光電檢測(cè)技術(shù)第一章

光電檢測(cè)技術(shù)第一章第1頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1光和光的傳播特性光的波粒二象性：

波動(dòng)性：光的干涉、光的衍射粒子性：光的發(fā)射、吸收，光電效應(yīng)等平面波

平面波單色平面波光偏振態(tài)

橢圓偏振光線偏振光圓偏振光第2頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光的基本性質(zhì)牛頓——微粒說根據(jù)光直線傳播現(xiàn)象，對(duì)反射和折射做了解釋不能解釋較為復(fù)雜的光現(xiàn)象：干涉、衍射和偏振波動(dòng)理論惠更斯、楊氏和費(fèi)涅耳等解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象麥克斯韋電磁理論：光是一種電磁波第3頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光的基本性質(zhì)光量子說1900年普朗克在研究黑體輻射時(shí)，提出輻射的量子論1905年，愛因斯坦在解釋光電發(fā)射現(xiàn)象時(shí)提出光量子的概念光子的能量與光的頻率成正比光具有波粒二象性第4頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光在光纖介質(zhì)中的傳播光纖全反射原理光纖的結(jié)構(gòu)光纖的應(yīng)用第5頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖的結(jié)構(gòu)

第6頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光在光纖中的全反射

第7頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光纜的外形及光纖的拉制

第8頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖的類型階躍型：光纖纖芯的折射率分布各點(diǎn)均勻一致，稱為多模光纖。第9頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月梯度型：

梯度型光纖的的折射率呈聚焦型，即在軸線上折射率最大，離開軸線則逐步降低，至纖芯區(qū)的邊沿時(shí)，降低到與包層區(qū)一樣。

第10頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月單孔型光纖單孔型光纖的纖芯直徑較?。〝?shù)微米）接近于被傳輸光波的波長(zhǎng)，光以電磁場(chǎng)“?！钡脑碓诶w芯中傳導(dǎo)，能量損失很小，適宜于遠(yuǎn)距離傳輸。

第11頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月斯乃爾定理

當(dāng)光由光密物質(zhì)出射至光疏物質(zhì)時(shí)，發(fā)生折射（a）折射角大于入射角：（b）臨界狀態(tài)：（c）全反射：第12頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖導(dǎo)光

第13頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月n0為入射光線AB所在空間的折射率，一般皆為空氣，故n0≈1第14頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)θr=90°的臨界狀態(tài)時(shí)，Sinθi定義為“數(shù)值孔徑”NA（NumericalAperture）相對(duì)折射率差arcsinNA是一個(gè)臨界角，θi>arcsinNA，光線進(jìn)入光纖后都不能傳播而在包層消失；θi<arcsinNA，光線才可以進(jìn)入光纖被全反射傳播。第15頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光導(dǎo)纖維的主要參數(shù)1.數(shù)值孔徑（NA）2.光纖模式3.傳播損耗第16頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.數(shù)值孔徑（NA）反映纖芯接收光量的多少，標(biāo)志光纖接收性能。意義：無論光源發(fā)射功率有多大，只有2θi張角之內(nèi)的光功率能被光纖接受傳播。 大的數(shù)值孔徑：有利于耦合效率的提高。 但數(shù)值孔徑太大，光信號(hào)畸變也越嚴(yán)重。第17頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

光纖模式光波沿光導(dǎo)纖維傳播的途徑和方式 在光導(dǎo)纖維中傳播模式很多對(duì)信息的傳輸是不利的，導(dǎo)致合成信號(hào)的畸變，因此我們希望模式數(shù)量越少越好。階躍型的圓筒波導(dǎo)內(nèi)傳播的模式數(shù)量表示為

希望V?。篸不能太大，n2與n1之差很小第18頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

傳播損耗損耗原因：光纖纖芯材料的吸收、散射，光纖彎曲處的輻射損耗等的影響

傳播損耗（單位為dB）式中,l——光纖長(zhǎng)度；

a——單位長(zhǎng)度的衰減；

I0——光導(dǎo)纖維輸入端光強(qiáng)；

I——光導(dǎo)纖維輸出端光強(qiáng)。第19頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖液位傳感器

第20頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2光強(qiáng)度調(diào)制光調(diào)制指的是使光信號(hào)的一個(gè)或幾個(gè)特征參量按被傳送信息的特征變化，以實(shí)現(xiàn)信息檢測(cè)傳送目的的方法。

光調(diào)制可分為強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制、頻率和波長(zhǎng)調(diào)制。下面將分別介紹各種調(diào)制的原理和方法。

一、光強(qiáng)度調(diào)制

光強(qiáng)度調(diào)制是以光的強(qiáng)度作為調(diào)制對(duì)象，利用外界因素使待測(cè)的直流或緩慢變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成以某一較快頻率變化的光信號(hào)，這樣，就可采用交流選頻放大器放大，然后把待測(cè)的量連續(xù)測(cè)量出來。

第21頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月光強(qiáng)調(diào)制的基本方法輻射式如自動(dòng)門、輻射式溫度計(jì)反射式測(cè)距、表面檢測(cè)遮擋式位置透射式成份分析第22頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.輻射式調(diào)制原理利用測(cè)量與被測(cè)物理量對(duì)應(yīng)的輻射（功率，光譜分布等）。例如：被測(cè)物的溫度與其輻射量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。被測(cè)物的溫度、成分與其光譜分布的關(guān)系。物體的位置或有無。第23頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用實(shí)例自動(dòng)門①檢測(cè)元件原理光電檢測(cè)元件熱釋電元件不感受不變的輻射②原理報(bào)火警、偵查、跟蹤、武器制導(dǎo)、地形地貌普查分析、光譜分析及太陽能利用等。

第24頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月斯忒潘根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比。全輻射測(cè)溫第25頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月2.反射式

激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、主動(dòng)式夜視儀、電視攝像、文字判讀㈠調(diào)制原理被測(cè)參數(shù)引起入射光的反射來調(diào)制達(dá)到探測(cè)器的光強(qiáng)。

——

反射光強(qiáng)是被測(cè)參數(shù)的函數(shù)。對(duì)象對(duì)入射光的反射位置檢測(cè)對(duì)象的有無（鏡面反射）對(duì)象表面狀態(tài)（漫反射）被測(cè)參數(shù)對(duì)入射光的影響㈡對(duì)入射光的光強(qiáng)的要求⒈定性的方法對(duì)光強(qiáng)的精度要求較低。⒉定量的方法對(duì)光強(qiáng)的精度要求較嚴(yán)格。應(yīng)注意①入射光強(qiáng)的穩(wěn)定（電源的穩(wěn)定）②測(cè)量方法第26頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月例：檢測(cè)產(chǎn)品外觀質(zhì)量設(shè)光電探測(cè)器的輸出信號(hào)為：第27頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月3.遮擋式

㈠調(diào)制原理被測(cè)物體部分地或全部地遮擋或掃過入射到光電探測(cè)器的光束，引起光電探測(cè)器輸出信號(hào)的變化。

利用定性的方法是否到位有無？已知物體的運(yùn)動(dòng)速度，測(cè)量長(zhǎng)度（運(yùn)動(dòng)中）元件運(yùn)動(dòng)中的計(jì)數(shù)光電開關(guān)定量：遮擋面積在光纖傳感器中，光纖的耦合效率

第28頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)被測(cè)物體的寬度為b，物體遮擋光的位移量為，則物體遮擋入射光到光電探測(cè)器上的光的增量A為：第29頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月㈡應(yīng)用實(shí)例⒈光電測(cè)微計(jì)⒉光電投影尺寸檢測(cè)儀

3.光電計(jì)數(shù)

4.光電測(cè)速

5.光電自動(dòng)開關(guān)

6.防盜報(bào)警被測(cè)物體全部掃過入射光束，光電探測(cè)器的光通量會(huì)發(fā)生有無兩種狀態(tài)的變化，輸出電信號(hào)的脈沖形式第30頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月4.

透射式㈠調(diào)制原理朗伯-比爾定律

α——介質(zhì)的吸收系數(shù)d第31頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用實(shí)例檢測(cè)液體或氣體的濃度檢測(cè)透明薄膜的厚度和質(zhì)量檢測(cè)透明容器的缺陷測(cè)量膠片的密度第32頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

利用外界因素改變光波的相位，通過檢測(cè)相位變化來測(cè)量物理量的原理稱為光相位調(diào)制。光波的相位由光傳播的物理長(zhǎng)度、傳播介質(zhì)的折射率及其分布等參數(shù)決定，也就是說改變上述參量即可產(chǎn)生光波相位的變化，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。但是，目前市場(chǎng)上的各類光探測(cè)器都是不能感知光波相位的變化，必須采用光的干涉技術(shù)將相位變化轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈴?qiáng)變化，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)外界物理量的檢測(cè)，因此，光相位調(diào)制應(yīng)包括兩部分，一是產(chǎn)生光波相位變化的物理機(jī)理；二是光的干涉。

1.3光相位調(diào)制第33頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1.2.3-6干涉調(diào)制原理1、利用干涉現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)光相位調(diào)制

利用干涉現(xiàn)象調(diào)制的關(guān)鍵是對(duì)光程差或相位差進(jìn)行調(diào)制。圖1.2.3-6所示是利用邁克爾遜干涉儀附加壓電晶體來完成光調(diào)制的原理圖。第34頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月2.光的衍射改變光的相位惠更斯-菲涅爾定理菲涅爾半波帶法夫瑯和費(fèi)衍射和菲涅爾衍射第35頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4光偏振調(diào)制原理：利用外界因素（應(yīng)力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等）可以改變特定光學(xué)媒質(zhì)的傳光特性，調(diào)制從中通過的光的偏振態(tài)（E矢量的方向等）。由偏振態(tài)的變化就可以測(cè)出相應(yīng)的外界因素。應(yīng)用：應(yīng)力分布、物質(zhì)成分分析、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電流測(cè)試與控制等方面。第36頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月起偏器，檢偏器，盛有液體旋光物質(zhì)的管子.

偏振光通過某些物質(zhì)后，其振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S線轉(zhuǎn)過一定的角度.

旋光現(xiàn)象旋光物質(zhì)能產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的物質(zhì).（如石英晶體、糖溶液、酒石酸溶液等）旋光儀觀察偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的儀器.（一）旋光現(xiàn)象第37頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

旋光現(xiàn)象1、物質(zhì)的旋光性：1811年實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家阿喇果發(fā)現(xiàn)，線偏振光通過某些透明物質(zhì)時(shí)，其偏振面將旋轉(zhuǎn)一定的角度。d偏振片2偏振化方向

單色自然光偏振片1偏振化方向光軸方向P2P’2石英晶片(不產(chǎn)生雙折射)（原消光）（現(xiàn)消光）第38頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于旋光性物質(zhì)的溶液設(shè)為偏振光通過旋光物質(zhì)后振動(dòng)面所轉(zhuǎn)過的角度為旋光物質(zhì)的濃度為旋光物質(zhì)的透光長(zhǎng)度為一與旋光物質(zhì)有關(guān)的常量對(duì)于固體旋光物質(zhì)為一與旋光物質(zhì)及入射光的波長(zhǎng)有關(guān)的有關(guān)的常量（一定）第39頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月2、旋光物質(zhì)的分類1）右旋物質(zhì)面對(duì)著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)為順時(shí)針的旋光物質(zhì).（如葡萄糖溶液）2）左旋物質(zhì)面對(duì)著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)為逆時(shí)針的旋光物質(zhì).（如蔗糖溶液）第40頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

(二）法拉第效應(yīng)（磁光效應(yīng)）某些物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下，線偏振光通過時(shí)其振動(dòng)面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)。光的電矢量E旋轉(zhuǎn)角θ與光在物質(zhì)中通過的距離L和磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比，即

利用法拉第效應(yīng)可以測(cè)量磁場(chǎng)。其測(cè)量原理如右圖所示。式中V—物質(zhì)的弗爾德常數(shù)。第41頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月法拉弟發(fā)現(xiàn)，許多物質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下可使穿過它的平面偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)（在光的傳播方向上加上強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)）法拉弟效應(yīng)（磁致旋光效應(yīng)）Ｈd第42頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度由經(jīng)驗(yàn)公式給出：

式中為靜磁通量，為光所穿越的媒質(zhì)長(zhǎng)度，是比例因子，稱費(fèi)爾德常數(shù)，一種特定媒質(zhì)的費(fèi)爾德常數(shù)隨頻率和溫度而變。第43頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際例子對(duì)于氣體，約為，固體和液體為的量級(jí)。如對(duì)于1厘米長(zhǎng)的樣品，高斯的磁場(chǎng)，，此時(shí)振動(dòng)面將轉(zhuǎn)動(dòng)。第44頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月顯然，法拉弟效應(yīng)可用來設(shè)計(jì)光調(diào)制器，欲提高效率必須每單位長(zhǎng)度的材料對(duì)光的吸收要盡量小，而偏振面旋轉(zhuǎn)的角度要盡量大，為此，人們研制了許多奇特的鐵磁材料，如ＬeCraw利用人工生長(zhǎng)的釔鐵石榴石（YIG）磁性晶體，它的費(fèi)爾德數(shù)可以達(dá)到(對(duì)波長(zhǎng)，溫度范圍)。第45頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月利用法拉第效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)

實(shí)驗(yàn)裝置圖

調(diào)制電壓恒定磁場(chǎng)起偏器起偏器第46頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

線偏振光從左面進(jìn)入晶體，橫向的直流磁場(chǎng)使YIG晶體在此方向上引起磁化飽和，而總的磁化強(qiáng)度矢量（由恒定磁場(chǎng)和線圈磁場(chǎng)所引起）可以改變方向，它對(duì)晶體軸的傾斜角度正比于線圈中的調(diào)制電流。因?yàn)榉ɡ苄D(zhuǎn)依賴于磁化強(qiáng)度的軸向分量，所以線圈電源控制了角，檢偏器按照馬呂定律把這一偏振調(diào)制轉(zhuǎn)換為振幅調(diào)制。也就是說，要傳遞的信息作為調(diào)制電壓加在線圈上，則出射的激光束以振幅變化的形式攜帶著信息。第47頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)當(dāng)指出的是，應(yīng)將法拉弟旋轉(zhuǎn)和旋光性旋轉(zhuǎn)加以區(qū)別，所指旋光性旋轉(zhuǎn)，是指入射線偏振光的電場(chǎng)振動(dòng)面在旋光材料中連接地旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的一個(gè)特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)方身與傳播方向有關(guān)，當(dāng)光線正反兩次通過一個(gè)旋光性物質(zhì)時(shí)，總旋轉(zhuǎn)角度為零，而法拉弟旋轉(zhuǎn)是與光傳播方向無關(guān)的，正反兩次通過法拉弟材料后，總的旋轉(zhuǎn)角度為。法拉弟旋轉(zhuǎn)和旋光性旋轉(zhuǎn)之區(qū)別第48頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月高反射膜這樣，為了獲得更大的法拉弟效應(yīng)，可以將放在磁場(chǎng)中的法拉弟材料做成平行六面體，使通光面對(duì)光線方向稍偏離垂直位置，并將兩面鍍層反射膜，只留入口和出口，這樣，若光束在其間反射次后出射，則有效旋光厚度為，則偏振面的旋轉(zhuǎn)角度將提高倍。第49頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

（三）光彈效應(yīng)在垂直于光波傳播方向上施加應(yīng)力，被施加應(yīng)力的材料將會(huì)使光產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，其折射率的變化與應(yīng)力有關(guān)，這種現(xiàn)象稱為光彈效應(yīng)。由光彈效應(yīng)產(chǎn)生的偏振光的相位變化為：式中：K—物質(zhì)光彈性常數(shù)；

P—施加在物體上的壓強(qiáng)；L—光波通過材料的長(zhǎng)度。此時(shí)出射光強(qiáng)為：

利用物質(zhì)的光彈效應(yīng)可以構(gòu)成壓力、振動(dòng)、位移等光纖傳感器。

第50頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月※關(guān)于雙折射現(xiàn)象的說明一束光在各向同性介質(zhì)（如玻璃）的表面所產(chǎn)生的折射光只有一束，這是一般的常識(shí)。然而，對(duì)于光學(xué)性質(zhì)隨方向而異的一些晶體（各向異性介質(zhì)），一束入射光常有被分解為兩束的現(xiàn)象，這就是雙折射現(xiàn)象。請(qǐng)注意，這種現(xiàn)象不是因?yàn)椴煌l率的光在介質(zhì)中的折射率不同而產(chǎn)生的，而是由于各向異性介質(zhì)的折射率對(duì)不同入射角的光不是常數(shù)而產(chǎn)生的。通過各向異性介質(zhì)折射的光，若對(duì)于任意的入射角，其入射角o光和e光示意圖角的不同而變化時(shí)，這種光稱為非尋常光，簡(jiǎn)稱為e光。o光和e光都是線偏振光，但是，光矢量（電矢量）等振動(dòng)方向不同。o光的電矢量垂直于自己的主平面，而e光的電矢量則在自己的主平面內(nèi)振動(dòng)，如上圖所示。在光彈效應(yīng)和普克爾效應(yīng)中所說的相位變化，實(shí)際上是指這兩種光的相位差。的正弦與折射角的正弦值比為一常數(shù)（即通常所說的折射率）時(shí)，這種光稱為尋常光，簡(jiǎn)稱為o光；若其入射角的正弦與折射角的正弦值比隨入射第51頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

（四）電光效應(yīng)1.普克爾效應(yīng)（一次電光效應(yīng)）當(dāng)壓電晶體受光照射，并在與光照正交的方向上加以高壓電場(chǎng)時(shí)，晶體將呈現(xiàn)雙折射現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為Pockels效應(yīng)，如下圖所示。并且，這種雙折射正比于所加電場(chǎng)的一次方，所以普克爾效應(yīng)又稱為線性電光效應(yīng)。在晶體中，兩正交的偏振光的相位變化為式中：n0—正常折射率；de—電光系數(shù)；U

—加在晶體片上的電壓；λ—光波長(zhǎng)；L

—晶體長(zhǎng)度；d

—場(chǎng)方向晶體厚度。第52頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月?克爾效應(yīng)某些各向同性的透明介質(zhì)（如非晶體和液體），在外電場(chǎng)的作用下，顯示出雙折射現(xiàn)象，稱為克爾效應(yīng)。當(dāng)外電場(chǎng)撤消時(shí)，這種性質(zhì)立即消失，因此，也稱為電致雙折射現(xiàn)象。光軸沿電場(chǎng)強(qiáng)度的方向??+-cc'兩光通過厚度為的液體時(shí)，光程差為：第53頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月若入射光的線偏振方向與外電場(chǎng)方向成450角，且M與N偏振方向相互垂直，調(diào)節(jié)電壓使其發(fā)生相長(zhǎng)干涉，則有：

若去掉盒內(nèi)電場(chǎng)，則沒有光從N透出。整個(gè)系統(tǒng)起“光開關(guān)”的作用。

通過控制外加電壓，可調(diào)節(jié)輸出的光脈沖的長(zhǎng)短和頻率，把電訊號(hào)轉(zhuǎn)變成光訊號(hào)。由于光電效應(yīng)幾乎沒有慣性，電訊號(hào)的控制速度可達(dá)10-9m/s?！肮忾_關(guān)”,“光調(diào)制器”“光斷續(xù)器”有極快的速度啟閉光路或調(diào)制光強(qiáng)，目前廣泛應(yīng)用于高速攝影、電影、電視和激光通訊等許多領(lǐng)域。

在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中，材料光學(xué)性質(zhì)的研究，在實(shí)際應(yīng)用中有著廣闊的前景。第54頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

利用外界因素改變光的頻率或光的波長(zhǎng)，通過檢測(cè)光的頻率或光的波長(zhǎng)的變化來測(cè)量外界的物理量的原理，稱為光的頻率和波長(zhǎng)調(diào)制。

1、頻率調(diào)制

光的頻率調(diào)制，主要是指光學(xué)多普勒頻移。光學(xué)中的多普勒現(xiàn)象是指由于觀測(cè)者和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀測(cè)者接收到的光波頻率產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。實(shí)際中大多數(shù)考慮移動(dòng)物體所散射光的頻移，這種情況可當(dāng)作一個(gè)雙重多普勒頻移來考慮，即先從光源到移動(dòng)的物體，然后由物體到觀測(cè)者。

設(shè)光源和觀測(cè)者都相對(duì)靜止，物體以V速度移動(dòng)（見圖1.2.3-16），1.5光頻率和波長(zhǎng)調(diào)制第55頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月QSPBβθ2ναθ1圖1.2.3-16多普勒頻移頻率調(diào)制第56頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月從光源S發(fā)出頻率為ν的光被物體P散射，P所觀測(cè)到的頻率為

（1）該頻率的光又被P重新發(fā)射出來，在Q處接收到的頻率為

（2）將式（1）代入式（2）并考慮實(shí)際物體速度V要比光速c小得多，可近似地求雙重多普勒頻移表達(dá)式

（3）令則式（3）可整理得第57頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月多普勒頻移可采用光混頻技術(shù)來測(cè)量，即將兩束頻率不同的光混頻，獲取差頻信號(hào)的光學(xué)零差和外差技術(shù)。設(shè)一束散射光與另一束參考光的頻率分別為、

，它們到達(dá)光電探測(cè)器表面的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為式中E01、E02為兩束光在光電探測(cè)器表面處的振幅；φ1、φ2為兩束光的初相。若兩束光為相干光，在光電探測(cè)器表面產(chǎn)生混頻，其合成的總電場(chǎng)強(qiáng)度為檢測(cè)器輸出的光信號(hào)I(t)正比于總電場(chǎng)的平方第58頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月式中B是常數(shù)。對(duì)上式作三角變換，略去光學(xué)頻率項(xiàng)，因?yàn)樵跈z測(cè)器輸出中不能觀察到此頻率，所以檢測(cè)器輸出光信號(hào)為式中第一項(xiàng)是直流分量，可用電容隔去；第二項(xiàng)是交流分量，其中交流頻率正是多普勒頻移△ν。激光多普勒測(cè)速技術(shù)就是根據(jù)光頻調(diào)制和光混頻技術(shù)發(fā)展起來的，它是研究流體流動(dòng)的有效手段，它的主要特點(diǎn)是空間分辨率和光束不干擾流動(dòng)，并具有跟蹤快速變化的能力。第59頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月波長(zhǎng)調(diào)制一一般原理二熱色物質(zhì)顏色變化的波長(zhǎng)調(diào)制三磷光光譜變化的波長(zhǎng)調(diào)制四黑體輻射的波長(zhǎng)調(diào)制五濾波器參數(shù)變化的波長(zhǎng)調(diào)制第60頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1.2.3-1