绪论近代光学测试技术课件

1、近代光学测试技术张登伟精品课件课程安排参考书: 光学测试技术，刘承等编著，电子工业出版社近代光学测试技术，杨国光主编，浙江大学出版社光电测试技术，范志刚等编，电子工业出版社其他相关文献资料平时成绩 （作业、讨论等）50，考试或论文50秋,周二,8-9节(下午3-4),玉泉教7-408(多) 周四.8-9节(下午3-4).玉泉教7-408(多)精品课件学院网页，课程中心（暂未开通）探讨,请发EMAIL: 密码：zjuopt2016微信微信liebecc1204，拉入 “近代光学测试技术微信群”交流平台精品课件清楚光学测试技术的原理熟悉光学测试系统的基本组成部分 掌握典型

2、的光学测试系统将光学测试技术应用于科学研究及工程项目 课程目标精品课件绪论第一章 光干涉技术第二章 光纤传感技术第三章 微弱光电流信号检测技术第四章 光调制与光扫描技术第五章 光衍射技术第六章 光纳米传感与测量技术课程主要内容精品课件绪论第一章 光干涉技术第二章 光纤传感技术第三章 微弱光电流信号检测技术第四章 光调制与光扫描技术第五章 光衍射技术第六章 光纳米传感与测量技术课程主要内容精品课件了解光学测试技术涵盖的内容了解光学测试系统的基本组成部分 了解光学测试技术的特点接触光学测试技术本讲要点精品课件近代光学测试技术概论光学是物理学众多学科中最古老的学科之一。在古代，人们除了认识到光的直线

3、传播、反射定律和不完全的折射定律外，对光学知识没有进一步的深入认识。近代光学史是从十七世纪初开普勒的光学研究开始，以望远镜和显微镜的发明而发展起来的。自19世纪70年代开始由于激光技术、光波导技术、数字技术、计算机技术以及傅里叶光学的出现，使光学发展成近代光学。以激光为代表的近代光学促使光学测试技术出现更多新方法和新技术，从而开始形成近代光学测试技术。精品课件光学测试技术的研究领域序号领域名称主要内容1光学成像光放大技术，CCD成像技术，PSD（位置传感）技术，自准直技术，光扫描技术，图像处理技术2光偏振双折射效应，椭偏技术，光弹效应，Pockels电光效应，Kerr电光效应，Faraday磁

4、光效应3光干涉共路干涉技术，切剪干涉技术，外差及零差干涉技术，多光束干涉技术精品课件光学测试技术的研究领域4光度与色度发光与分光测量，光度与照度测量，颜色评价，色度测量，生理光学5光谱检测棱镜光谱技术，光栅光谱技术，喇曼光谱技术，原子吸收光谱技术6光电光电与光电倍增技术，摄像技术，红外技术，微光技术7光散射喇曼散射，米氏散射，布里渊散射，偏振散射8其他光物理泰伯效应，薄膜技术，多普勒技术，频谱技术，量子隧道效应精品课件光学测试技术 近代光学测试技术激光技术、光波导技术、数字技术、计算机技术以及傅里叶光学精品课件近代光学测试技术的研究领域序号领域名称主要内容应用方向1激光干涉激光光束干涉，激光外

5、差干涉，剪切干涉，数字波面干涉。光波长和频率的测量；激光光谱的分析和测量；长度与位移的测量；波面与面型的测量；表面微观形貌的测量；以及角度、应力应变、磁场、直线度和同轴度等物理量的传感等。2光全息全息干涉，全息等高线技术，多顾全息技术，计算机全息实时全息技术相息图和二元光学元件；全息光学元件；全息高密度信息存储；全息干涉计量；全息显微术等。3光散斑客观散斑法，散斑干涉法，散斑剪切法，白光散斑法，实时全息技术物体应变的测量，测量振动，测量透明物质的位移精品课件近代光学测试技术的研究领域4莫尔条纹 莫尔条纹法，莫尔条纹拓扑技术长度及位移测量；数字控制及伺服跟踪；速比测量和校正；轮廓和变形测量等。

6、5光衍射间隙法，反射衍射法，互补法，全场衍射测量,光栅衍射法 间隙和间隙变化的测量；位移和间隙的远距离测量；表面缺陷的自动检测；细丝及薄带的尺寸测量；角度的精密测量；全场测量及波前测量等。6光扫描激光扫描，外差扫描，扫描定位，白光扫描技术，扫描频谱法，无定向扫描，三维扫描 激光扫描定位；表面特征检测；激光打印等。精品课件近代光学测试技术的研究领域7光纤传感功能型光纤传感技术，非功能型光纤传感技术，光纤光栅技术，分布式光纤技术光纤灵巧结构惯性导航中的应用；水声、磁、核辐射、激光、生化等告警应用；机器人触觉传传感；光纤延迟线等 8激光多普勒多普勒测速，差动多普勒技术，激光多普勒技术多普勒测速；外差

7、测振；测长等。 9光学纳米测量倏逝波技术，近场扫描技术，表面等离子体共振技术，光学隧道显微术，激光力显微术，原子力显微术显微测量，微结构及纳米结构的测量等 10CCD成像TV法，CCD法，PSD法，数字图像法，光信息处理法，三角法测量技术条纹的自动分析、光学元件的质量评价，位移及角度的测量精品课件近代光学测试技术的研究领域11激光光谱激光喇曼光谱，激光荧光光谱，激光原子吸收光谱，微区光谱，光声光谱大气污染监测，超短脉冲光谱，光电流光谱12光调制强度的空间调制，强度的时间调制，频率调制，相位调制，偏振态调制抑制背景噪声，精确测量物理量精品课件近代光学测试技术的应用领域军事领域的应用卫星上的应用航

8、空领域的应用国防上的应用航天领域的应用工业领域的应用医疗领域的应用精品课件在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。精品课件精品课件精品课件精品课件21在军事上的应用为潜艇实现精确惯性导航2009年9月，英国BAE公司与IXSEA签订合同，为皇家海军四艘“HMS Audacious”的Astute级核攻击潜艇装备MARINS惯导系统，同时还计划为后续的第五至七艘潜艇装备同样的系统。精品课件22 潜艇惯导中使用的超高精度光纤陀螺 Honeywell公司与波音公司联合研制光纤陀螺导航仪取代静电陀螺，作为Trident弹道导弹战略级潜艇

9、的惯性基准。 2006年ADM光纤陀螺随机游走0.00009/ h1/2，零偏稳定性0.00023/h，标度因数稳定性0.3ppm。精品课件23在卫星定向中的应用 IXSEA应用于空间定位的Astrix200光纤陀螺， L=5000m，D=180mm。 精品课件在航空领域的应用客机直升机高速铁路轨检仪卫星无人机精品课件在航空领域的应用精品课件美国国家导弹防御计划-NMD在国防领域的应用1.地基拦截器2.早期预警系统3.前沿部署(如雷达）4.管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统 监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道； 拦截器：能识别真假弹头，敌友方精品课件“阿波罗10”：火

10、箭部分-2077个传感器飞船部分-1218个传感器检测参数-加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学神州飞船：185台（套）仪器装置全景光学环带相机拍摄的地球照片在航天领域的应用精品课件在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%在工业领域的应用激光w参考物Pl8/7/2022精品课件土木行业：水立方健康安全监测电力行业：风力发电叶片健康安全监测航空：直升机旋翼健康安全监测石化：海洋平台冰激安全健康监测轨道交通：铁路地基变形监测在工业领域的应用石化行业：储油罐温度监测精品课件光探测与显示技术发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状

11、况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等 汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 精品课件激光测振，测角精品课件精品课件在医学领域应用精品课件PET成像技术在医学领域应用精品课件光学测试系统的组成部分精品课件二氧化碳激光器光纤激光器激光

12、器光源精品课件HE-NE 激光器激光器光源精品课件LD半导体激光器光源精品课件LED全彩屏的大、中、小屏幕显示装置颜色变化的背光光源汽车内外的照明和显示装置航空、航海、铁路等交通信号指示用的特种照明灯2010年全球市场80亿美金2011108亿美金LED光源精品课件OLED技术光源精品课件光栅Plane Ruled Reflectance Gratings Concave Ruled Reflectance Gratings Plane Transmission Gratings 光学元件精品课件光学元件棱镜、滤光片、光阑、透镜等精品课件探测器精品课件常用的光学测试技术光干涉技术光衍射技术（莫

13、尔条纹技术）光全息技术激光多普勒技术光纤传感技术光纳米传感及测量技术光调制、解调及扫描技术电信号采样及处理技术精品课件常用的光学测试技术光干涉技术光衍射技术（莫尔条纹技术）光全息技术激光多普勒技术光纤传感技术光纳米传感及测量技术光调制解调及扫描技术（激光多普勒技术）电信号采样及处理技术精品课件波面干涉仪光干涉技术精品课件共路干涉技术光干涉技术精品课件剪切干涉技术光干涉技术精品课件剪切干涉仪THORLABS公司（美国）光干涉技术精品课件剪切干涉仪性能指标型号JQG-1型（简易型）特点剪切平板固定剪切板材料通光口径最小可检验光束直径剪切量楔角名义值高质量K9玻璃，n=1.51466 l=632.8

14、nm50mm15mm7.466mm20条纹旋转灵敏度（对应于条纹旋转10的光束准直度）174mrad光束准直度分辨率（与使用者经验有关）58mrad（对应于条纹旋转3）外形尺寸(mm)144x147x110光干涉技术精品课件剪切干涉仪的应用-面形检测光干涉技术精品课件外差干涉技术光干涉技术精品课件基于激光三角法的激光位移传感器光学非接触测量技术精品课件衍射光栅、莫尔条纹及波分复用光衍射技术精品课件全息成像及显示光全息技术精品课件光全息技术全息3D投影精品课件光全息技术全息防伪技术精品课件多普勒测距光学多普勒技术精品课件线光栅莫尔条纹-测量物体相对位移莫尔条纹技术精品课件光闸莫尔条纹播放动画播放

15、中莫尔条纹技术精品课件播放中圆弧莫尔条纹单击准备演示播放动画莫尔条纹技术精品课件光纤陀螺(sagnac 干涉仪)光纤传感技术精品课件光纤陀螺达到的水平测量范围：理论上可以无限大，实际已经实现40000/s理论灵敏度：优于10-6度/小时(机械型10-2度/小时，激光型10-4度/小时)实际：短期漂移0.00001度/小时 长期漂移0.0001度/小时光纤传感技术精品课件透射光谱入射光谱光强光强反射光谱光强光纤光栅传感技术光在光纤光栅上的传输1、宽带光进入光纤，经过光栅反射回特定波长的光2、通过测量光栅反射波长，换算被测体温度/应变等物理量；3、光栅的温度特性为10pm/，应变特性为1.2pm/

16、微应变光纤传感技术精品课件OTDR技术光纤传感技术精品课件氧化锌纳米线的二次谐波（Second harmonic generation，SHG）和三次谐波（Third harmonic generation）近场图。 近场扫描光学显微镜SNOM近场探测技术光纳米传感及测量技术精品课件基于倏逝波的测量技术光纳米传感及测量技术精品课件基于表面等离子体共振的测量技术ComputerPrismL C P DG CCDAuBSample inSample outGlass slideAu filmPrism0.1mm光纳米传感及测量技术精品课件各种微型智能侦查设备和武器光纳米传感及测量技术精品课件光的振

17、幅调制技术强度的空间调制强度的时间调制频率调制相位调制偏振态调制技术光调制解调与扫描技术精品课件信号的获取途径电信号处理技术精品课件不同信号处理方法的选取大信号模拟电压A/D转换器CPU 大信号模拟电压V/F转换器CPU 小信号模拟电压放大器A/D转换器CPU 小信号模拟电压放大V/F转换器CPU小信号频率F放大整形CPUTTL电平的频率信号CPU 非TTL电平的开关信号防抖电平变换整形CPU大信号电流(010mA，4mA20mA)I/VA/D转换器CPU大信号电流(010mA，4mA20mA)I/VV/F转换器CPU 小信号电流(mA、A)I/V放大A/D转换器CPU 小信号电流(mA、A)

18、I/V放大V/F转换器CPU电信号处理技术精品课件不同的数字信号处理方法采用大、中小型计算机和微机。可运行成熟处理软件用单片机。价格便宜，能实时控制利用通用DSP芯片TI的TMS320C(F)X系列DSP， AT&T公司的dsp16,dsp32系列， Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列利用特殊用途的DSP芯片 MAXIM公司的MAXIM27X 及MAXIM28X等，可做FFT电信号处理技术精品课件近代光学测试技术主要特点序号主要特点表现形式应用领城1非接触性1.液面测量2.柔件或弹性表面测量3.高温表面测量4.远距离监测5.微深孔

19、等特殊测量精密计量适感测量远距测量无接触力测量图像测量2高灵敏度1.达到波长或亚波长级以下的灵敏度2.实时监测激变形、微振动、微位移超精密测量在线检测纳米测量3高精度1.测量精度1m-0.1 m2.任意形状精密计量测试无损检测参数测定精品课件近代光学测试技术主要特点序号主要特点表现形式应用领域4三维性1任意距离2任意表面状态 3D测量5快速性1光电测量2扫描方式2CCD图像方式 故障诊断 在线检测6 实时性1数字方式2反馈控制测量 质量监控生产自动化精品课件领 域产品/年份20032004200520062007平均增长率/%光电半导体元件LED48195949737691471134324L

20、D3071340138404469524312CCD2626341838004189453615CIS2342572732903087CMOS45985110181144123628太阳能电池2593347445115935775131小计138021735020818251743041722光电平板显示器TN/STN-LCD53475745557450934567-4TFT-LCD329804836255693660127159621LED显示屏6997307607878144PDP28224334615086101183043VFD5986026076116151OLED220483484

21、57970434Microdisplay1480211629373587391128小计44146623717220585280940372120032007年全球光电产业主要产品产值(单位：百万美元)精品课件领 域产品/年份20032004200520062007平均增长率/%光输出输入装置扫描仪929849815810805-4条形码扫描仪20421915179616801566-6激光打印机99409757969696559686-1传真机36203525342632653111-4复印机12746127751336214000142663数位相机10455125001390015000

22、1550010小计39732413214299544410448943光学存储消费性光驱26461258522627627237279931信息用光驱108439948100851023710338-1可录型光驱3139413349795676589317预录型光驱71166593681364756445-2小计4755846526481534962550669220032007年全球光电产业主要产品产值(单位：百万美元)续表精品课件领 域产品/年份20032004200520062007平均增长率/%光通信光纤986155918481978211621光缆566558656107669773

23、677光通信组件2264240927533485450019光通信设备类13484155751642117180181778小计22399254082712929340321609其他精密光电组件685481309757112201234216激光器183719662104219822976小计86911009611861134181463914合计17632820307222316024724626681611续表20032007年全球光电产业主要产品产值(单位：百万美元)精品课件精品课件光学产业发展状况光源光设计光传感光学材料光学零件光机元件光加工光计测光产品加工光应用系统光电子光研究环境系统图像设备光信息光学机械微电子计算机精品课件近代光学测试技术支