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基于Sagnac干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器
杨玉强;张钰颖;李雨婷;高佳乐;牟小光;毕磊
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2024(53)4
【摘要】提出一种基于双萨格奈克(Sagnac)干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器,在该传感器中,传感干涉计中熊猫光纤的长度约为参考干涉计中熊猫光纤的整数倍。
理论分析与实验结果表明,当游标放大倍率相同时,基于谐波游标效应和基于普
通光学游标效应的双Sagnac干涉计具有相同的温度灵敏度,但谐波游标效应对应
的熊猫光纤长度失谐量明显大于普通光学游标效应,且阶数越高对应的失谐量越大。
由于失谐量越大,游标放大倍率越容易控制和实现,因此,从制备角度上讲,谐波游标效应明显优于普通光学游标效应。
该研究可为后续光学游标效应的研究提供重要参考。
【总页数】10页(P120-129)
【作者】杨玉强;张钰颖;李雨婷;高佳乐;牟小光;毕磊
【作者单位】广东海洋大学深圳研究院;广东海洋大学广东省南海海洋牧场智能装
备重点实验室;广东海洋大学智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心;广东海洋
大学机械工程学院;广东海洋大学继续教育学院
【正文语种】中文
【中图分类】O436
【相关文献】
1.保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的光学游标效应及温度传感器
2.基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器
3.基于游标效应的双芯光子晶体光纤温度传感器
4.基于极大倾角光纤光栅Sagnac游标干涉仪的折射率传感器
5.基于增强型游标效应的光纤温度传感器
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广东海洋大学信息学院电子信息工程专业十一五专业建设规划王震宇制定专业发展规划是加强专业建设的依据，是提高人才培养质量的重要环节。
加强专业建设、创建专业特色是一个专业可持续发展的基础。
依据教育部和省教育厅关于加强高等学校专业设置与结构调整工作的指导意见和要求，结合我院电子信息工程专业实际，特制定电子信息工程专业十一五专业建设规划。
1．电子信息工程专业建设的指导思想高等教育在教育理念与教育观念、教学内容与课程体系、教学方法与教学手段等方面有一系列改革精神。
要按照夯实基础、拓宽专业面、注重素质教育和能力培养、增强毕业生适应性，以改革和创新精神来构建面向新世纪的人才培养计划；要服从“三个面向”和新世纪的高等教育目标（学会认知、学会做事、学会共同生活、学会做人）、结合电子行业和信息产业的地位和发展趋势对人才的要求来确定电子信息工程专业的培养目标及模式，建设任务和要求。
紧跟学校和学院“十五”规划与发展的指导思想，加强学生的德育教育和创新思维的培养，促进学生全面成才，培养基础扎实、适应能力强的电子信息类人才。
2．电子信息工程专业建设的主要任务2.1 培养目标及模式电子信息工程专业是一个电子和信息工程方面的宽口径专业。
电子信息行业在国民经济中占有十分重要的地位，是发展快速的行业。
电子信息技术已经渗透到人们生产和生活的各个领域。
该技术的发展趋势是进一步以计算机和微电子器件为依托，从模拟向数字全面过渡。
信息的产生与处理、发送与传输、接收与处理、终端的显示与执行等全面进入数字化。
由此诞生了各种新器件、新技术、新工艺、新材料与新方法。
电子信息行业处于技术最前沿，该行业对人才的需求无疑从数量上还是层次上都有更大更高的需求。
为实现“超常规”和“跨越式”发展，各行各业对电子信息方面的专业人才的需求与日俱增。
电子信息工程专业的培养目标和模式是2003年在制定培养方案的时候制定的，依据上面所述电子信息技术的发展趋势，需要对原培养目标和模式进行修改。
光强和光弱实验报告微弱光实验报告实验名称学院(系) 学生姓名学号专业课程名称实验地点班级课程号实验日期微弱光实验一、实验目的1、了解不同探测器对微弱光探测处理的原理及方法2、了解低噪声放大器的内部原理及应用原则二、实验内容1、普通光电二极管测量微弱光原理实验2、雪崩光电二极管测量微弱光原理实验3、光电倍增管测量微弱光原理实验4、低噪声放大器应用实验三、实验仪器1、微弱光测试实验仪1台2、光源组件1套3、光电二极管组件1套4、APD光电二极管组件1套5、光电倍增管组件1套6、衰减片组件系统1套7、连接线若干8、电源线1根四、注意事项1、连接电路时，保证电路未通电。
2、光源极性不要接反。
3、不要用强光持续照射光电倍增管，特别是在高压下，否则容易使倍增管老化。
五、实验操作成绩指导教师日期第页，共实验名称学院(系) 学生姓名学号专业课程名称实验地点班级课程号实验日期1、低噪声放大器应用实验一个光电探测系统是由光学变换、光电探测器和后续电路处理系统组成，一般光电探测器需连结多级放大器，我们称第一级放大器为前置放大器，对于一个由n个放大器级连成的放大系统，其噪声特性可由弗里斯（Friis）公式表达：NF?F1?Fn?1F2?1F3?1kP1kP1?kP2kP1?kP2?kPn?1（5.1.1）式中NF为系统的总噪声系数；F1为第一级放大器的噪声系数；Fn为第n级放大器的噪声系数；kP1为第一级功率增益，kPn为第n级功率增益。
由上式可以看出，多级放大器噪声系数的大小，主要取决于第一级放大器的噪声系数。
为了使多级放大器的噪声系数减小应尽量减小第一级的噪声系数，同时提高第一级的功率增益kP1，这是指导我们设计低噪声放大器的一个重要原则。
此外，还需考虑放大器的频率特性，动态范围，信号源阻抗等要求。
所以具体电路因系统不同而异。
从低噪声要求出发应考虑如下几点：1）选择内部噪声低，信号源电阻合适的管子前置放大器可由晶体管、结型场效应管、绝缘栅场效应管和集成电路组成。
传感器技术综述Luqingsong@摘要：本文简介了传感器技术的原理、分类和应用，以位移传感器为例概述了传感器技术的研究现状，在此基础上分析了我国传感器技术发展中存在的问题和解决方法，分析了传感器技术的发展方向。
关键词：传感器技术应用研究发展方向1传感器传感器是一种检测装置，一般由敏感元件、传感元件和其他辅助件组成，有时也将信号调节也转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。
能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器通常可以按照一系列方法进行分类。
根据用途分类，传感器常以测别的物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等；根据工作原理分类，传感器可以依据工作原理进行命名，如振动传感器、磁敏传感器、生物感器等；按输出信号，可分为模拟传感器和数字传感器等；还可按照传感器的制造工艺、构成、作用形式等进行分类。
[1]随着微电子技术、微机械加工技术、光电科学以及当代生物科学等高新技术的推动下，传感器己经从过去单一功能转变为功能多样、科技含量高的新型产品。
传感器技术是当前代表国家综合科研水平的重要技术，传感器技术的具体应用是传感器技术转化的重要途径和方法。
其所涉及的知识领域非常广泛，研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。
2主要传感技术分类[2][5]2.1光电传感技术光电式传感器是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器，它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。
随着光电科技的飞速发展，光电传感器己成为光电传感器己成为各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，并在传感器应用中占据着重要的地位，其中在非接触式测量领域更是扮演者无法替代的角色。
光电传感器工作时，光电器件负责将光能(红外辐射、可见光及紫外辐射)信号转换为电学信号。
光电器件不仅结构简单、经济性好，且具有响应快、可靠性强等优势，在自动控制、智能化控制等方面应用前景十分广阔。
面向海洋应用的光纤光栅温度传感器在国内外的研究进展1引言传统测温的电学传感器主要有热电偶式、金属电阻式和半导体热敏电阻式等。
热电偶式复制性和稳定性较好，通过采用薄膜式结构可使其热惯性较小，但灵敏度较低。
金属电阻式具有较好的灵敏度、稳定性和复制性，曾是当时海洋探测领域使用比较广泛的传感器。
但因金属电阻值较低，检测系统的导线阻值变化就不能忽略，如铂测温电阻，1Ω的导线电阻将会产生－2.5℃的测量误差，必须采取相关措施进行补偿以抵消此误差。
由于海洋中特殊的水团环境，如不同水层存在温度梯度等因素，若使用投弃式探测器进行海水剖面温度测量时，这就要求传感器的时间常数足够小。
但研究证明，铂电阻测温传感器的响应时间是十几秒，时间常数不理想，同样不是进行海洋测温的理想选择。
半导体热敏电阻式的灵敏度很高，热惯性也较小，但其稳定性和复制性较差。
热敏电阻的响应时间虽然可以达到毫秒级别，但是研究证明其在测试过程中通过的电流很难控制并且经常会很大，同样也会带来测量误差。
综上所述，传统海洋温度传感器大都采用铂电阻或热敏电阻，优点是稳定性、可靠性较好，精度也较高，虽然技术成熟度很高，但仍有一些问题需要解决: 如恶劣的海洋环境对电学传感器的耐压、耐腐蚀性及防水要求很高，水下传输信号易受干扰等，同时其也存在研发投入成本高、寿命短、复用组网难等问题，光纤布拉格光栅(FBG)传感器则可以使这些问题迎刃而解，其在海洋监测中也表现出极大的优势，如本征绝缘、成本低廉、易组网、原位实时测量、湿端无电且无功耗，国内外也已开展关于此领域的大量研究工作。
2光纤光栅温度传感原理光纤Bragg光栅是一种将周期性微扰作用于光纤纤芯，使其折射率发生轴向周期性调制而形成的光纤无源器件，其本质上一种具有波长选择能力的窄带反射器，结构如图1所示。
利用光纤光栅对于温度和应变敏感的这两种效应，可以检测多种物理量。
由于裸光纤光栅直径只有125μm，在恶劣的海洋环境中容易受到损伤，只有对其进行保护性的封装设计，才能保证光纤光栅具有更稳定的性能，进而延长其使用寿命。
题目：光电传感器关于激光测距方面应用分析学院：信息工程学院班级：B1409姓名：蔡沛华学号：0915140902光电传感器关于激光测距方面应用分析摘要: 激光传感器已经广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等各方面，激光传感器正以自己独特的优势焕发勃勃生机,本文简单介绍了激光测距传感器工作的原理和应用。
关键字：激光测距、发展背景、生活应用、一、激光测距应用发展背景国内外在20世纪70年代初的一些测量仪器开始采用了激光技术。
世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首先研制成功的，被称作柯丽达1型。
1971年，美国军方率先配置了AN/GVS-3型红宝石激光测距系统。
自此，各国军队逐渐配备了用于侦查的激光测距机，各种型号的激光测距装置相应得到了应用。
20世纪70年代，美国、俄罗斯等国的著名公司开展合作研究，其产品涉及工业、航天、海洋等多个方面。
经过多年不断探索，激光测距机更新了两代，已经研制更新到了第3代。
第1代激光测距系统是光电倍增管探测器和红外宝石激光器构成的。
但是由于占地面积广、重量重、耗费电量多等缺点而被第2代测距系统取代。
第2代激光测距系统采用近红外钕激光器（主要是Nd：YAG激光器）和PIN光电二极管或者雪崩光电二极管。
与第一代相比，第2代激光测距系统的耗电量和体积都小很多，因此得到了迅速发展。
到20世纪70年代，YAG激光器技术趋于成熟，将这种激光器应用于远程、中程、短程的激光测距雷达以成为一种趋势。
但是由于其对全天候测距精度低、兼容性差及损伤人眼的缺点，伴随着激光技术与电子技术的发展，逐渐被第3代激光测距系统所取代。
第3代激光测距系统相较于前两代而言有了十足的发展。
其结构采用对人眼安全的激光器，并用最新电子的技术。
并且体积小、耗电量少而精度更高。
西方国家开发出了用途不同的测距系统，有单光束激光测距系统、二维激光扫描式测距系统等。
其中，一维系统用于测量距离，二维系统用于扫描平面，监控一片区域，三维测距系统用于对空间的定位与三维轮廓测量等应用领域。
广东海洋大学2023年广东省本科批投档情况广东海洋大学2023年广东省本科批投档情况物理类投档最高分574分，排位4.86万历史类投档最高分548分，排位1.59万2023年投档情况表(广东省)普通类(物理)专业组普通类(物理)专业组在广东省生源质量持续向好，备受考生欢迎。
有101、201、202、203、204、205、206、209、210、214、218、219等12个专业组录取最高分均超过550分，占比52%。
有204专业组录取最高分574分(电气工程及其自动化专业)，排位4.86万;该专业组最低投档分531分，排位9.81万。
有15个专业组最低投档分均超过510分，占比65%。
其中201专业组最低投档分544分。
普通类(历史)专业组普通类(历史)专业组在广东备受考生欢迎。
有221、222、223、224、227等5个专业组的录取最高分均超过530分，占普通类(历史)专业组总数71%。
其中221专业组录取最高分548分(汉语言文学专业)，排位1.59万;该专业组最低投档分519分，排位2.84万。
如何快速知道高考自己是否被录取了?1.正在投档此状态表示考生的分数达到了自己所填报的院校调档线，档案被成功投出，由于院校端口接收考生电子档案需要时间，所以会显示出“正在投档”的状态。
2.院校在阅此状态表示考生的电子档案已经成功被投到某所高校，院校已经下载，学校正在审阅查看每一位考生的基本情况，这是一个阅档的过程。
3.预录取如高考考生档案状态显示为这三个字，恭喜你，大学有望了。
记住，仅仅是有望，不代表已经确定成功录取。
当院校将它的录取意见传送给考生所在的省级招生主管部门的录取现场时，计算机界面里会显示考生被预录的院校名称和专业。
经省级招生主管部门录取检查，审核后，如果同意高校的意见，随后考生的状态就会变成“录取”的状态。
4.录取此状态表明考生已被正式录取，确认无误。
需要说明的是，除了考生电子档案状态显示“录取”外。
全国光电信息科学与工程专业大学排名光电信息科学与工程专业简介光电信息科学与工程专业以理工融合为特色，依托学科为电子科学与技术、计算机科学与技术、信息与通信工程，主要培养学生掌握光电信息科学与技术领域的基础知识和基本技能，为将来在光电信息处理、光电子学、电子信息技术、通信技术等领域从事科学研究、产品设计和开发奠定坚实的基础。
光电信息科学与工程专业主要课程电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、通信原理、信号与系统、数字信号处理、微机原理及应用、单片机、软件技术基础、物理光学、应用光学、信息光学、光电光电信息工程、信息处理基础、光电检测技术、近代光学量测技术、传感器原理、激光技术、光纤通信、光电子学、数字图像处理等。
光电信息科学与工程专业就业方向毕业生可在光学、光电子学、激光技术、光通信技术、光信息处理技术、计算机应用技术、精密工程、信息电子技术等领域从事教学、科学研究、产品研发、生产技术管理等工作。
毕业生亦可进一步在电子科学与技术、物理或工程学等范畴深造，获取更高的学位。
市场上做光电的技术和产业方向主要有：激光器、光纤、光通信、光传感、光电器件、光电检测设备、显微、液晶、光伏、光存储、光谱等等。
光电信息科学与工程专业就业前景光电信息技术是由光学、光电子、微电子等技术结合而成的多学科综合技术，涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。
光电信息技术广泛应用于国民经济和国防建设的各行各业。
近年来，随着光电信息技术产业的迅速发展，对从业人员和人才的需求逐年增多，因而对光电信息技术基本知识的需求量也在增加。
光电信息技术以其极快的响应速度、极宽的频宽、极大的信息容量以及极高的信息效率和分辨率推动着现代信息技术的发展，从而使光电信息产业在市场的份额逐年增加。
在技术发达国家，与光电信息技术相关产业的产值已占国民经济总产值的一半以上，从业人员逐年增多，竞争力也越来越强。
这个专业就业面向的不是科研院所就是高科技企业，起点一般都是研究生，本科生需求相对不多。
传感器技术及应用随着我们国家综合实力和经济水平的不断进步，科学技术水平也迈上了一个新的台阶。
与计算机技术、通信技术并称21世纪三大科学技术的传感器技术也应用于生产生活中的各个方面，为我们的生活带来了很大的便利。
在现实生活中，传感器技术已经不再陌生，传感器已自己独特的特点走进了人们的生活。
那么，传感器技术是怎样进行的，在我们的生活中又有哪些的应用呢？本文就简要的概括一下传感器的概念、类别等，并且以光点传感器为例，简单介绍传感器工作的原理和测量模式。
在此基础上，进一步论述传感器技术在各行各业中的应用，希望能够以后的研究带来方便。
标签：传感器；技术；应用；光电传感器；检测模式1 传感器的概念所谓的传感器，就应用于对外界外应比较灵活的部件、传感的部件和另外一些部件所构成，有些时候也把对于信号的首发装备和对电路进行转换的装备和备用的电源当作传感器的主要组成部件。
[1]广义上来说，传感器是进行信息的获得的载体，我们所说的传感器技术是运用传感器的原理，在进行生活中实际应用的一种技术。
现如今，传感器已经应用在生产生活中的各个方面了，为我们的生活带来了很大的便利。
传感器一般来说能够遵照一些固定的方式进行划分。
一般来都是参照输入到传感器中的物理性质来进行划分，比方说光电传感器、位置移动传感器、温度传感器等等[2]；基于如何新进行工作的方式也可以进行划分，分成电容式传感器、电子感应传感器、热能感应传感器等等；按照输入到外界的物理量，可以划分成模拟形式的和数字形式的传感器两类。
[3]2 传感器的工作原理传感器现在已经应用在了生活中的各方各面，那么传感器是应用于什么原理进行工作的呢？我们知道，传感器的种类多种多样，我们不可能对所有传感器的工作原理进行详细的分析。
那么下面我们就以常见的光电传感器为例，介绍一下传感器技术是如何进行工作的。
2.1 光电传感器工作原理我们日常生活中所见到的光电传感器大体上来讲就是一种体型比较小的电子装备，可以感觉所输入的光的强弱。
光电技术在海洋探测中的应用随着人类对海洋认知的不断深入，越来越多的探测技术被应用于海洋领域，以便更好地解决海洋环境的各种问题。
光电技术作为一种新型技术，已经成功地应用于海洋探测中，并逐渐成为探测领域中的热门技术。
本文将主要介绍光电技术在海洋探测中的应用及其发展能力。
一、光电技术在海洋探测中的应用1. 海底地形探测海底地形探测是常规海洋调查中的一个重要组成部分，因为了解海底地形对评估海洋资源、制定海洋管理计划、构建海洋科研规划等方面都具有重要意义。
为了获取更精确的海底地形，研究人员将光电技术应用于海底地形探测中。
光电技术可以通过测量海水中声波在不同频率下的传播速度和在水中反射时所发射的声波，进而推算出海底地形图。
这种方式能够比传统方法获得更准确的海底地形图，而且定位精度更高，极大地提高了海底探测工作的效率。
2. 海洋水质监测海洋的水质是影响海洋环境与海洋生态环境的一个关键因素。
光电技术可以被应用于海洋水质监测中，监测各种水质指标，如水体中的营养盐含量、有机物质、溶解氧浓度、水温等。
通过光电技术，可以获得大量的关于海洋水质的数据，帮助科研人员更好地了解海洋的水质情况，制定出更科学、更符合实际情况的保护方案。
3. 海上交通安全监测海上交通安全监测是保证海上交通安全的一种重要手段。
为了防止海上交通事故，光电技术可以应用于海洋交通安全监测中。
光电技术可以通过船只上的相机拍摄周围的海洋画面，利用高速相机技术，实时监测海洋中的风、浪、流等情况，同时识别船只或动植物与其干扰物，从而降低事故风险。
4. 海洋沉积物勘探海洋沉积物是海底的一层厚厚的沉积物，它们可以记录地球历史的变化、生物演化、大气环境和海洋环境的变化。
为了研究这些历史信息和环境变化，光电技术可以通过光谱图谱和光学成像技术来分析海洋沉积物，获得质量、成分、年龄、矿物及其光学性质等信息，从而快速地获取海洋沉积物的详细信息。
二、光电技术在海洋探测中的发展能力光电技术在海洋探测中已经有了广泛的应用，随着科技进步和技术水平的提高，光电技术在海洋探测中的应用前景可以预见。
实习报告一、实习背景随着科技的不断发展，电子产品在生活中扮演着越来越重要的角色。
嵌入式系统作为电子产品中的核心部分，其应用范围越来越广泛。
为了更好地了解嵌入式系统及其应用，我在广东海洋大学电子与信息工程学院的指导下，参加了粤嵌嵌入式培训实习。
本次实习主要通过理论学习与实践操作，掌握了嵌入式系统的基本知识，以及如何在实际项目中应用这些知识。
二、实习内容1. 理论学习在实习过程中，我们首先学习了嵌入式系统的基本概念、硬件体系结构以及软件编程等方面的知识。
通过学习，我了解到嵌入式系统是将计算机硬件、软件和应用结合起来的一种系统，它具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
此外，我们还学习了ARM处理器、Linux操作系统、Zigbee无线通信技术等相关知识。
2. 实践操作在理论学习的基础上，我们进行了丰富的实践操作。
主要包括以下几个方面：（1）无线传感网络的搭建：通过学习Zigbee无线通信技术，我们搭建了一个无线传感网络，实现了传感器数据的采集、传输和处理。
（2）Linux环境下嵌入式编程：掌握了Linux操作系统的基本使用方法，学会了使用GCC编译器进行C语言编程，实现了简单的嵌入式程序。
（3）Linux图形开发技术：学习了Qt图形库，并利用Qt Creator开发了一个简单的图形界面应用程序。
（4）Linux系统文件IO操作：了解了文件IO的基本概念，学会了使用标准I/O 函数进行文件操作。
（5）Linux系统Framebuffer控制开发：通过学习Framebuffer技术，我们实现了一个简单的帧缓冲器应用程序。
（6）智能停车系统开发：以粤嵌实验板为基础，实现了智能停车系统的车辆识别功能、车位管理功能以及联合调试和BUG修复。
三、实习收获通过本次实习，我收获颇丰。
首先，我系统地学习了嵌入式系统的基本知识，对嵌入式系统的硬件和软件有了更深入的了解。
其次，我在实际操作中锻炼了自己的动手能力，学会了如何将理论知识应用到实际项目中。
科技资讯2017 NO.13SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科 技 教 育154科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION光电技术的广泛应用,已成为推动现代信息社会发展不可或缺的综合性技术。
美国商务部曾说过,谁在光电行业取得主动权,谁就将在21世纪的尖端科技竞争中夺魁。
为了适应时代发展和国家经济建设的需要,全国各大高校非常重视光电专业和光电人才队伍的建设[1]。
近十几年来,各大高校陆续开设相关专业及扩大招生规模,光电专业人才队伍的建设不断壮大。
为了适应社会对光电专业人才的迫切需求,巩固学生应用光电专业基础知识,提高学生对光电系统的应用能力和设计能力,笔者学校开设了“光电系统设计”课程。
该课程是电子科学与技术本科专业的专业限选课,通过综合运用各先修课程的理论与知识,围绕如何提高总体系统性能水平这一主线,通过对信息光电系统和能量光电系统的若干典型设计案例的分析介绍,使学生初步掌握光电系统设计的基础理论和工程方法,培养学生的创造性和综合解决实际问题的能力。
尽管在该课程之前,学生已修过应用光学、物理光学、信号与系统、光电检测与光电传感器、单片机应用技术等光学、光电子学、电子学的基本原理知识,但缺少综合应用多门课程知识的能力,特别在具体应用及设计上缺少应有的经验,难以进行较复杂的系统设计。
因此,该课程需要培养学生掌握光电系统设计及制作的一般过程,学会正确使用基本的光电器件,使用辅助软件进行设计并调试的能力;更为重要的是培养学生综合应用所学知识的能力、理论联系实际能力、独立思考和分析解决问题的能力,为将来更高层次的课程设计及毕业设计夯实基础。
1 “光电系统设计”教学中存在的主要问题该课程在教学过程中,主要存在以下几个方面的问题。
1.1 教材内容与课程体系不匹配该课程涵盖光学、光电子和电子学等基础知识,涉及到光学成像、光电特性、典型光电系统的结构及设计方法等方面,内容非常宽广。
光电信息科学与工程华理光电信息科学与工程是一门跨学科的学科，它融合了光学、电子学、信息科学和工程学等多个领域的知识，研究光与电的相互作用、光电传感器、光电器件、光电器件制备技术以及光电信息的获取、处理和传输等问题。
华理作为光电信息科学与工程领域的重要研究机构，一直致力于推动光电信息科学与工程的发展和应用。
光电信息科学与工程的研究领域非常广泛，涉及到光学、电子学、信息科学和工程学等多个学科的交叉与融合。
光电信息科学与工程的研究内容包括：光电传感器技术、光电器件制备技术、光电信息的获取、处理和传输等。
光电传感器技术是光电信息科学与工程的重要组成部分，它主要研究利用光电效应将光信号转化为电信号的原理和方法。
光电传感器广泛应用于光学测量、光学通信、光学成像等领域，对于提高光电信息的获取和处理能力具有重要意义。
光电器件制备技术是光电信息科学与工程的另一个重要研究方向，它主要研究利用光电材料和制备技术制备光电器件的原理和方法。
光电器件是将光信号转化为电信号或将电信号转化为光信号的关键组件，包括光电二极管、光电晶体管、光电探测器等。
光电器件制备技术的发展对于提高光电器件的性能和可靠性具有重要意义。
光电信息的获取、处理和传输是光电信息科学与工程的核心问题之一。
光电信息的获取是指利用光电传感器将光信号转化为电信号的过程，包括光电转换原理和光电转换技术。
光电信息的处理是指对光电信号进行处理和分析的过程，包括光电信号处理算法和光电信号处理器的设计与实现。
光电信息的传输是指将光电信号传输到目标位置的过程，包括光电信号传输介质和光电信号传输系统的设计与实现。
光电信息科学与工程在现代科技和工程领域中具有广泛的应用前景。
光电信息科学与工程的发展可以推动光电技术的进步和应用，为光学测量、光学通信、光学成像等领域的发展提供技术支持。
光电信息科学与工程的研究成果可以应用于光学仪器、光电器件、光电传感器等产品的研发和生产，促进光电产业的发展。
一、传感器背景及应用1.1传感器的背景传感器是高度自动化系统, 亦是现代尖端技术关键的组成部分, 因此, 传感器技术是当代高新技术着重发展的领域, 是各个国家科技进步的核心之一。
传感器是指能感受规定的被测信号(非电量) 并按照一定的规律(多指数学规律) 转换成可用信号(电量) 的器件或装置，通常由敏感元件和转换电路组成。
作为模拟人体感觉的“电五官”, 传感器的出现, 使物体存在了触觉、味觉和嗅觉等感官, 让难以测量的信号变得更易检测。
传感器是借助于敏感元件,将感受的信息按一定的规律转换成另一种信息的装置。
在一般情况下,是将信息转换成电量,以便进一步传输、显示。
研究、开发和制造传感器的技术涉及到许多学科,是一门跨学科的边缘科学技术。
随着现代测量、控制和自动化技术的发展,传感器技术己越来越为人们所重视,它是人类社会跨入信息时代的物质基础。
信息的采集和处理是信息社会的支柱之一,信息的处理依赖于计算机技术,而信息的采集则依赖于传感器。
在国外,随着生产自动化和实时控制的发展,为了更好地发挥计算机的效能,各国都已开始重视传感器技术的研究和开发。
前一时期,传感器技术没有跟上计算机技术的发展,信息的获得远远落后于信启、的处理,反过来又阻碍了计算机的应用和电子工业的发展。
因此近年来各国已把传感器技术摆到了重要的地位。
如美国空军200。
年报告中将传感器列为提高二十一世纪空军能力的十五项关键技术之一;在日本更认为“唯有模仿人脑的计算机与传感器的协调发展,才能决定技术的将来。
当务之急,是全力发展传感电子设备。
”总之,传感器技术在国民经济各部门、科学研究、国防建设、日常生活等各方面的应用十分广泛,从而形成了一个大的新型科学技术领域,随着科学技术的进一步发展,传感器技术的研究、开发还将日益扩大和深入,因此被视为80年代的关键技术而受到国内外的广泛瞩目是理所当然的。
1.2传感器在海洋中的应用海洋蕴藏着丰富的资源，影响着全球气候变化，海洋科学在海洋环境保护、能源开发、灾害预防、权益维护等多方面有着举足轻重的作用，同时也能为国家制定海洋政策提供科学依据。
量子流速率：在给定波长λ处的很小波长范围dλ内发射的辐射通量dθ与该波长的光子能量hv的商为光源在该波长λ处每秒发射的光子数，称其为光谱量子流速率。
物理含义：量子流速率反应光源单位时间发出可见光波段的量子数。
人眼的光视效率：在0.555μm处最为敏感。
辐射体：辐射体温度越高，它的可见光成分越多，光视效能越高，光度量越高，标准钨丝白炽灯的供电电压降低，灯丝温度降低，可见光光谱成分减弱，光视效能降低，用照度计检测光照度，照度显著下降。
半导体对光的吸收：本征吸收，杂质吸收（杂质吸收的长波长总长于本征吸收的长波长），激子吸收，自由载流子，晶格吸收。
只有本征吸收和杂质吸收能直接产生非平衡载流子引起光电效应。
内光电效应：1.光电导效应：本征光电导效应和杂质光电导效应。
2.丹培效应：由于载流子迁移率的差别产生受照面与遮光面之间的伏特现象。
光电效应：1.内光电效应：被光激发所产生的载流子仍在物质内运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特现象。
2.外光电效应：被光激发所产生的电子逸出物质表面形成真空中电子的现象，是真空摄像管、变相管、像增强管的核心技术。
光电发射器不同于内光电器件的特点：1.光电发射器中的导电电子可以在真空中运动，因此可以通过电场加速电子运动的动能，或通过电子的内倍增系统提高光电探测灵敏度。
使它能高速度地探测极其微弱的光信号，是像增强管和变相器基础。
2.很容易制造出均匀的大面积光电发射器件，在光电成像器件方面非常有利。
一般真空光电成像器件的空间分辨率要高于半导体光电图像传感器。
3.光电发射器件需要高稳定的高压直流电源设备，使整个探测器体积庞大，功率损耗大，不适用于野外操作，造价也昂贵。
4.光电发射器的光谱响应范围不如半导体光电器件宽。
钨丝白炽灯的温度越高，它发出的辐射出射度越强。
维恩位移定律：气体放电灯特点是发出光谱为线光谱，带状光谱。
钠蒸气原子辐射出5890*10-10m和5896*10-10m双黄光。
除激光光源外，脉冲氙灯亮度最高，光谱分布范围也宽。
水银蒸汽灯：在石英玻璃管中，用作标定光谱仪器的已知光谱光源。
发光二极管发射光谱的峰值波长由材料的禁带宽度决定。
半导体发光二极管光源：1.体积小，重量轻，便于集成，构成不同几何形状的光源。
2.工作电压低，耗电少，驱动方便，响应速度快。
3.既有单色性好的各种单色LED，又有能偶高效发出大功率的白光LED。
4.LED发光亮度高，发光效率高，发光亮度便能较大范围调整，被广泛地应用的大屏幕图像显示，并取代目前的多种照明灯，节约能源。
提高外部量子效率的措施：1.用比空气折射率高的透明物质，如环氧树脂涂敷在发光二极管。
2.把晶体表面加工成半球形。
3.用禁带较宽的晶体作为衬底，减少晶体对光吸收。
激光产生机理：1.激光物质自发/受激辐射，受激辐射占主导地位。
2.粒子数反转，使激发态载流子数远大于基态的载流子数。
3.谐振腔。
氦氖激光器结构：放电管、光学共振腔、激光电源组成。
半导体激光器特点：效率高，工作电压低，功率损耗小，驱动与调整方便。
电子束激励和注入式两种。
降压使用钨丝灯，它的使用寿命将如何变化，它发出的峰值光谱波长如何变化，发光效率又如何变化？降压使用，灯丝温度降低，光通量减少，发光光谱的长波分量力高，发光效率减小，好处是灯的寿命大为提高。
LED光源与LD光源本质区别为？哪种光源相干性好？1）LED是利用注入有源区的载流子自发辐射复合发光，且发光主要发生在P区，而LD是受激辐射复合发光2）结构上差别：LD有光学谐振腔，使产生的光子在腔内振荡放大，LED没有谐振腔。
LD光源的相干性更好一些。
光敏电阻：体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范围宽，广泛应用于微弱光探测。
分为1）本征型半导体光敏电阻2）杂质型半导体光敏电阻。
本征型半导体（可见光探测）长波长短于杂质型半导体（红外/远红外光探测）光敏电阻基本结构：1）光电导材料的光电导灵敏度Sg与光电导材料两电极间距离L有关。
2）光电导材料在微弱辐射作用的情况下，光电灵敏度与光敏电阻两电极间距离l的二次方成反比。
3）在强辐射作用的情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离的2/3次方成反比。
伏安特性：具有与普通电阻相似伏安特性，电阻值是随入射光度量变化。
时间响应：光敏电阻在弱辐射作用下的上升时间常数与下降时间常数近似相等。
前例反应：光敏电阻在被强辐射照射后，其阻值恢复到长期处于黑暗状态的暗电阻RD所需时间相当长。
噪声特性：热噪声，产生复合噪声，低频噪声。
光生伏特器件：暗电流小，噪声低，响应速度快。
光电导器件对微弱辐射的探测能力和光谱响应范围远优于光生伏特器件。
漂移时间：在PN结区内产生的光生载流子渡越结区的时间，在此区间光生载流子以漂移运动的方式渡越结区。
扩散时间：在PN结区外产生的光生载流子需要扩散到PN结区内才产生电流。
延迟：由于PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻Rl构成RC时间延迟。
雪崩光敏二极管：PN结光敏二极管，灵敏度高。
雪崩光敏二极管有内增益效应，它利用光生载流子在强电场内的定向运动，产生雪崩效应获得光电流增益。
在雪崩过程中，光生载流子在强电场的作用下高速定向运动，具有很高动能的光生电子/空穴与晶格原子碰撞，使晶格原子电离产生二次电子/空穴对，二次电子/空穴对在电场作用下有足够的动能，又使晶格原子产生的电子/空穴对。
硅光电池：不需加骗纸电压就可把光能直接转换成电能的PN结光电器件。
光电池最大转换效率与入射光的波长及材料性质有关。
光敏晶体管：1）光电转换2）光电流放大。
光敏晶体管时间响应一下四部分：1）光生载流子对发射结电容Cbe和集电极电容Cbc的充放电时间。
2）光生载流子渡越基区所需要的时间3）光生载流子被收集到集电极的时间4）输出电路的等效负载电阻Rl与等效电容Cce所构成的RC时间。
色敏光生伏特器件：根据人眼视觉的三原色原理，利用不同厚度PN结对不用波长的吸收特性制成的能够分辨彩色光源/物体颜色的器件。
光电位置敏感期间：PSD工作原理：当光束入射到PSD光敏层上距中心点的距离为Xa时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过P型层电阻分别由电极1与2输出。
考点：PSD主要特性，属于特种光伏器件，基本特性与一般硅光伏器件相同。
作为位置传感器，PSD有其独特的位置检测特性，近似线性，越接近中心位置测量误差越小。
光电发射器件：包括真空光敏二极管，光电倍增管，变相管，像增强管和真空电子束摄像管等器件。
灵敏度极高，响应快，在微弱辐射的探测和快速弱辐射脉冲信息捕捉。
光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？产生暗电流的原因有1）欧姆漏电2）热发射3）残余气体放点4）场致发射5）玻璃壳放电和玻璃荧光。
方法：1）直流补偿2）选频和锁相放大3）冷却光电倍增管4）增加电磁屏蔽5）采用磁场把未被照射的光电阴极边缘暗电流的电子散射掉。
热电传感器件：是入射到器件上的辐射能转换成热能，然后再把热能转换为电能。
热敏电阻特点：1）热敏电阻温度系数大，灵敏度高，温度系数通常比一般金属电阻大10~100倍2）结构简单，体积小，可测量近似几何点温度。
3）电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量4）阻值与温度的变化关系呈非线性5）稳定性和互换性更差。
任何波长的辐射能量都能使晶格的振动加剧，产生晶格吸收使热敏电阻产生温升，因此，热敏电阻对辐射的波长无选择。
热敏电阻最小可探测功率受噪声因素影响：1）热噪声2）温度噪声3）电流噪声热电偶探测器：高低温的温度探测领域。
热敏电阻的特殊用途：1）结构简单，灵敏度高和响应速度快的温度计和温度补偿与控制的设备2）无动接点的特殊开关3）音量限制器或调节器4）压力机、流量计以及简单的气体和液体导热计；5）时间延迟和浪涌抑制器6）用于较低频率的特种振荡器、调制器和放大器。
热释电器件：应用于热成像探测技术中的探测器。
单元扫描图像传感器必须具以下条件：1）单元光电传感器的面积与被扫描图像的面积相比必须很小，才可将图像分解为一个像敏单元电。
2）单元光电传感器必须对图像发出的各种波长的光敏感。
3）单元光电传感器必须相对被分解图像做有规则的周期运动。
且扫描速率应该较图像的变化速率快。
由于光敏单元的输出信号是时间的一元函数（时序信号），因此该光机扫描机构将光学图像解析成一维的视频信号输出。
减小光电传感器的面积是提高光机扫描方式分辨率的有效方法。
CCD与CMOS等自扫描方式的图像传感器水平与垂直分辨率分别与器件本身在两个方面上分辨能力有关。
图像的显示与电视制式：CRT电子扫描显示方式，LCD显示方式，LED背光液晶显示方式。
电视制式：NTSC彩色电视制式PAL彩色电视制式SECAM彩色电视制式阴极管射线管显示器：利用气体放电现象产生自由电子，借助粒子聚焦作用形成细长的电子束，能提供聚集在荧光屏上的一束电子以便形成直径小于1mm的光电。
在电子束附近加上磁场或电场，电子束将会偏转，显示出由电势差产生的静电场，或由电流产生的磁场。
可以进行大画面高密度的图像显示，进行全色动态图像的显示，采用电子束扫描方式，需要驱动电极数量极少。
液晶显示器：1）是实现了低工作电压和低功耗，使之与COMS集成电路的结合成为可能；2）是适应了时代的需求——薄型化，而且改进了对比度，通过使用彩色滤光片谋求实现特性优异的彩色显示。
液晶显示器TFT-LCD器件：扩散板和扩散片的功能类似，为液晶显示器提供一个均匀的面光源，背光源板是均匀的发光光源板，这是因为液晶材质本身不发光，所以必须依靠外界光源才能使其显示图像，光源一般位于液晶显示器面板后方，称背光源。
TFT-LED图像显示器：工作电压低，功耗小，高亮度，寿命长，耐冲击，性能稳定和易于拼接组装各种不同形状与尺寸的显示器而得到广泛的应用。
CCD光电图像传感器：1）是点荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面进行转移，此为表面沟道CCD2）点荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体体内沿一定方向进行转移，体沟道/埋沟道器件。
电荷的注入和检测：在CCD中，分为光注入和电注入。
光注入：光照射到CCD硅，栅极附近半导体产生本征吸收，生成电子-空穴对，多数载流子（空穴）被栅极电压排斥，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷，形成光电子注入。
电注入：以电流/电压的方式向CCD势阱中注入信号电荷1）电流注入法2）电压注入法单沟道线阵CCD图像传感器：每个像敏单元的尺寸为14微米*14微米，相邻两像元中心距为14微米。
像敏单元阵列总长度为28.672mm。
速度快，灵敏度高，动态范围宽，像敏单元不均匀性好，功耗低，光谱响应范围宽。
线阵CCD类型与发展：1）光谱探测2）高分辨率的非接触尺寸检测3）高速图像采集。
CMOS图像传感器的像敏单元结构有两种基本类型，被动像敏单元结构和主动像敏单元结构何谓填充因子？提高填充因子的方法有几种？试说明微透镜方法提高填充因子的原理。
