第三章光电检测技术常用器件及应用3教材
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光电传感器是基于光电效应将光电信号转换为电信号的一种传感器光学系统的基本模型光发射机-> 光学信道一>光接收机光学系统通常分为:主动式,被动式。
主动式:光发射机主要由光源和调制器构成。
被动式:光发射机为被检测物体的热辐射。
光学信道:主要由大气,空间,水下和光纤。
光接收机是用于收集入射的光信号并加以处理,恢复光载波的信息。
光接收机分为:功率(直接)检测器,外差接收机。
光电检测技术特点:1. 高精度:是各种检测技术中精度最高的一种:激光测距法测地球与月亮的距离分辨率达1m2. 高速度:光是各种物质中传播速度最快的。
3. 远距离,程量:光是最便于远距离传播的介质4. 非接触性:光照到被测物体上可以认为是没有测量力,因此无摩擦。
5. 寿命长:光波是永不磨损的。
6. 具有很强的信息处理和运算能力,可将复杂信息并行处理。
光电传感器:1•直射型2反射型3辐射型光电检测的基本方法有:1•直接作用法.2.差动测量法3补偿测量法4•脉冲测量法直接作用法:收被测物理控制的光通量,经光电转换后有检测机构直接得到所求被测物理量。
差动测量法:利用被测量与某一标准量相比较,所得差或数值比克反应被测量的大小。
光电检测技术的发展趋势:1. 发展纳米,亚纳米高精度的光电测量新技术。
2. 发展小型的,快速的微型光,机,电检测系统。
3. 非接触,快速在线测量。
4. 发展闭环控制的光电检测系统。
5. 向微空间或大空间三维技术发展。
6. 向人们无法触及的领域发展。
7. 发展光电跟踪与光电扫描技术。
在物质受到辐射光的照射后,材料的电学性质发生了变化的现象称为光电效应光电效应分为:外光电效应和内光电效应光电导效应是一种内光电效应。
光电导效应也分为本征型和非本征型两类光电导效应是非平衡载流子效应,因此存在一定的|弛豫现象|:光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流需要一定能的时间。
弛豫现象也叫惰性。
光生伏特效应:与光照相联系的是|少数载流子|的行为。
《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%。
光电技术及应用作业指导书第一章光电技术基础理论 (2)1.1 光的基本性质 (2)1.2 光电效应 (2)1.3 光电检测技术 (3)第二章光电器件原理与应用 (3)2.1 光电二极管 (3)2.2 光电三极管 (4)2.3 光电探测器 (4)第三章激光技术及其应用 (4)3.1 激光原理 (4)3.2 激光器类型 (5)3.3 激光应用领域 (5)第四章光纤通信技术 (5)4.1 光纤的基本特性 (5)4.2 光纤通信系统 (6)4.3 光纤通信设备 (6)第五章光电显示技术 (7)5.1 液晶显示技术 (7)5.2 发光二极管显示技术 (7)5.3 激光投影技术 (7)第六章光电检测与测量技术 (8)6.1 光电检测原理 (8)6.2 光电测量仪器 (8)6.3 光电测量应用 (9)第七章光电传感器及应用 (9)7.1 光电传感器原理 (9)7.2 光电传感器类型 (9)7.3 光电传感器应用 (10)第八章光电信息处理技术 (10)8.1 光电信息处理原理 (10)8.2 光电信息处理技术 (11)8.3 光电信息处理应用 (11)第九章光电技术在生物医学领域的应用 (11)9.1 光电成像技术 (11)9.2 光电治疗技术 (12)9.3 光电检测技术 (12)第十章光电技术在工业领域的应用 (13)10.1 光电检测与控制 (13)10.1.1 概述 (13)10.1.2 应用原理 (13)10.1.3 应用方法 (13)10.1.4 应用实践 (14)10.2 光电加工技术 (14)10.2.1 概述 (14)10.2.2 应用原理 (14)10.2.3 应用方法 (14)10.2.4 应用实践 (14)10.3 光电自动化设备 (15)10.3.1 概述 (15)10.3.2 应用原理 (15)10.3.3 应用方法 (15)10.3.4 应用实践 (15)第一章光电技术基础理论1.1 光的基本性质光电技术的研究与应用,离不开对光的基本性质的理解。
光电检测法的原理及应用1. 概述光电检测法是一种基于光电传感器原理的检测技术,通过光电传感器对光的反射、吸收和透过等响应进行测量和分析,以实现对物体或现象的检测和监测。
光电检测法广泛应用于工业控制、环境监测、生物医学等领域,具有高精度、快速响应和非接触式等优点。
2. 原理光电检测法基于光电传感器的工作原理,光电传感器主要有光电二极管、光敏电阻、光电管、光电三极管等类型,不同的光电传感器原理略有差异。
•光电二极管:基于半导体材料的P-N结原理,当光照射到P-N结区域时,会产生光生载流子,从而改变P-N结的电流特性。
•光敏电阻:基于光敏材料的电阻响应特性,当光照射到光敏电阻表面时,光敏材料的电阻值会发生变化。
•光电管:基于光电发射和电子倍增原理,当光照射到光电管的光阴极时,光电发射产生光电子,经过电子倍增器放大后形成电流信号。
•光电三极管:基于半导体材料的PNP或NPN结构,当光照射到光电三极管的光阴极时,产生的光生载流子导致管子的电流增大或减小。
3. 应用3.1 工业控制光电检测法在工业控制中广泛应用于物体的测距、测量和检测等环节。
- 通过测量物体到光电传感器的距离来实现物体的定位和识别。
- 利用光电传感器对物体的透光特性进行检测,判断物体是否存在或通过光电传感器检测物体的颜色。
3.2 环境监测光电检测法在环境监测中可以用于空气污染、水质监测等方面。
- 利用光电传感器对空气中的颗粒物进行监测,例如PM2.5的浓度和粒子大小等。
- 利用光电传感器对水体的透明度进行检测,从而判断水质的清澈程度。
3.3 生物医学光电检测法在生物医学领域有着重要的应用,例如血糖检测、血氧饱和度监测等。
- 利用光电传感器通过测量血液中的葡萄糖含量实现血糖检测。
- 利用光电传感器测量血液中的氧气饱和度,以监测患者的健康状况。
3.4 其他领域除了上述应用,光电检测法还可以在许多其他领域实现检测和监测任务。
- 在自动化设备中,利用光电传感器检测和控制设备的运动、位置和开关状态。
光电检测技术第一章:信息技术主要包括:1.电子信息技术、2.光学信息技术、3.光电信息技术。
图1-2光电系统框图图1-2中,光源产生的光是信息传递的媒介。
某光源与照明用光学系统一起获得测量所需的光载波,如点照明、平行光照明等。
某光学变换:光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上。
某光学变换是用各种调制方法来实现的。
某光信息:光学变换后的光载波上载荷的各种被测信息。
某光电转换:光信息经光电器件实现由光向电的信息转换。
某电信息处理:解调、滤波、整形、判向、细分,或计算机处理等。
光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。
某光学变换通常是用各种光学元件和光学系统来实现的,如平面镜、光狭缝、光楔、透镜、角锥棱镜、偏振器、波片、码盘、光栅、调制器、光成像系统、光干涉系统等,实现将被测量转换为光参量(振幅、频率、相位、偏振态、传播方向变化等)。
某光电转换是用各种光电变换器件来完成的,如光电检测器件、光电摄像器件、光电热敏器件等。
第二章:2.人眼对光的视觉效能也称为视见函数。
人眼的视网膜上布满了大量的感官细胞:杆状细胞和锥状细胞。
某杆状细胞灵敏度高,能感受微弱光刺激。
某锥状细胞感光灵敏度低,但能很好地区别颜色和辨别被视物的细节。
3.光度学中,为了表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别,定义了一个函数V(λ),称为“视见函数”(“光谱光视效能”)。
在明视情况,即光亮度大于3cd/m2时,人眼的敏感波长λ=555nm 的视见函数(光谱光视效率)规定为1,即V(555)=1。
4..照度(EV):照度是投射到单位面积上的光通量,或者说接受光的面元上单位面积被辐射的光通量。
若辐射光通量为dΦV,接收面元的面积是dA,那么照度EV=dΦV/dA,单位为勒克斯l某=lm·m-2。
5.光通量Φv:光通量又称为光功率,单位:流明[lm]。
光通量是按人眼视觉强度来度量的辐射量。
与电磁辐射的辐射通量Φe相对应。
光通量与辐射通量之间的关系可以用下式表示:0.78VKme()V()dV(λ)是视见函数;0.38Km是光功当量,它表示人眼在明视条件下,在波长为555nm时,光辐射所产生的光感觉效能,按照国际温标IPTS-68理论计算值Km=680(lm/W)。
信息光学中的光电检测技术及应用在信息光学领域,光电检测技术是至关重要的。
它是指利用光电效应将光信号转化为电信号的技术。
本文将介绍光电检测技术的基本原理和常见的应用领域。
一、光电检测技术的基本原理光电检测技术是基于光电效应的,其原理是当光照射到光敏材料或器件时,会产生光电子或载流子,从而产生电流或电压信号。
光电检测技术可以分为两大类:光电转换和光电放大。
1. 光电转换光电转换是指将光信号转化为电信号的过程。
常见的光电转换器件有光电二极管、光敏电阻、光伏电池、光电倍增管等。
其中,光电二极管是最常见的光电转换器件之一。
当光照射到光电二极管上时,光子激发了半导体材料中的电子,使其从价带跃迁到导带,产生电流。
而光敏电阻则是通过光照射后改变其电阻值来实现光电转换。
2. 光电放大光电放大是指将微弱的光信号通过光电器件放大成较大的电信号。
光电放大常用的器件有光电倍增管、光电晶体管和光电三极管等。
光电倍增管是一种能够将单个光子转化为多个电子的器件,它通过光电子倍增过程放大光信号。
光电晶体管和光电三极管则是通过控制电流或电压来放大光信号。
二、光电检测技术的应用光电检测技术在诸多领域中有着广泛的应用。
以下将介绍一些常见的应用领域。
1. 光通信光通信是指利用光信号传输信息的通信方式。
光电检测技术在光通信领域中起到了至关重要的作用。
通过光电转换器件,可以将接收到的光信号转化为电信号,进而进行信号处理和解码。
2. 光电传感光电传感是指利用光电检测技术进行物理量或化学成分的测量和检测。
比如在环境监测中,光电转换器件可以用来检测大气中的污染物浓度;在医学诊断中,光电检测技术可以用来检测体内物质的含量。
3. 光生物学光生物学是研究光与生物体相互作用的学科。
光电检测技术在光生物学中有着广泛的应用,可以用于观测生物体的光物理过程,如光合作用、光信号传导等,从而揭示生物体的生命活动规律。
4. 光学成像光电检测技术在光学成像领域中也被广泛应用。
南京理工大学光电检测课后习题答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用:在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位…(2)光电检测技术在日常生活中的应用:家用电器——数码相机、数码摄像机:自动对焦---红外测距传感器自动感应灯:亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲:温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收:红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取---面阵CCD医疗卫生——数字体温计:接触式---热敏电阻,非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪:文档扫描---线阵CCD红外传输数据:红外检测---光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用:夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字,会使荧光字产生一定波长的激光,通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
由于仿制困难,故用于辨伪很准确。
(2)红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高,因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。
(3)荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花),假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造,经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420-460nm的蓝光),人民币则没有荧光反应。
所以,用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。
广州康大职业技术学院《常用光电器件及应用》课程标准一、基本信息适用对象:应用电子技术专业学生制定时间:2010年6月学分:4学时:70课程代码:所属系部:自动化系制定人:吴闽批准人:陶廷甫二、课程的目标1、专业能力目标(1)掌握了解典型光电器件的原理和特点,相应的电路技术、应用。
(2)理解光度学中一些基本单位,掌握光电效应和各种光学现象。
(3)掌握常用光电子器件的特性、结构和使用范围,重点掌握光电二极管、光电池、PSD、CCD 等器件的特性参数和使用范围。
2、方法能力目标(1)通过本课程的学习应使学生对光电器件的概念、原理、电路技术、特性参数和使用范围有比较全面、系统的认识。
(2)培养学生分析和解决工程技术问题的能力,为进一步学习相关专业课打下基础。
3、社会能力目标(1)培养学生独立思考、分析问题、解决问题的能力。
(2)促进知识创新和拓展的能力。
(3)学习和掌握最新专业知识的能力。
三、整体教学设计思路1、课程定位光电器件及应用是将传统光学与现代微电子技术、计算机技术紧密结合在一起的一门高新技术,是获取光信息或者借助光来获取其它信息的重要手段。
目前光电技术已渗透到许多学科,并得到迅猛发展。
本课程着重从工程技术应用的角度出发,阐述光电效应和各种光学现象,介绍了常用光源和光电探测器的结构、原理、重点叙述了光电二极管、光电池、PSD、CCD等器件的特性参数和使用范围。
本课程的目的在于使学生了解典型光电器件的原理和特点,理解光度学中一些基本单位,掌握常用光电子器件的特性、结构和使用范围,为今后从事的工作打下基础。
2、课程开发思路该课程以导体的光吸收、辐射复合和受激辐射为基础,熟悉半导体的光电效应、电致发光效应,掌握光电子器件的基本类型、结构、工作机理、电学特性、电学特性参数表征及其应用。
为了使这门课程的教学达到预定的能力目标,在课程教学内容的选取上,从使用者的角度出发,坚持理论联系实际,以技术应用为主,实验与讲授课程同样重要,课程内容涉及光电材料的结构表征、特性测试、制备方法和相关器件的应用。