光电检测技术与光纤基础课件：第一章 光电检测应用中的基础知识

1、1光电检测技术与光纤基础2序光电检测技术与光纤基础是电子与通信专业的必修课之一；在许多领域有广泛及重要的应用：民用（光纤通信、手机、显示器、遥控装置、医学成像、安防监控、航天);军用公安（制导、红外成像、指纹识别);科研例子：手机-高科技的结晶（本课程的主要应用之一）3随着现代信息检测技术的发展，光子技术与微电子技术结合，相互交叉、相互渗透与补充已经成为信息科学技术的主体之一,具有越来越大的竞争力.序信息检测技术光学检测技术电子检测技术易与物质发生联系，传播速度快,频带宽，信息容量大易存储，可转移，好控制光电检测技术4本课程的主要内容第一章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源

2、第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器5学习建议1、理论结合实践2、看相关的参考书3、跟踪最新技术发展4、相互讨论学习（考试不是目的）6第一章 光电检测应用中的基础知识被测对像光学系统光电转换被测对象的信息加载光源信息载体光电探测器信息处理光电检测系统组成：放大边缘检测电动机驱动门控处理主振激光外径扫描仪原理图例1：例2：光纤通信系统例3：照度计分内调制与外调制两种例4：光学相干层析成像（OCT，Optical Coherence Tomography）迈克耳孙干涉仪原理框图实际

3、的光纤连接光路已发展到临床应用的第三代设备老鼠大脑微细血管分布例5：人类首次直接探测到了引力波！验证了爱因斯坦100年前的预言激光干涉引力波天文台立下大功美国当地时间2月11日上午10点30分（北京时间2月11日23点30分），美国国家科学基金会（NSF）召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布。激光迈克耳孙干涉仪的光路两台孪生引力波探测器分别在华盛顿州的汉福德（左）和路易斯安那州的列文斯顿，彼此相距3000公里控制室科学家检查光学部件结论灵敏度到达质子大小的千分之一探测到的引力波信号初始频率为35赫兹，接着迅速提升到了250赫兹，最后变

4、得无序而消失，整个过程持续了仅四分之一秒。位于利文斯顿的探测器比位于汉福德的探测器早探测到7毫秒，这个时间差表明引力波是从南部天区传来，以光速传播。两个黑体的结合释放出的能量经13亿光年到达地球探测历程上世纪60年代，马里兰大学的物理学家韦伯教授研制共振型引力波探测器 ，获得假信号；LIGO于1999年初步建成；2002年开始运行；2007年，LIGO进行了一次升级改造，2009年7月，增强LIGO开始运行直到2010年10月结束。一无所获；2010年，LIGO进行了为期五年的重大升级改造，改造之后的探测器灵敏度要求提高10倍，被称为“先进LIGO”；LIGO于2015年9月14日探测到的信号

5、。目前主流的引力波探测器都是这种基于迈克耳孙干涉仪的原理。还有德国和英国合作的GEO600、法国和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及计划中的LCGT、澳大利亚计划中的AIGO以及印度计划中的LIGO-India。中大正在开展“天琴”计划。PTA、LISA（eLISA）与LIGO（aLIGO）三种方式分别探测不同频率的引力波，构成互补关系。1.1 辐射度学和光度学基本概念紫外辐射可见光辐射X光辐射红外光辐射红、橙、黄、绿、青、蓝、紫(100380nm)(380780nm)（10100nm)(780nm1mm)太赫兹辐射微波 无线电波(30m3mm)电磁辐射产生，特性，应用1.辐射度

6、学对各种电磁辐射进行定量评价的一门科学评价对象：电磁辐射2.光度学评价对象：可见光辐射对可见辐射作用于人眼所引起的“光”感觉进行定量评价，是一种生理效应用下标(e)用下标(v)1.1.1 辐射度学基本物理量1. 辐射功率（辐射通量）对于辐射源-单位时间内向空间各个方向发射的总能量。单位：W（瓦特）对于电磁波的传播-单位时间通过某一截面的电磁波能量对于电磁波的接收-单位时间内某一截面接收到的电磁能发射A1A2传播A接收如果是多波长辐射，则有：光谱功率谱密度定义：单位时间通过某面积的辐射能 点辐射源: 在某一方向上，在单位立体角内发出的辐射通量（描述辐射体在不同方向上的辐射特性）。2、辐射强度单位

7、：向空间各个方向辐射均匀的点光源：如果辐射是多波长的电磁波则：如果辐射不均匀，则方向上的辐射强度，可表示为：d3、辐射亮度-表征面辐射源辐射强弱并与辐射面特性有关的物理量。面元 dS 在方向的辐射亮度定义为：此面元在方向d体积角内的辐射通量de 除立体角的大小d 和此面元在观测方向上的表观面积cos(dS) 。如果是多波长辐射则：如果辐射不均匀，则方向上的辐亮度，可表示为：N单位：4、辐射出射度- 辐射源单位时间由单位表面积辐射出的电磁能（包括所有方向） ，或者说单位辐射面发出的辐通量。用来描述辐射体表面不同位置的辐射特性。dS1dS2单位：W/m2- 受照面上单位时间单位表面积接受的辐射能，

8、或单位表面积接受的辐通量。5、辐照度单位：W/m2dA1dA2同样有：同样有：29光电检测技术与光纤基础黄佐华Email:电话：1371006720930序光电检测技术与光纤基础是电子与通信专业的必修课之一；在许多领域有广泛及重要的应用：民用（光纤通信、手机、显示器、遥控装置、医学成像、安防监控、航天);军用公安（制导、红外成像、指纹识别);科研例子：手机-高科技的结晶（本课程的主要应用之一）31随着现代信息检测技术的发展，光子技术与微电子技术结合，相互交叉、相互渗透与补充已经成为信息科学技术的主体之一,具有越来越大的竞争力.序信息检测技术光学检测技术电子检测技术易与物质发生联系，传播速度快,

9、频带宽，信息容量大易存储，可转移，好控制光电检测技术32本课程的主要内容第一章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器33学习建议1、理论结合实践2、看相关的参考书3、跟踪最新技术发展4、相互讨论学习（考试不是目的）34第一章 光电检测应用中的基础知识被测对像光学系统光电转换被测对象的信息加载光源信息载体光电探测器信息处理光电检测系统组成：放大边缘检测电动机驱动门控处理主振激光外径扫描仪原理图例1：例2：光纤通信系统例3：照度计

10、分内调制与外调制两种例4：光学相干层析成像（OCT，Optical Coherence Tomography）迈克耳孙干涉仪原理框图实际的光纤连接光路已发展到临床应用的第三代设备老鼠大脑微细血管分布例5：人类首次直接探测到了引力波！验证了爱因斯坦100年前的预言激光干涉引力波天文台立下大功美国当地时间2月11日上午10点30分（北京时间2月11日23点30分），美国国家科学基金会（NSF）召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布。激光迈克耳孙干涉仪的光路两台孪生引力波探测器分别在华盛顿州的汉福德（左）和路易斯安那州的列文斯顿，彼此相距30

11、00公里控制室科学家检查光学部件结论灵敏度到达质子大小的千分之一探测到的引力波信号初始频率为35赫兹，接着迅速提升到了250赫兹，最后变得无序而消失，整个过程持续了仅四分之一秒。位于利文斯顿的探测器比位于汉福德的探测器早探测到7毫秒，这个时间差表明引力波是从南部天区传来，以光速传播。两个黑体的结合释放出的能量经13亿光年到达地球探测历程上世纪60年代，马里兰大学的物理学家韦伯教授研制共振型引力波探测器 ，获得假信号；LIGO于1999年初步建成；2002年开始运行；2007年，LIGO进行了一次升级改造，2009年7月，增强LIGO开始运行直到2010年10月结束。一无所获；2010年，LIG

12、O进行了为期五年的重大升级改造，改造之后的探测器灵敏度要求提高10倍，被称为“先进LIGO”；LIGO于2015年9月14日探测到的信号。目前主流的引力波探测器都是这种基于迈克耳孙干涉仪的原理。还有德国和英国合作的GEO600、法国和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及计划中的LCGT、澳大利亚计划中的AIGO以及印度计划中的LIGO-India。中大正在开展“天琴”计划。PTA、LISA（eLISA）与LIGO（aLIGO）三种方式分别探测不同频率的引力波，构成互补关系。1.1 辐射度学和光度学基本概念紫外辐射可见光辐射X光辐射红外光辐射红、橙、黄、绿、青、蓝、紫(100380n

13、m)(380780nm)（10100nm)(780nm1mm)太赫兹辐射微波 无线电波(30m3mm)电磁辐射产生，特性，应用1.辐射度学对各种电磁辐射进行定量评价的一门科学评价对象：电磁辐射2.光度学评价对象：可见光辐射对可见辐射作用于人眼所引起的“光”感觉进行定量评价，是一种生理效应用下标(e)用下标(v)1.1.1 辐射度学基本物理量1. 辐射功率（辐射通量）对于辐射源-单位时间内向空间各个方向发射的总能量。单位：W（瓦特）对于电磁波的传播-单位时间通过某一截面的电磁波能量对于电磁波的接收-单位时间内某一截面接收到的电磁能发射A1A2传播A接收如果是多波长辐射，则有：光谱功率谱密度定义：

14、单位时间通过某面积的辐射能 点辐射源: 在某一方向上，在单位立体角内发出的辐射通量（描述辐射体在不同方向上的辐射特性）。2、辐射强度单位：向空间各个方向辐射均匀的点光源：如果辐射是多波长的电磁波则：如果辐射不均匀，则方向上的辐射强度，可表示为：d3、辐射亮度-表征面辐射源辐射强弱并与辐射面特性有关的物理量。面元 dS 在方向的辐射亮度定义为：此面元在方向d体积角内的辐射通量de 除立体角的大小d 和此面元在观测方向上的表观面积cos(dS) 。如果是多波长辐射则：如果辐射不均匀，则方向上的辐亮度，可表示为：N单位：4、辐射出射度- 辐射源单位时间由单位表面积辐射出的电磁能（包括所有方向） ，或

15、者说单位辐射面发出的辐通量。用来描述辐射体表面不同位置的辐射特性。dS1dS2单位：W/m2- 受照面上单位时间单位表面积接受的辐射能，或单位表面积接受的辐通量。5、辐照度单位：W/m2dA1dA2同样有：同样有：57光电检测技术与光纤基础黄佐华Email:电话：1371006720958序光电检测技术与光纤基础是电子与通信专业的必修课之一；在许多领域有广泛及重要的应用：民用（光纤通信、手机、显示器、遥控装置、医学成像、安防监控、航天);军用公安（制导、红外成像、指纹识别);科研例子：手机-高科技的结晶（本课程的主要应用之一）59随着现代信息检测技术的发展，光子技术与微电子技术结合，相互交叉、

16、相互渗透与补充已经成为信息科学技术的主体之一,具有越来越大的竞争力.序信息检测技术光学检测技术电子检测技术易与物质发生联系，传播速度快,频带宽，信息容量大易存储，可转移，好控制光电检测技术60本课程的主要内容第一章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器61学习建议1、理论结合实践2、看相关的参考书3、跟踪最新技术发展4、相互讨论学习（考试不是目的）62第一章 光电检测应用中的基础知识被测对像光学系统光电转换被测对象的信息加载光

17、源信息载体光电探测器信息处理光电检测系统组成：放大边缘检测电动机驱动门控处理主振激光外径扫描仪原理图例1：例2：光纤通信系统例3：照度计分内调制与外调制两种例4：光学相干层析成像（OCT，Optical Coherence Tomography）迈克耳孙干涉仪原理框图实际的光纤连接光路已发展到临床应用的第三代设备老鼠大脑微细血管分布例5：人类首次直接探测到了引力波！验证了爱因斯坦100年前的预言激光干涉引力波天文台立下大功美国当地时间2月11日上午10点30分（北京时间2月11日23点30分），美国国家科学基金会（NSF）召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华

18、盛顿特区国家媒体中心宣布。激光迈克耳孙干涉仪的光路两台孪生引力波探测器分别在华盛顿州的汉福德（左）和路易斯安那州的列文斯顿，彼此相距3000公里控制室科学家检查光学部件结论灵敏度到达质子大小的千分之一探测到的引力波信号初始频率为35赫兹，接着迅速提升到了250赫兹，最后变得无序而消失，整个过程持续了仅四分之一秒。位于利文斯顿的探测器比位于汉福德的探测器早探测到7毫秒，这个时间差表明引力波是从南部天区传来，以光速传播。两个黑体的结合释放出的能量经13亿光年到达地球探测历程上世纪60年代，马里兰大学的物理学家韦伯教授研制共振型引力波探测器 ，获得假信号；LIGO于1999年初步建成；2002年开始

19、运行；2007年，LIGO进行了一次升级改造，2009年7月，增强LIGO开始运行直到2010年10月结束。一无所获；2010年，LIGO进行了为期五年的重大升级改造，改造之后的探测器灵敏度要求提高10倍，被称为“先进LIGO”；LIGO于2015年9月14日探测到的信号。目前主流的引力波探测器都是这种基于迈克耳孙干涉仪的原理。还有德国和英国合作的GEO600、法国和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及计划中的LCGT、澳大利亚计划中的AIGO以及印度计划中的LIGO-India。中大正在开展“天琴”计划。PTA、LISA（eLISA）与LIGO（aLIGO）三种方式分别探测不同频率的引力波，构成互补关系。1.1 辐射度学和光度学基本概念紫外辐射可见光辐射X光辐射红外光辐射红、橙、黄、绿、青、蓝、紫(100380nm)(380780nm)（10100nm)(780nm1mm)太赫兹辐射微波 无线电波(30m3mm)电磁辐射产生，特性