光電子學一光度量光輻射度量朗伯定律與輻射量計算第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日引言：近代科學技術的特點是對物質運動變化進行定量的描述和控制，必須對物理量進行測量直接測量：利用已有的確定標準完成，如：米尺、卡尺、千分尺光的變化強度變化，頻率變化，位相變化，偏振變化。檢測光的變化古代只能依靠人眼的直接觀察。間接測量：利用物理規律（物理量之間的變化規律）完成測量如：邁克爾遜干涉儀測量精度達到波長量級10-5—10-7m。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日3×1014Hz～3×1011Hz300G～300MHz300M～300HzΓ射線X射線紫外線可見光紅外線無線電波微波10-810-610-410-210-111010210410610810101012波長/μm102050102200500103200050001042×104波長λ(毫微米nm)近中遠極遠遠近390～770nm770nm～1mm10～390nm電磁波譜第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電子技術：光電子技術主要研究光的產生、控制、傳輸及其探測技術。光子技術和電子技術的結合。光的產生：激光原理光的控制、傳輸：光學設計大氣光學光纖技術光與物質的相互作用非線性光學散射光學光的探測光電檢測技術，統計光學光電檢測及處理技術的含義：利用光探測器件的檢測把光輻射轉化成電信號，經過一系列電信號的處理，提取某些必需的信息。光電檢測利用的基本原理—光電效應、光熱效應第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統的構成和原理

光源控制及傳輸路徑目標及背景光電轉換顯示記錄計算機及信號處理1、對光源輸出光的傳輸變化進行控制2、光輻射與目標相互作用產生信息載體（信號光）3、光輻射（信號光）的探測過程，利用光探測器把光輻射轉換為電學量4、利用電子學和計算機技術提取信息第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電檢測技術的主要應用范圍

1．輻射度量和光度量的檢測（光輻射能量的檢測）

采用光電檢測的方法來測定光度量和輻射度量。方法簡便，能達到很高的精度。目前常用的這類儀器有：光強度計、光亮度計、輻射計、以及光測高溫計和輻射測溫儀等。

2．光學材料、元件的檢測

光學儀器及測量技術中所涉及的材料、元件的光學特性測量，如：材料、元件的光譜特性；都需要借助于光電檢測的方法來實現測量。第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日3．非光物理量的光電檢測和控制所能完成的檢測對象十分廣泛。包括:

把非光物理量轉換為光信號。再對帶有待測信息的光信號進行光電檢測，實現對待測非光物理量的檢測。

各種幾何量如尺度、坐標；各種機械量如重量、應力、壓強、位移、速度、加速度、轉速、振動、流量，以及材料的硬度和強度等參量。第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統的應用激光雷達，測距，定位，夜視光通信，寬帶網DVD,VCD，數碼相機，公安交通監測，森林防火報警醫學影像，微光電視航空、衛星遙感，深海測量傅立葉光譜，天文干涉光譜儀第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統的構成和原理1．防盜報警系統放大報警鑒別后處理透鏡探測器第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統的構成和原理2.紅外測溫系統第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統的構成和原理A/D計算機D/A打印譜圖白光探測器A/D計算機D/A打印譜圖白光A/D計算機D/A打印譜圖白光動鏡M2探測器A/D計算機D/A打印譜圖白光光源探測器A/D計算機D/A打印譜圖A/D計算機D/A打印譜圖固定鏡M1動鏡M2探測器樣品3.傅立葉變換光譜議第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統的構成和原理4.單脈沖激光測距雷達第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統的構成和原理5.紅外3D激光成像雷達第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測系統的分類和應用范圍光電系統光譜可見光光電系統紅外光電系統照明被動照明系統主動照明系統功能用途光學計量測試系統光電控制系統搜索、跟蹤、距離和方位的系統溫差分布、熱成像系統天文、醫學光電系統第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日光電探測技術的發展方向3、光電檢測系統的發展：在不改變被測物性質的條件下，檢測非接觸化，遠程化。多信息量：多光譜、多變量、多像素。集成化、自動化、“智能”化。1、“光子挑戰電子，電子聯盟光子”利用光子技術可望突破電子技術中邏輯門器件運行速度的“瓶頸效應”，可以大大提高信息處理的速度和擴大信息傳輸的容量。

2、光電子材料的研究得到了迅速發展，特別是半導體超晶格材料和量子阱結構與器件的研究發展，使垂直腔面發射激光器得以實現。光子晶體半導體新型光子器件、有機聚合物光子晶體、光子晶體光纖和光子晶體光纖放大器均取得了一定的進展。光電探測器件向著高靈敏度和高性能方向發展，其工作波長范圍也向紅外、紫外方向擴展。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日第一章：光輻射物理第二章：光輻射探測器第三章：光輻射直接探測和外差探測第四章：光電信號的前置放大電路和濾波第五章：微弱信號檢測第六章：典型的光電信號檢測系統《光電子學》課程內容第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、光輻射的度量

1.輻射度量的基本物理量

1）輻射能量Q

以電磁波的形式發射、傳輸或接收的能量2)輻射能密度ω

輻射場單位體積中的能量(J/m3)3）輻射功率P

單位時間內發射傳輸接收的輻射能量(J)第一章光輻射物理基礎(W)第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日點源與擴展源當不使用光學系統時，相對觀測者輻射源的最大尺寸小于觀測距離十倍以內時，一般都可稱為點輻射源，否則，即為擴展源。當使用光學系統時，充滿光學系統視場的輻射源作擴展源處理，而未充滿視場的則算作點源。立體角：半徑為R的部分球面△A的邊緣各點對球心連線所包圍的空間△A'ΩOR第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日4)輻出度M

輻射源單位表面積向半球空間發射的功率

(W/m2)5)輻射強度I

點輻射源在某方向單位立體角的輻射功率(W/Sr)dA'dΩSn'qr第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日6)輻射亮度L

擴展源在某方向單位投影面積和單位立體角發射的輻射功率

(W/m2Sr)

7)輻射照度E

入射到單位接收表面上的輻射功率

(W/m2)dAqdWrn第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日光譜輻射度量和光子輻射度量

光譜輻射量指定波長附近單位波長間隔內的輻射量，光子輻射量單位時間發射或接收的光量子數定義的各輻射量第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日光度學：以“標準人眼”的視覺響應對輻射量進行度量人眼的視覺響應存在生理、心理影響，光度學不是客觀標準1924年國際照明委員會，根據200多位觀察者的測定，給出平均人眼對可見光的平均靈敏度，稱為人眼視覺函數視覺函數（光效函數）V(λ)明視V(λ)，峰值波長555nm（綠光），錐體細胞的強光反應暗視V’(λ)，峰值波長505nm，桿體細胞的弱光反應1.0400505555750l

/nmV(l)明視暗視2.光度量的基本物理量第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日1）

光能量

Q

以電磁波的形式發射、傳輸或接收的能量（只考慮可見光）

2）

光能密度ω

輻射場單位體積中的光能量流明

(lm)3）

光通量F

單位時間內發射、傳輸、接收的光能量第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日光度量與輻射度量間的對應關系在明視情況下，波長λ＝0.555μm

的V(λ)=1.，c=683Ｌｍ/Ｗ

1W輻射功率

=683Lm光通量。

對于λ＝0.555μm以外的光輻射1W輻射功率

=683·V(λ)Lm光通量第二十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日4）

光出射度M

面光源單位表面積向半球空間發射的光通量

（lm/m2)5）光強度I