光源和光探测器

1、辐射度量辐射度量符号符号单位单位光度量光度量符号符号单位单位辐辐 射射 能能QeJ光量光量Qvlm s辐辐 射射 通量通量eW光通量光通量vlm辐辐 射射 照度照度EeWm-2 光光 照度照度Evlx=lm m-2辐辐 射射 出度出度MeW m-2 光光 出射出射度度Mvlm m-2辐辐 射射 强度强度IeWsr-1发光强度发光强度Ivcd=lmsr-1辐辐 射射 亮度亮度LeW m-2 sr-1 光光 亮度亮度Lvcdm-2辐射度量与光度量对照表辐射度量与光度量对照表光电仪器中的常用光源光电仪器中的常用光源光源光源热辐射光源热辐射光源太阳、白炽灯、卤钨灯太阳、白炽灯、卤钨灯、黑体辐射器、黑体

2、辐射器气体放电光源气体放电光源汞灯、荧光灯、氙灯、空心阴极灯汞灯、荧光灯、氙灯、空心阴极灯固体发光光源固体发光光源场致发光灯、场致发光灯、发光二极管发光二极管激光器激光器气体激光器气体激光器固体激光器固体激光器半导体激光器半导体激光器瑞利瑞利-琼斯琼斯T=1646k),(0TM实验实验维恩理论值维恩理论值瑞利瑞利-琼斯琼斯普朗克理论值普朗克理论值3. 从方程可以看出光电子初动能和照射光的从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率频率 成线性关系。成线性关系。 爱因斯坦对光电效应的解释：爱因斯坦对光电效应的解释：2. 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，电子只要吸收一个光子就可以从金属

3、表面逸出， 所以无须时间的累积。所以无须时间的累积。1. 1. 光强越大，光子数越多，释放的光电子也越多，光强越大，光子数越多，释放的光电子也越多， - - 所以所以 ，光电流也越大。，光电流也越大。4.4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到 红限频率：红限频率：hA 0Amvhm221康普顿散射的康普顿散射的实验结果与光的波动说相矛盾实验结果与光的波动说相矛盾电子作受迫振动电子作受迫振动辐射频率不会发生变化辐射频率不会发生变化与实验结果相矛盾与实验结果相矛盾光是电磁波光是电磁波2 2、光子理论解释、光子理论解释 (2) (2)光子与实物粒子一样，

4、能与电子等粒子作弹性碰撞。光子与实物粒子一样，能与电子等粒子作弹性碰撞。(1)(1)X X 射线由射线由 的光子组成；的光子组成；h光的本性光的本性 光在被物质发射和接收时表现为粒子；光在被物质发射和接收时表现为粒子； 在空间传播时只能用波动对它的行为作概在空间传播时只能用波动对它的行为作概率性的描述，谈论光子的轨迹是没有意义率性的描述，谈论光子的轨迹是没有意义的。的。 一旦光子被探测到，整个光波就立即坍缩一旦光子被探测到，整个光波就立即坍缩到一点，无论原来分布得多么广阔。到一点，无论原来分布得多么广阔。光辐射探测器分类光辐射探测器分类光光辐辐射射探探测测器器光光电电探探测测器器真真空空光光电

5、电器器件件光电管光电管光电倍增管光电倍增管真空摄像管真空摄像管变像管变像管像增强器像增强器固固体体光光电电器器件件光敏电阻光敏电阻光电池光电池光电二极管光电二极管光电三极管光电三极管光电耦合器光电耦合器位置传感器（位置传感器（PSD）电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）热探测器热探测器热电偶和热电堆热电偶和热电堆测热辐射计测热辐射计热释电探测器热释电探测器 光电池光电池 光生伏特效应指半导体材料光生伏特效应指半导体材料P-NP-N结受到光照后结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。的光电池是常用的光生伏特型

6、器件。+-PN例例: :光电鼠标就是利用光电鼠标就是利用LEDLED与光敏晶体管组合来与光敏晶体管组合来 测量位移。测量位移。英国英国“风筝风筝”单兵武器微光瞄准单兵武器微光瞄准镜镜在在SA805.56毫米枪上使用。毫米枪上使用。重不超过重不超过1千克，弱月光下观察距千克，弱月光下观察距离离600米，在星光下米，在星光下400米。米。美国美国AN/PVS-5A微光夜视眼镜微光夜视眼镜它可在它可在200米内发现人，在米内发现人，在136米内识别人，在米内识别人，在565米内发现坦克，在米内发现坦克，在395米内识别坦克。米内识别坦克。俄俄ISD-29芯片芯片科学级科学级CCD相机相机医学射线图像

7、医学射线图像X-Ray Imaging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 波前上的每一点都可波前上的每一点都可看作是新的球面子波看作是新的球面子波源源, ,子波包络面就是新子波包络面就是新的波前的波前, ,空间某点的光空间某点的光振动是这些子波的相振动是这些子波的相干叠加干叠加. .dSrP.S菲涅耳衍射与菲涅耳衍射与夫朗和费衍射的区别：夫朗和费衍射的区别：1几何位置几何位置1 菲涅耳衍射或近场衍射菲涅耳衍射或近场衍射2 夫琅禾费衍射或远场衍射夫琅禾费衍射或远场衍射 菲涅耳衍射菲涅耳衍射夫朗和费衍射夫朗和费衍射菲涅耳近似中，使得相位中保留了菲涅耳近似中，使得相位中保

8、留了x0和和y0的线的线性项和二次项，实质是傍轴条件下球面波的二次性项和二次项，实质是傍轴条件下球面波的二次曲面近似，该近似成立的区域称为菲涅耳衍射区。曲面近似，该近似成立的区域称为菲涅耳衍射区。菲涅耳近似条件下，进一步增大菲涅耳近似条件下，进一步增大z，由于进一步，由于进一步的远场近似，相位中保留了的远场近似，相位中保留了x0和和y0的线性项，的线性项，是球面波过渡到平面波。是球面波过渡到平面波。夫朗和费单缝衍射图样特征夫朗和费单缝衍射图样特征0.0470.0171I / I00相对光强曲线相对光强曲线0.0470.017a/2 a/ a/ a/2 sin0.0470.0171I / I00

9、相对光强曲线相对光强曲线0.0470.017a/2 a/ a/ a/2 sin1主极大主极大2次极大高级衍射斑次极大高级衍射斑4线宽度线宽度3角宽度角宽度光源位置、缝宽、波长等参数光源位置、缝宽、波长等参数对衍射图样的影响对衍射图样的影响多缝衍射多缝衍射多缝衍射图样的主要特征多缝衍射图样的主要特征主极大位置和光强主极大位置和光强极小（零点）位置：极小（零点）位置：mdsin )Nmmdsin（光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率D22.1主极大的半角宽度主极大的半角宽度巴比涅原理巴比涅原理阿贝成像原理阿贝成像原理物是一系列不同空间频率的集合物是一系列不同空间频率的集合.入射光经物平入射光经物平面发

10、生夫琅和费衍射面发生夫琅和费衍射,在透镜焦面（频谱面）上在透镜焦面（频谱面）上形成一系列衍射光斑形成一系列衍射光斑,各衍射光斑发出的球面次各衍射光斑发出的球面次波在相面上相干叠加波在相面上相干叠加,形成像形成像.二元振幅滤波器，透射率是二元振幅滤波器，透射率是0或或1；低通滤波器，可滤掉高频分量而保留低频分量，低通滤波器，可滤掉高频分量而保留低频分量，滤掉高频噪声；滤掉高频噪声；高通滤波器边框突出高通滤波器边框突出带通滤波器通过特定的频率带通滤波器通过特定的频率全息照相与传统照相的区别全息照相与传统照相的区别1基本原理基本原理2图像特征图像特征3存储方式存储方式4对光源的要求（具有较好的时间相

11、干性对光源的要求（具有较好的时间相干性和空间相干性）和空间相干性）第八章第八章光在各向异性介质中的传光在各向异性介质中的传播播 双折射现象（双折射现象（o光、光、e光的区别）光的区别）光e光o用惠更斯作图法解释光的双折射现象用惠更斯作图法解释光的双折射现象七种偏振态的检验七种偏振态的检验把检偏器对着被检光旋转一周，若得到把检偏器对着被检光旋转一周，若得到两明两零两明两零 光强不变光强不变 两明两暗两明两暗线线偏偏振振光光在光路中插入在光路中插入1/41/4波片，波片，再旋转检偏器，若得再旋转检偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/41/4波片波片, ,并使光轴与检并使光轴与检得的暗方位相重合得

12、的暗方位相重合, ,再旋转检偏器再旋转检偏器, ,若若两明两明两零两零则为则为光强光强不变不变则为则为两明两明两暗两暗则为则为圆圆偏偏光光自自然然光光自加自加然圆然圆光偏光偏 光光椭椭圆圆偏偏光光自加自加然线然线光偏光偏 光光自椭自椭然圆然圆光偏光偏加光加光两明两明两零两零则为则为两明两暗两明两暗但暗程度但暗程度与前不同与前不同则为则为两明两暗两明两暗但暗方位但暗方位与未插入与未插入1/4波片时波片时相同则为相同则为起偏检偏和偏振干涉的有关计算起偏检偏和偏振干涉的有关计算磁致旋光物质与天然旋光物质有何区别，磁致旋光物质与天然旋光物质有何区别，光隔离器的原理。光隔离器的原理。00yyxxzik0

13、0，）y（x2zikikzydx）ey(xEeie)(x，E0022zyt00E xx（ ） （ ）)(E(x)E）（0 xxzik0dxexC(x)E0taiksin2a2t0 x00E( )Cxedx（ ）sinx zasinasinsina）（ Csin0A)(E0AaCasin狭缝边缘与中心的光狭缝边缘与中心的光波在该点相位差波在该点相位差20sin(）II 上式称为单缝衍射的强度公式上式称为单缝衍射的强度公式强度强度因子因子aiksin2a2t0 x00E( )Cxedx（ ）DfS夫朗和费单缝衍射装置和现夫朗和费单缝衍射装置和现象象L1L2AEA：单缝：单缝E：屏幕：屏幕L1、 L

14、2 透镜透镜a中央中央明纹明纹 线宽度线宽度中央亮纹的线宽度：中央亮纹的线宽度：af2f2ftg2x0 半半 第第K K级级次极大次极大条纹的线宽度：条纹的线宽度：affx x 0 观测屏观测屏I0透镜透镜f1 x0 xx 0 观测屏观测屏I0透镜透镜f1 0 观测屏观测屏I0透镜透镜f1 0 0 观测屏观测屏I0透镜透镜f1 观测屏观测屏I0透镜透镜f1 x0 x0S1S2I5.14D22.1多缝干涉多缝干涉单缝衍射单缝衍射k=6k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=-6光栅衍射光栅衍射5.20例例:单缝夫琅禾费衍射中单缝夫琅禾费衍射中,若将缝宽若将

15、缝宽a变窄变窄,会聚会聚透镜沿透镜沿y轴微小位移轴微小位移,讨论屏幕讨论屏幕C上的中央明纹上的中央明纹的变化的变化.解：由解：由 kasin取取1k第一级极小条件：第一级极小条件：sinasina缝宽缝宽a变窄，变窄，中央明纹对应的角宽度变大。中央明纹对应的角宽度变大。所以中央明纹变宽，同时上移。所以中央明纹变宽，同时上移。axfPsinaP/例例. 在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距1.2m。试问汽车离人多远的地方，眼睛才。试问汽车离人多远的地方，眼睛才可能分辨这两盏前灯可能分辨这两盏前灯?假设夜间人眼瞳孔直假设夜间人眼瞳孔直径为径为5.0mm，而入射光波长，而

16、入射光波长 =550.0nm。解：解：d1.22=xl=d1.22=8.94103 (m) =xld1.221.2255010-9=510-31.2I*S1S20 Ldmin全息照相与传统照相的区别全息照相与传统照相的区别 成像原理不同（几何共轭，光的干涉衍射成像原理不同（几何共轭，光的干涉衍射原理）原理） 对光源的要求不同（是否需要相干照明）对光源的要求不同（是否需要相干照明） 存储原理不同（容量、信息特点）存储原理不同（容量、信息特点） 图象的特征（三维、二维）图象的特征（三维、二维） 结构几何位置关系结构几何位置关系 8.1如果起偏振器和检偏振器的偏振化方向之间的如果起偏振器和检偏振器的

17、偏振化方向之间的 夹角为夹角为300 (1)假定偏振片是理想的，则非偏振光假定偏振片是理想的，则非偏振光通过起偏振器和检偏振器后，其出射光强通过起偏振器和检偏振器后，其出射光强与原来光强之比是多少与原来光强之比是多少? (2)如果起偏振器和检偏振器分别吸收了如果起偏振器和检偏振器分别吸收了10%的可通过光线，则出射光强与原来光强的可通过光线，则出射光强与原来光强之比是多少之比是多少? (1)设自然光光强为设自然光光强为I0，通过第一偏振片，通过第一偏振片 后的光强为后的光强为cos2I=I21=cos2300I0=I21I0=21322=0.375II021=cos2300通过起偏器后的光强为

18、：通过起偏器后的光强为：解：解： =0.304=cos2300II(110)121=cos2300I2I0(110)1=21I0I(110)1=21cos2300I02(110)1(2)考虑偏振片的吸收考虑偏振片的吸收 8.2 图中图中P1和和P2是两个偏振片。是两个偏振片。C为四分之一为四分之一波片，其光轴与波片，其光轴与P1的偏振化方向加角为的偏振化方向加角为600光强为光强为I0单色自然光垂直入射于单色自然光垂直入射于P1，（1）画出）画出132区光的偏振状态区光的偏振状态（2）计算各区的光强）计算各区的光强P1OP2123P1OP2123解：解： 1区光强区光强 201II 四分之一波片能够使通过它的四分之一波片能够使通过它的O光与光与e光光程光光程差差4但光强不变，故但光强不变，故 2 区光强区光强 201II 通过四分之一波片通过四分之一波片e光