燈的0.5％～3％，可使檢測裝置小型化；鹵鎢燈光通量穩(wěn)定，由于很好地克服了泡殼發(fā)黑，最終時的光通量仍為開始時的95％～98％（而白熾燈只為初始時60％）。鹵鎢燈紫外線豐富，可作為紫外輻射源。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!3、LED的特性參數(shù)（1）LED的效率：用于非顯示時，使用功率效率與光學效率，用于顯示時，使用流明效率。

功率效率：即將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成輻射的功率的效率。

光學效率：即外量子效率與內(nèi)量子效率的比。所謂量子效率是指注入載流子復合而產(chǎn)生的光量子的效率。由于內(nèi)吸收和內(nèi)反射等原因，使得產(chǎn)生的光量子不能全部射出。因此量子效率又分為內(nèi)量子效率和外量子效率。

發(fā)光效率（光度效率或流明效率）：它表示消耗單位電功率所得到的光通量。提高發(fā)光效率的方法是提高功率效率和照明效率（為輻射功率轉(zhuǎn)換成光通量的效率）。

光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!（3）伏安特性。發(fā)光二極管的伏安特性如下圖所示，它與普通二極管的伏安特性大致相同。電壓小于開啟點的電壓值時無電流，電壓一超過開啟點就顯示出歐姆導通特性。反向擊穿電壓一般在-5V以上。光電檢測技術》投影共63頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!3、發(fā)光二極管的應用（1）數(shù)字、文字及圖像顯示。七段式數(shù)碼管，是把管芯切成細條拼成如圖所示的形狀。工作時分別接通某些細條使其發(fā)光，使得到0～9十個可變換的數(shù)字。它已