：光輻射與光源1輻射度的根本物理量1.輻射能Qe：一種以電磁波的形式發(fā)射，傳播或接收的能量。單位為J〔焦耳〕。2輻射通量Φe：又稱為輻射功率Pe，是輻射能的時間變化率，單位為W〔瓦〕，是單位時間內(nèi)發(fā)射，傳播或接收的輻射能，Φe=dQe/dt(J/S焦耳每秒)3輻射強(qiáng)度Ie：點(diǎn)輻射源在給定方向上單位立體角內(nèi)的輻射能量單位為W/sr〔瓦每球面度〕Ie=dΦe/dΩ.4輻射照度Ee：投射在單位面積上的輻射能量，Ee=dΦe/dA單位為〔W/㎡瓦每平方米〕。dA是投射輻射通量dΦe的面積元。5輻射出射度Me：擴(kuò)展輻射源單位面積所輻射的通量，即Me=dΦ/dS。dΦ是擴(kuò)展源外表dS在各方向上〔通常為半空間360度立體角〕所發(fā)出的總的輻射通量，單位為瓦每平方米〔W/㎡〕。6，輻射亮度Le：擴(kuò)展源外表一點(diǎn)處的面元在給定方向上單位立體角，單位投影面積內(nèi)發(fā)出的輻射通量，單位為W/sr*㎡(瓦每球面度平方米)。7光譜輻射量：也叫光譜的輻射量的光譜密度。是輻射量隨波長的輻射率。光輻射量通量：Φe〔λ〕：輻射源發(fā)出的光在波長為λ處的單位波長間隔內(nèi)的輻射通量。Φe〔λ〕=dΦe/dλ單位為W/um或W/nm。2明視覺光譜光視效率V〔λ〕：視覺主要由人眼視網(wǎng)膜上分布的錐體細(xì)胞的刺激所引起的。暗視覺光譜光視效率：視覺主要由人眼視網(wǎng)膜上分布的桿狀細(xì)胞刺激所引起的。3，輻射度量和光度量的對照表輻射度量符號單位光度量符號單位輻射能QeJ光量QvLm/s輻射通量或輻射功率ΦeW光通量Φvlm輻射照度EeW/㎡光照度EvLx=lm/㎡輻射出度MeW/㎡光出射度MvLm/㎡輻射強(qiáng)度IeW/sr發(fā)光強(qiáng)度IvCd=lm/sr輻射亮度LeW/sr*㎡光亮度光譜光視效率LvV(λ)Cd/㎡按照人眼的視覺特性V(λ)來評價的輻射通量Φe即為光通量Φv：Φv=KmΦe(λ)V(λ)dλ式中Km為名視覺的最大光譜光譜光視效率函數(shù)，也成為光功當(dāng)量。國際實(shí)用溫標(biāo)理論計(jì)算值Km為680lm/W。4，熱輻射的根本物理量〔5頁〕1輻射本領(lǐng)：輻射體外表在單位波長間隔單位面積內(nèi)所輻射的通量式中dΦe2吸收率α〔λ，T〕:在波長λ到λ+dλ間隔內(nèi)被物體吸收的通量與λ射通量之比，3絕對黑體：任何物體，只要溫度在絕對零度以上，就向外界發(fā)出輻射，這稱為溫度輻射。黑體是一種完全的溫度輻射體，定義為吸收率α〔λ，T〕=1的物體為絕對黑體，其輻射本領(lǐng)4物體的發(fā)射率ε〔λ，T〕5，熱輻射根本上可分為兩類：黑體輻射和線狀，帶狀輻射源。六，普朗克定律七，維恩位移定律每一種溫度的Meb(λ,T)~λ曲線都有一個峰值，隨著溫度的升高此峰值向短波方向移動八，斯忒藩玻耳茲曼定律九，光源的光譜功率分布通?？煞譃樗姆N情況：1，線性光譜，有假設(shè)干條明顯分隔的細(xì)線組成，如低壓汞燈。2，帶狀光譜，由一些分開的譜帶組成，每一條譜帶中又包含許多細(xì)譜線，如高壓汞燈，高壓鈉燈就屬于這種分布。3，連續(xù)光譜，所有熱輻射光源的光譜都是連續(xù)的。4混合光譜，由連續(xù)光譜與線，帶譜混合而成，一般的熒光燈光譜就屬于這種分布，。十，光源的色溫〔18頁〕十一：光源的顏色包含了兩方面的含義即色表和顯色性。色表：用眼睛直接觀察光源時所看到的顏色。例如高壓鈉燈的色表成黃色，熒光燈的色表程白色。顯色性：當(dāng)用這種光源照射物體時，物體呈現(xiàn)的顏色〔也就是物體反射光的在人眼中產(chǎn)生的顏色感覺〕與該物體在完全輻射體照射下所呈現(xiàn)的顏色一致性。十二：熱輻射光源有三個特點(diǎn)：1，它們的發(fā)光特性都可以利用普朗克公式進(jìn)行精確的估算，即可以精確掌握和控制他們發(fā)光或輻射性質(zhì)；2它們發(fā)出的光通量構(gòu)成連續(xù)的光譜，且光譜范圍很寬，因此使用的適應(yīng)性強(qiáng)。但在通常溫度下，紫外輻射和可見光幅度含量很少，這有限制了這類光源的適用范圍；3采用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，可使這類光源的光輸出獲得很高的穩(wěn)定度。十三：氣體放電原理：密封在泡殼內(nèi)的氣體或金屬氣體在電場的作用下鼓勵出電子和離子，電子和離子從電場中獲得能量分別向陰極和陽極運(yùn)動，它們與氣體原子或分子碰撞時會鼓勵出新的電子和離子。這一過程中會引起原子的激發(fā)，受激原子回到低能級時就會發(fā)射出輻射，這就是氣體放電原理。十四：發(fā)光二級管〔LED〕的工作原理：P-N結(jié)上未加電壓時有一定的勢壘，當(dāng)加上正向偏壓時在外加電場的作用下，在P-N結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價帶空穴的復(fù)合。一個電子和一個空穴的每一次復(fù)合，都將釋放出與材料性質(zhì)有關(guān)的一定復(fù)合能量，這個能量會以熱能，光能，或局部熱能和局部光能的形式輻射出來。十五，發(fā)光二級管的優(yōu)點(diǎn);1,屬于低電壓，小電流器件在室溫下即可得到足夠的亮度2發(fā)光響應(yīng)速度快3性能穩(wěn)定壽命長4易于和集成電路匹配，且驅(qū)動簡單5與普通光源相比單色性好，其發(fā)光的半寬度一般為幾十納米6小型，耐沖擊。主要缺點(diǎn)：功率較小，光色有限，較難獲得短波發(fā)光，且發(fā)光效率低。十六：激光器的工作原理：激光器一般有工作物質(zhì)，諧振腔和泵浦源組成。常用的泵浦源是輻射源或電源，利用泵浦源能將工作物質(zhì)中的離子從低能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)，是處于高能態(tài)的粒子數(shù)大于處于低能態(tài)的粒子數(shù)，構(gòu)成粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布，這是產(chǎn)生激光的必要條件。十七：激光器的類型：1氣體激光器：2固體激光器3染料激光器4半導(dǎo)體激光器。十八：激光的特性：單色性，方向性，亮度，相干性。課后作業(yè)5,6,7,17,18光電探測器概述一：光電探測器的分類：光子探測器〔光電子發(fā)射探測器，光電導(dǎo)探測器，光伏探測器，光電磁探測器〕熱探測器〔測輻射溫差熱電偶和熱電堆，電阻測輻射熱器，熱釋電探測器〕二：光電探測器的噪聲：散粒噪聲，熱噪聲，產(chǎn)生-復(fù)合噪聲，溫度噪聲，電流噪聲課后作業(yè)1,2,3,6光電子發(fā)射探測器一，很多半導(dǎo)體材料具有良好的光電子發(fā)射性能的原因：1半導(dǎo)體對入射光有較小的反射系數(shù)，有較大的吸收系數(shù)，通常在長波極限波長附近就有外表和體內(nèi)光電子發(fā)射效應(yīng)產(chǎn)生；2陰極層導(dǎo)電性適中，一來可以使光電子在趨向外表運(yùn)動的過程中損失能量比金屬小，二來可以使層內(nèi)傳導(dǎo)電子的補(bǔ)充不發(fā)生困難；3半導(dǎo)體內(nèi)存在著大量的發(fā)射中心〔價帶中有大的電子密度〕4半導(dǎo)體有較小的光電逸出功，在光譜響應(yīng)內(nèi)有較高的量子效率。二半導(dǎo)體中光電子發(fā)射一般經(jīng)過三個步驟：對光電子的吸收；光電子向外表的運(yùn)動；克服外表勢能的逸出光電子發(fā)射材料大體可以分為三類：純金屬材料；外表吸附一層其他元素原子的金屬半導(dǎo)體材料；用作光電管，光電倍增光，變像管，像增強(qiáng)器和一些攝像管等光電器件中的光電陰極，其作用是使不同波長的各種輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號。光電倍增管結(jié)構(gòu)：由光電陰極，電子光學(xué)輸入系統(tǒng)〔光電陰極到第一倍增極D1之間的系統(tǒng)〕，二次發(fā)射倍增系統(tǒng)及陽極等構(gòu)成。課后作業(yè)1,4，9,12;光電導(dǎo)探測器一光電導(dǎo)探測器可根據(jù)不同類型的光電導(dǎo)效應(yīng)和材料差異分為本征型，雜志型，薄膜型和掃積型光電導(dǎo)探測器。二，p96-97頁看看光電導(dǎo)探測器內(nèi)增益G三，課后習(xí)題第6題光伏探測器一，看看119頁上面一段小字二，對于不均勻半導(dǎo)體，由于同質(zhì)的半導(dǎo)體不同的摻雜形成的pn結(jié)，不同質(zhì)的半導(dǎo)體組成的異質(zhì)結(jié)或金屬與半導(dǎo)體接觸形成的肖特基勢壘都存在內(nèi)建電場，當(dāng)光照在這種半導(dǎo)體時，由于半導(dǎo)體對光的吸收而產(chǎn)生了電子空穴，它們在內(nèi)建電場的作用下就會向相反的方向移動和集聚而產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。三，對于均勻半導(dǎo)體，由于體內(nèi)沒有內(nèi)建電場，當(dāng)光照這種半導(dǎo)體一局部時，由于光生載流子濃度梯度的不同而引起載流子的擴(kuò)散運(yùn)動。但電子和空穴的遷移率不等，由于兩種載流子擴(kuò)散速度的不同而導(dǎo)致兩種電荷的分開，從而產(chǎn)生光生電勢。這種現(xiàn)象稱為丹倍效應(yīng)。四，如果將均勻半導(dǎo)體放在與光輻射方向相垂直的磁場中，那么將有洛倫茲力作用于擴(kuò)散的電子和空穴，使他們向垂直于擴(kuò)散方向的不同方向偏轉(zhuǎn)，從而在半導(dǎo)體的兩側(cè)端面間產(chǎn)生電位差這種效應(yīng)稱為光磁電效應(yīng)五，光磁電效應(yīng)和霍爾效應(yīng)的區(qū)別：在霍爾效應(yīng)中，載流子的定向移動是由外加電場引起的。兩種載流子的運(yùn)動方向相反，二者形成的電流方向相同。垂直的磁場使兩種載流子向同一方向偏轉(zhuǎn)，效果是互相減弱。而在光磁電效應(yīng)中，定向運(yùn)動是由擴(kuò)散引起的。兩種載流子擴(kuò)散方向相同，二者形成的電流方向相反。在垂直磁場作用下，向相反方向偏轉(zhuǎn)，效果是互相加強(qiáng)的。六，看123頁最下面一段話七，p端為光電池正極，n端為負(fù)極，一般在地面上應(yīng)用作為光電探測器的多為p+n型，如國產(chǎn)2CR型n+p型硅光電池具有較強(qiáng)的抗輻射能力，適合空間應(yīng)用，作為航天的太陽能電池，如國產(chǎn)的2DR型?！?30〕八，光電二極管的分類：p-n結(jié)光電二級管；PIN光電二極管；雪崩光電二極管；九，〔140〕雪崩光電二極管和PIN光電二極管的聯(lián)系和區(qū)別：聯(lián)系：十，141頁光電三極管的原理十一，光子牽引作用：當(dāng)強(qiáng)激光脈沖〔波長大于帶間吸收〕輻照時，具有輻射壓力的光子和自由空穴相互作用，使空穴得到能量和動量，從而沿光傳播方向運(yùn)動，好似光子牽著空穴前進(jìn)，即光子牽引作用。十二，課后作業(yè)1,2,5,7,8，熱探測器一，看155頁的熱釋電效應(yīng)二，〔157〕面電極結(jié)構(gòu)邊電極結(jié)構(gòu)三，課后作業(yè)1,6，其他光電探測器件一，CCD的信號傳輸過程：電荷轉(zhuǎn)移〔或傳輸〕；電荷注入；電荷輸出。三相二位四相三位二，CCD攝像器件的根本性能參數(shù)：分辨率；暗電流；靈敏度；動態(tài)范圍；光譜響應(yīng)?！?80頁看看〕，光輻射的調(diào)制一，調(diào)制就是使載波的某一參量〔例如幅度，頻率，相位等〕按欲傳輸信號規(guī)律變化的過程。調(diào)制的方式可以分為三類：模擬調(diào)制；脈沖調(diào)制；數(shù)字調(diào)制?！?96~197〕二，當(dāng)一塊各向同性的透明介質(zhì)受外力作用時，介質(zhì)的折射率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為彈光效應(yīng)。通常把超聲波引起的彈光效應(yīng)稱為聲光效應(yīng)。三，〔228頁〕當(dāng)滿足Q<1時，并且入射光線平行于聲波波面〔即垂直于聲波傳播方向入射時〕產(chǎn)生拉曼--奈斯衍射四，(231)當(dāng)滿足Q>>1時，并入射光以一定的角度斜入射聲光介質(zhì)，那么產(chǎn)生布拉格衍射。條件五，看233頁聲光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)和原理六，當(dāng)電路加在晶體上時，其折射率的變化可能產(chǎn)生線性效應(yīng)或平方效應(yīng)，加電場的方向通常由兩種方式：一種是沿著晶體主軸z軸方向，使電場方向與光線方向平行，產(chǎn)生縱向光電效應(yīng)；二是電場沿晶體任一主軸x軸或y軸或z軸加在晶體上，而取通光方向與電場方向相垂直，即產(chǎn)生橫向電場效應(yīng)。七，線性電光效應(yīng)：晶體受外加電場作用時，其尋常光和非常光折射率將發(fā)生變化。折射率的變化與電場大小成正比的電光效應(yīng)稱為線性電光效應(yīng)?！?35〕，直接探測系統(tǒng)一，光電系統(tǒng)的類型：按攜帶信息的光源分可分為主動系統(tǒng)和被動系統(tǒng)；按光譜范圍分可分為可見光探測系統(tǒng)和紅外探測系統(tǒng)；按接收系統(tǒng)分可分為點(diǎn)探測系統(tǒng)和面探測系統(tǒng)；從調(diào)制方式和信號處理電路的類型分可分為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)；從光波對信息信號〔或被測未知量〕的攜帶方式可分為直接探測系統(tǒng)和相干探測系統(tǒng)。二，信噪比三，直接探測和相干探測系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：直接探測：在多數(shù)場合中，常常用光波的強(qiáng)度變化來攜帶信息，，用直接探測的方法可光波的強(qiáng)度變化所包含的信息檢測出來。光的頻率和相位的變化必須采用相干探測方法。直接探測是一種簡單而又實(shí)用的探測方法，在工業(yè)，航空，航天，軍事，醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用四，在炎熱的夏季，湍流對激光傳播的影響尤為突出。主要表現(xiàn)為下面幾個方面：強(qiáng)度閃爍；光束抖動；光束偏轉(zhuǎn)。五，直接探測系統(tǒng)中限制背景功率的方法一是在空間上限制系統(tǒng)視場角；另一方面是加光學(xué)濾光片對背景進(jìn)行光譜濾波?！?63〕，相干探測一，相干探測的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換增益高；可獲得全部信息；良好的濾波性能；有利于微弱光信號的探測。二，將相干探測量子噪聲限信噪比公式與直接探測量子噪聲限信噪比公式比擬發(fā)現(xiàn)，在濾波器帶寬相同的情況下，相干探測的極限信噪比是直接探測的信噪比的2倍?！?73上〕三，相干探測的空間條件：必須保持信號光和本振光在空間上的角準(zhǔn)直。四，相干探測的頻率條件：為了獲得高靈敏度的相干探測，要求信號光和本振光具有高度的單色性和頻率穩(wěn)定度。五，課后習(xí)題4〔如題三〕,6，光電信號處理方法一，前置放大器的設(shè)計(jì)要求是低噪聲，高增益，低輸出阻抗，大的動態(tài)范圍，良好的線性特征和較好的抗產(chǎn)噪聲能力?！?80頁〕二，〔283〕信號匹配和噪聲匹配的區(qū)別：三，〔293〕當(dāng)要求保持脈沖的形狀時，帶寬要求更寬些。四，采樣定理五，看看303頁微弱光電信號處理方法六，鎖相放大器的工作原理：鎖相放大器是一種對交變信號進(jìn)行相敏檢波的放大器。它利用和被檢測信號有相同頻率和相位關(guān)系的參考信號作為