光电检测应用中的基础知识
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光电检测技术总结经过一学期的光电检测技术课程的学习,我们大致上了解了光电检测技术有许多方面的知识,按照传感器、转换电路、检测装置划分排列。
接下来我们来仔细探讨一下究竟有什么值得我们学习的。
首先是光电技术的定义。
何为光电技术?光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础,通过对被检测物体的光辐射,经光电检测器接收光辐射并转换为电信号,由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息,或进入计算机处理,最终显示输出所需要的检测物理参数。
其中检测和测量有一些不同的地方:检测:通过一定的物理方式,分辨出被测参量并归属到某一范围带,以此来判别被测参数是否合格或是否存在。
测量:将被测的未知量与同性质的标准量比较,确定被测量对标准量的倍数,并通过数字表示出这个倍数的过程。
而光电检测技术的应用存在在生活中的每一个部分。
比如人的视觉功能,人眼是一个直径为23mm的近似球体,眼球前方横径为11mm的透明角膜具有屈光作用,角膜后的虹膜中央有称为瞳孔的圆孔,它可以扩大或缩小以调节进入眼球的光亮。
虹膜后的水晶体相当于光学系统中的透镜,其直径为9mm。
在眼球的后方有视网膜,这是光学细胞和杆状细胞,它们和视网膜上的其他细胞组成的微小感光单元。
这些感光单元接收光刺激后转化为神经冲动,经视神经传导到大脑的高级视觉中枢,从而产生亮度和彩色的感觉,同时也形成有关物体状和大小的判断。
因此,人眼是一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器。
正好光学仪器是人眼的视觉扩展,通过利用光辐射的各种现象和特性,摄取信息实现控制的有力工具,它是人类视觉参与下才能工作的。
光学仪器一共在人类视觉上做出了以下的扩展:1、时间上扩展,可以通过摄像机记录过去的样子;2、空间上的扩展,通过地球卫星观看世界个地的样貌;3、识别能力的扩展,通过放大镜和显微镜我们能够观测到人眼看不见的细微东西。
光电检测系统由哪些东西组成?典型的光电仪器包括了精密机械、光学系统、光电信号传感器、电信号处理器和运算控制计算机以及输出显示设备等环节。
1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应,内光电效应包括(光电导)和(光生伏特效应)。
2、真空光电器件是一种基于(外光电)效应的器件,它包括(光电管)和(光电倍增管)。
结构特点是有一个真空管,其他元件都放在真空管中3、光电导器件是基于半导体材料的(光电导)效应制成的,最典型的光电导器件是(光敏电阻)。
4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为(光电导),在零偏置条件下的工作模式为(光生伏特模式)。
5、变象管是一种能把各种(不可见)辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。
6、固体成像器件(CCD)主要有两大类,一类是电荷耦合器件(CCD),另一类是(SSPD)。
CCD电荷转移通道主要有:一是SCCD(表面沟道电荷耦合器件)是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面,并沿界面传输;二是BCCD 称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件,电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内,并沿着半导体内一定方向传输7、光电技术室(光子技术)和(电子技术)相结合而形成的一门技术。
8、场致发光有(粉末、薄膜和结型三种形态。
9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极(PEA)和负电子亲合势光电阴极(NEA),正电子亲和势材料光电阴极有哪些(Ag-O-Cs,单碱锑化物,多碱锑化物)。
10、根据衬底材料的不同,硅光电二极管可分为(2DU)型和(2CU)型两种。
11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件,因此也称为(微光管)。
12、光导纤维简称光纤,光纤有(纤芯)、(包层)及(外套)组成。
13、光源按光波在时间,空间上的相位特征可分为(相干)和(非相干)光源。
14、光纤的色散有材料色散、(波导色散)和(多模色散)。
15、光纤面板按传像性能分为(普通OFP)、(变放大率的锥形OFP)和(传递倒像的扭像器)。
16、光纤的数值孔径表达式为,它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的(集光)能力,决定了能被传播的光束的半孔径角17、真空光电器件是基于(外光电)效应的光电探测器,他的结构特点是有一个(真空管),其他元件都置于(真空管)。
《光电检测技术》教学大纲课程代码:课程中文名:光电检测技术课程英文名:课程类别:专业技术科适用专业:光伏材料应用、光伏发电应用、电子技术等专业课程学时: 48学时课程学分: 3学分一、课程的专业性质、地位和作用(目的)1、性质:必修2、地位:光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新型检测技术,它是利用电子技术对光学信息进行检测,并进一步传递、存储、控制、计算和显示。
光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一。
3、作用:通过本课程的教学,使学生了解和掌握各种光电器件的结构、工作原理、工作过程、工作特性及其基本的应用,培养学生通过了解器件的性能特点来搭建检测系统的能力,培养学生学习的能力和综合运用知识的能力,培养学生理论联系实际的学风和科学态度,提高学生的分析处理实际问题的能力,为以后的工作和学习打下基础。
二、教学内容、学时分配和教学的基本要求第一章光电检测应用中的基础知识6学时,其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0 学时1.1 辐射度学和光度学基本概念1.2 半导体基础知识1.3 基本概念1.4 光电探测器的噪声和特性参数重点:辐射度学和光度学基本概念难点:光电探测器的噪声和特性参数教学要求:本章介绍了光电检测应用中的基础知识,要求学生对基本概念有理解,进而掌握光电探测器的噪声及特性参数第二章光电检测中的常用光源3学时,其中理论教学3学时,实践或其他教学0学时2.1 光源的特性参数2.2 热辐射源2.3 气体放电光源2.4 固体发光光源2.5 激光器重点:光源的特性参数难点:气体、固体发光光源和激光器的工作原理教学要求:本章要求学生掌握各种固体发光的工作原理及其应用第三章结型光电器件 6 学时,理论教学6 学时,实践或其他教学0学时3.1 结型光电器件工作原理3.2 硅光电池3.3 硅光电二极管和硅光电三极管3.4 结型光电器件的放大电路3.5 特殊结型光电二极管3.6 结型光电器件的应用举例——光电耦合器件重点:结型光电器件的工作原理;硅光电池的工作原理及特性;硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较难点:结型光电器件的放大电路及应用举例——光电耦合器件教学要求:要求学生掌握硅光电池的工作原理;硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较及结型光电器件的放大电路及应用——光电耦合器件第四章光电导器件6学时,其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0学时4.1光敏电阻的工作原理4.2 光敏电阻的主要性能参数4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声4.4 光敏电阻的特点和应用重点:光敏电阻的工作原理和特性参数难点:光敏电阻的应用教学要求:要求学生掌握光敏电阻的工作原理及性能参数及光敏电阻的应用第五章真空光电器件3学时,其中理论教学3学时,实践或其他教学0学时5.1 光电阴极5.2 光电管与光电倍增管5.3 光电倍增管的主要特性参数5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路5.5 微通道板光电倍增管5.6 光电倍增管的应用重点:光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数难点:光电倍增管的供电和信号输出电路及应用教学要求:要求学生掌握光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数及实际应用第六章真空成像器件3学时,其中理论教学3学时,实践或其他教学0学时6.1像管6.2常见像管6.3摄像管6.4光导靶和存储靶6.5摄像管的特性参数6.6摄像管的发展方向重点:像管与摄像管的工作原理难点:光导靶和存储靶的原理及摄像管的特性参数教学要求:要求学生掌握像管与摄像管的工作原理及特性参数第七章固体成像器6学时,其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0学时7.1 电荷耦合器件7.2 电荷耦合器件的分类7.3 CCD摄像机分类7.4 CCD的特性参数7.5 自扫描光电二极管阵列7.6 固体摄像器件的发展现状和应用重点:电荷耦合器件的工作原理;CCD的特性参数难点:自扫描光电二极管阵列教学要求:要求学生掌握CCD固体成像器件的工作原理第八章红外辐射与红外探测器6学时其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0学时8.1 红外辐射的基础知识8.2 红外探测器8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项8.4 红外测温8.5 红外成像8.6 红外无损检测8.7 红外探测技术在军事上的应用重点:红外探测器的工作原理、性能参数及使用中应注意的事项难点:红外探测器的具体应用教学要求:要求学生掌握红外辐射的基础知识,并掌握红外探测器的各种具体应用第九章光导纤维与光纤传感器6学时其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0学时9.1 光导纤维基础知识9.2 光导纤维的应用9.3 光纤传感器的分类及构成9.4 功能型光纤传感器9.5 非功能型光纤传感器重点:光导纤维的基础知识及功能型光纤传感器的工作原理难点:非功能型光纤传感器的工作原理教学要求:要求学生掌握光导纤维的基础知识,并掌握光纤传感器的工作原理第十章太赫兹波的产生与检测3学时其中理论教学 3 学时,实践或其他教学0学时10.1 概述10.2 THz辐射光谱学10.3 THz辐射成像重点:THz辐射成像的原理难点:THz辐射成像的原理教学要求:要求学生掌握THz辐射成像的原理三、各章节教学课时分配表本课程各部分教学内容计划学时数分配如下:四、课程的考核办法和成绩评定:1、考试 2.笔试(闭卷)3.平时成绩比重:平时成绩(包括考勤、作业、答疑、课堂练习、课外实验、等)占30%4.期末成绩比重:卷面考试占70%。