第1章光電基礎知識.ppt第2章激光技術.ppt第3章紅外技術.ppt第4章光電轉換現象和圖象顯示器件.ppt第5章光纖通信技術.ppt第6章光電技術的新發展.ppt技能訓練.ppt光電子技術基礎與技能全套PPT課件第1章光電基礎知識

1.1光電子技術概述

1.2

光學基礎知識

1.3

光電倍增管

技能訓練1光電實訓設備及場所參觀認識實驗

技能實訓2光的雙縫干涉

技能實訓3觀察光的偏振現象*技能實訓4光電倍增管(PMT)暗電流的測試

本章小結

1.1光電子技術概述

光電子技術涉及到光電效應和電光效應。光能轉換成電能即光電效應，電能轉換成光能即電光效應，光電子技術是目前電子信息技術一個很重要的發展方向，用途廣泛。國防、工業、醫療、生活等各個方面都涉及到光電技術。如激光加工、醫療激光手術、激光照相、激光印刷、激光通信等，光纖通信、各類圖像顯示器、LED照明、紅外線應用等都是光電技術的應用實例。第1章光電基礎知識1.2.1反射、全反射、折射1.2.2

光的偏振1.2.3

光的干涉1.2.4光的衍射1.2.5

光譜學基礎知識1.2.6

光電參數1.2光學基礎知識第1章光電基礎知識1.2.1反射、全反射、折射

2．光的折射

當光射到兩種介質的交界面上時，有一部分光會產生反射，如果光線進入到的第二種介質的是不透明的，那么另一部分光會被吸收，但是如果光線進入到的第二種介質的是不透明的，比如從空氣中射入水中或者玻璃中，另一部分光就要進入水中或者玻璃中傳播,光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向一般會發生變化，這種現象叫光的折射。光的反射

光在均勻介質中是沿直線傳播的。光在兩種物質分界面上改變傳播方向又返回原來物質中的現象，叫做光的反射。

第1章光電基礎知識1.光的反射（1)反射現象圖1－5光的反射現象示意圖

光在兩種物質分界面上改變傳播方向又返回原來物質中的現象，叫做光的反射。第1章光電基礎知識1.光的反射（2）光的反射定律圖1－6光的反射定律示意圖

反射光線與入射光線、法線在同一平面上；反射光線和入射光線分居在法線的兩側；反射角θ出等于入射角θ入。如圖1－6所示為光的反射定律所示示意圖。可歸納為“三線共面，兩線分居，兩角相等”。θ入＝θ出

第1章光電基礎知識1.光的反射(3)兩種反射現象②漫反射反射面是粗糙平面或曲面，平行光經界面反射后向各個不同的方向反射出去，即在各個不同的方向都能接收到反射光

（a）鏡面反射示意圖（b）漫反射示意圖①鏡面反射反射面是光滑平面（如鏡子），平行光線經界面反射后沿某一方向平行射出,只能在某一方向接收到反射光線。第1章光電基礎知識1.光的反射（4）反射現象的應用潛望鏡潛望鏡是利用相互平行且與水平方向成45°角的兩塊平面鏡兩次反射成像來觀察物體的

(a)潛望鏡反射原理(b)潛水艇上的潛望圖1－8潛望鏡原理第1章光電基礎知識2．光的折射（1)折射現象

圖1－9硬幣放入水中的折射現象

圖1－10水中的魚的折射現象硬幣的實際位置比從水面上看上去的深漁民叉魚時，要向看到的魚的前下方叉，方可捕到魚。

第1章光電基礎知識2．光的折射（2)折射定律

圖1－14光的折射定律設入射介質的折射率為n1，折射面介質的折射率為n2，入射角為θ1，折射角為θ2，則

sinθ1：sinθ2＝n1：n2

第1章光電基礎知識2．光的折射（3）光折射三種情況空氣水水空氣水空氣光從空氣斜射入水中光從水斜射入空氣中從空氣垂直射入水中第1章光電基礎知識2．光的折射（4）折射的應用水中觀察空中敵機一架潛水艇中的軍事人員偵察到潛水艇上空有飛機飛行，軍事人員看到的飛機位置要比實際飛機的位置要高一些。圖1－15水中觀察空中敵機看到的實際位置第1章光電基礎知識2．光的折射（4）折射的應用透鏡成像

（a）透鏡成像圖（b）折射式望遠鏡（b）折射成像的照相機圖1－16透鏡折射成像應用第1章光電基礎知識1.2.2光的偏振

3．偏振光的應用(1)在攝影機光學鏡頭前加上偏振鏡消除反光(2)偏振鏡能夠調節天空亮度的影響，加用偏振鏡以后，藍天變得很暗，突出了藍天中的白云。(3)使用偏振鏡看立體電影光的偏振現象

這種振動方向與傳播方向垂直的波我們稱之為橫波。橫波有一個特性，就是它的振動是有極性的。如果一束光線都在同一方向上振動，我們就稱它們是偏振光

光的偏振性分類

光的按偏振性分為自然光、部分偏振光、完全偏振光

第1章光電基礎知識光的偏振（1）光的偏振現象

光波中的電振動矢量E和磁振動矢量H都與光的傳播速度v方向三者互相垂直。這種振動方向與傳播方向垂直的波我們稱之為橫波。我們一般把光波電場振動方向作為光振動方向。如果一束光線都在同一方向上振動，我們就稱它們是偏振光，或嚴格一點，稱為完全偏振光圖1-17偏振光原理圖第1章光電基礎知識光的偏振（2）光的分類自然光三維圖

在垂直于光傳播方向的平面上，光矢量在各個可能方向上的取向是均勻的，光矢量的大小、方向具有無規律性變化，這種光稱為自然光，也稱為非偏振光部分偏振光

在垂直于光傳播方向的平面上，含有各種振動方向的光矢量，但光矢量振動在某一方向更顯著，不難看出，部分偏振光是自然光和完全偏振光的疊加。

第1章光電基礎知識光的偏振（2）光的分類完全偏振光

橢圓偏振光線偏振光

光矢量端點的軌跡為直線，即光矢量只沿著一個固定的方向振動，其大小、方向不變，稱為線偏振光橢圓偏振光指的是在光的傳播方向上，任意一個場點電矢量既改變它的大小又以角速度ω(即光波的圓頻率)均勻轉動它的方向，光矢量端點的軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉，其大小、方向隨時間有規律的變化。第1章光電基礎知識光的偏振（3）偏振光的應用

這副眼鏡就是一對透振方向互相垂直的偏振片。用來看三D電影在拍攝表面光滑的物體，如玻璃器皿等時，常常會出現耀斑或反光，這是由于光線的偏振而引起的。在攝影機鏡頭前加加偏振鏡，并適當地旋轉偏振鏡面，就能夠阻擋這些偏振光，從而消除或減弱這些光滑物體表面的反光或亮斑。

偏振鏡消除反光

偏振眼鏡（3D眼鏡）第1章光電基礎知識1.2.3光的干涉

2．獲得穩定干涉的必要條件

光的干涉現象3.獲得相干光的基本原理和方法4.光的干涉的應用第1章光電基礎知識光的干涉1.干涉現象兩列光波的干涉與兩列水波的干涉是相似的，滿足一定條件的兩列水波相遇疊加，水波在疊加區域某些點的水振動始終加強，某些點的水振動始終減弱。圖1－25水波的干涉圖樣圖1－26光的干涉圖樣滿足一定條件的兩列相干光波相遇疊加，在疊加區域某些點的光振動始終加強，某些點的光振動始終減弱，即在干涉區域內振動強度有穩定的空間分布，即出現明暗相間的條紋。第1章光電基礎知識光的干涉1.干涉現象圖1－27水波的干涉示意圖水波干涉演示實驗

將兩根細金屬絲固定在薄鋼片上（或者專門的水波發生水槽），使兩根金屬絲剛好接觸水面。當鋼片上下振動時，金屬絲周期性接觸水面，就產生了頻率和振動方向都相同的兩列水波。用兩組同心圓分別表示從波源S1、S2發出的兩列波，實線和虛線分別表示波峰和波谷。實線和虛線間的距離等于半個波長，實線與實線間、虛線和虛線間的距離等于一個波長。某一時刻在水面的某一點，如果兩列波的波峰與波峰相遇，其振幅等于兩列波的振幅之和，經過半個周期，變成波谷與波谷相遇，其振幅也等于兩列波的振幅之和。第1章光電基礎知識光的干涉2．獲得穩定干涉的必要條件（1）兩束光的頻率相同（2）兩束光的振動方向相同（3）兩束光的振動有恒定的位相差。

圖1－28相干光的條件S1和S2兩束光的頻率相同、振動方向相同、兩束光疊加有恒定的位相差,加強的位置始終加強，減弱的就始終減弱。

第1章光電基礎知識光的干涉3.獲得相干光的基本原理和方法原理將一個點光源發出的光束設法分為兩束，然后再使它們相遇，兩束光能滿足光的干涉條件圖1－29相干光的基本原理第1章光電基礎知識光的干涉3.獲得相干光的基本原理和方法方法1分波陣面法：

由垂直于紙面的單縫發出的柱面波被s1和s2兩縫分成兩部分，當兩束光到達屏幕P點時，將產生相干疊加。圖1-30分波陣面法—楊氏雙縫干涉第1章光電基礎知識光的干涉3.獲得相干光的基本原理和方法方法2一厚度為e、折射率為n2的介質薄膜，置于折射率為n1的介質中，光束1經過薄膜上表面反射一部分成為光束2，折射部分并經薄膜下表面反射再經上表面折射成為光束3,2和3由同一光束分出，因而滿足相干條件。2和3兩束光在P疊加形成干涉圖樣。圖1-31分振幅法—薄膜干涉第1章光電基礎知識光的干涉3.獲得相干光的基本原理和方法干涉加強和減弱的條件干涉加強減弱的條件取決于光程差和波長的關系，其光程差Δ=r2-r1,λ為光的波長，光程差為光波波長的整數倍則干涉加強出現亮條紋，光程差為光波半波長的奇數倍則干涉減弱出現暗條紋。第1章光電基礎知識光的干涉4.光的干涉的應用在測微器的待量度的平面之間夾入一已知其厚度的平行平面玻璃板P(如圖1－32所示)，然后使測微器的細桿頂緊平板P。如果通過平板P順著箭頭方向觀測，則在待量度的平面上可見到干涉條紋。在不平的待量度平面上得到彎曲的干涉條紋。根據條紋的形式可以判斷待量度的平面的表面質量。而根據條紋出現的數目便可決定兩側量度面的平行度。利用光的干涉檢定螺旋測微器

圖1－32光的干涉檢定螺旋測微器第1章光電基礎知識光的干涉4.光的干涉的應用使被檢測的平面和標準樣板間形成空氣薄膜,用單色光照射,入射光在空氣薄膜上下表面反射出的兩列光波相干涉,根據干涉條紋的情況可測量零件表面的光滑程度.檢查精密零件的表面質量

4.光的干涉的應用

增透膜

鏡片表面涂上的透明薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的1/4時,在薄膜的兩個面上反射的光,其反射光的光程差恰好等于半波長,相互抵消,達到減少反射光,增大透射光強度的作用。第1章光電基礎知識1.2.3光的衍射

2.衍射的類型

1.衍射現象

3.

衍射的條件4.干涉和衍射的差別5.衍射的應用第1章光電基礎知識光的衍射

1.衍射現象光在傳播路徑中，遇到不透明或透明的障礙物，繞過障礙物，產生偏離直線傳播的現象稱為光的衍射.

（a）白光的衍射圖樣（b）黃光的衍射現象(c)日光燈的衍射現象衍射現象只有在障礙物的幾何尺度與傳播波的波長相當時才比較明顯。如樹蔭中的太陽透射光的光斑、夜晚看遠處的燈光等等。將兩支鉛筆平行緊靠在一起，透過小縫看燈光，可看到明暗相間的彩色條紋，中間是白色條紋.第1章光電基礎知識光源和觀察點距障礙物為無限遠，即平行光的衍射為夫瑯和費衍射光的衍射

2.衍射的類型

光的菲涅爾衍射光的夫瑯和費衍射光源和觀察點距障礙物為有限遠的衍射稱為菲涅爾衍射。第1章光電基礎知識只有障礙物的線度和波長可比擬時，衍射現象才明顯地表現出來。由于光波的波長很小，在光傳播的途中，只有遇到線度很小的障礙物，光波的衍射才會明顯地表現出來。

光的衍射

3.

衍射的條件第1章光電基礎知識干涉是有限多束光（分離的）相干疊加，衍射是波陣面上無限多子波連續的相干疊加，這種計算對于菲涅爾衍射相當復雜，而對于夫瑯和費衍射則比較簡單。本節主要討論夫瑯和費衍射。光的衍射

4.干涉和衍射的差別第1章光電基礎知識兩根不透明的筆緊緊并排夾在一起，在平行于燈光的位置上透過兩支筆中間的縫隙看燈光會看到相間的彩色條紋。當縫隙的大小（或障礙物的大小）跟波長相差不多時就發生明顯的衍射現象．如果縫隙很寬，其寬度遠大于波長，則波通過縫后基本上是沿直線傳播的，衍射現象就很不明顯了

光的衍射

5.衍射的應用第1章光電基礎知識1.2.1光譜學基礎知識

1.電磁波譜2．光譜學的分類3.光譜的應用第1章光電基礎知識無線電波、光、X射線、γ射線都是電磁波。

光譜學基礎知識

1.電磁波譜第1章光電基礎知識光譜學基礎知識2．光譜學的分類（1）發射光譜（2）吸收光譜（3）散射光譜{第1章光電基礎知識（1）發射光譜：物體發光直接產生的光譜叫做發射光譜(emissionspectrum)。發射光譜分為明線光譜和連續光譜。

①明線光譜:焰色反應產生的光譜都屬于明線光譜，利用焰色反應可以做出五顏六色的煙花

表1－2金屬焰色反應光譜顏色表第1章光電基礎知識②連續光譜

固體或液體及高壓氣體的發射光譜，是由連續分布的波長的光組成的，這種光譜做連續光譜。例如電燈絲發出的光、熾熱的鋼水發出的光都形成連續光譜．第1章光電基礎知識（2）吸收光譜當一束具有連續波長的光通過一種物質時，光束中的某些成分便會有所減弱，當經過物質而被吸收的光束由光譜儀展成光譜時，就得到該物質的吸收光譜。

在傘面上涂上有強烈選擇性吸收紫外線的屏蔽劑，這樣紫外線就照不到傘下的人了第1章光電基礎知識（3）散射光譜光線照射到粒子時,如果粒子大于入射光波長很多倍,則發生光的反射;如果粒子小于入射光波長,則發生光的散射,這時觀察到的是光波環繞微粒而向其四周放射的光,稱為散射光。當光在物質中傳播時，物質中存在的不均勻性（如懸浮微粒、密度起伏）能導致光的散射第1章光電基礎知識光譜學基礎知識

3.光譜的應用①X射線拍片②X射線治療疾病③X射線食品加工儲藏(1）X射線的應用{圖1—41X射線拍片(2）γ射線①食品加工儲藏和食品消毒；②γ射線還可用于測距、測厚；③γ射線刀應用放射線照射病變部位,可治療血管畸形和腦腫瘤。{(3）其它光譜的應用紅外線可用于加熱、消毒、無線鼠標、紅外遙控等。紫外線主要用于消毒。可見光應用最直觀，我們能看見東西都是因為可見光，照明也是利用可見光。第1章光電基礎知識1.2.5光電參數

第1章光電基礎知識1.2.5光電參數

1.點光源、立體角

2.輻射通量3.光通量4．光強度5．光照度

6．反射系數

7．光亮度

8.光源的色溫9.暗電流

10.光電轉換效率第1章光電基礎知識

1.點光源、立體角

圖１－42點光源圖１－43立體角點光源是抽象化的物理概念,是為了把物理問題的研究簡單化,就象平時說的光滑平面，質點,無空氣阻力一樣，點光源在現實中也是不存在的，指的是從一個點向周圍空間均勻發光的光源。

從O點看，表示光向空間展開的角度稱為立體角，單位用球面角度（ｓｒ），點的周圍總立體角為４П。第1章光電基礎知識

2.輻射通量在單位時間內從光源發射的能量稱為輻射通量Ф，單位用瓦（W）在輻射通量中包含有人眼有光感的可見光和人眼感覺不到的.光通量(luminousflux)是由光源向各個方向射出的人眼有光感的光功率，也即每一單位時間射出的光能量,以F表示，單位為流明(lumen，簡稱lm)。1毫朗伯(millilambert)＝10流明（lm）。3.光通量第1章光電基礎知識4．光強度圖1－44光強度的定義圖

圖1－45光照度的定義圖

光強度(luminousintensity)是光源在單位立體角內輻射的光通量，以I表示，單位為坎德拉(candela，簡稱cd)。1坎德拉表示在單位立體角內輻射出1流明的光通量。已知立體角的光通量和立體角，用公式可以算出光強度

光照度(illuminance)是從光源照射到單位面積上的光通量,以E表示,照度的單位為勒克斯(Lux,簡稱lx)。如圖１－45所示。已知光通量和照射面積，用公式可以算出光照度

5．光照度第1章光電基礎知識

6．反射系數

人們觀看物體時,總是要借助于反射光,所以要經常用到"反射系數"的概念，反射系數(reflectancefactor)是光線照在某物體表面，物體表面反射的光通量（反射的流明數F1）與入射的光通量（入射的流明數F）之比，以R表示已知反射光通量和入射的光通量，用公式可以算出反射系數第1章光電基礎知識7．光亮度

光的強度可用照在平面上單位面積上的光的總量來度量，這叫入射光或照度E。若用從平面反射到眼球中的光量來度量光的強度,這種光稱為反射光或亮度

L=R×E

亮度和照度的關系第1章光電基礎知識

8.光源的色溫

光源的色溫是通過對比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來確定的。熱黑體輻射體與光源的色彩相匹配時的開爾文溫度就是那個光源的色溫，它直接和普朗克黑體輻射定律相聯系。光源的色溫，色溫（colo(u)rtemperature）是表示光源光色的尺度，單位為K（開爾文）。人們用與光源的色溫相等或相近的完全輻射體的絕對溫度來描述光源的色表（人眼直接觀察光源時所看到的顏色）又稱光源的色溫。色溫是以絕對溫度K來表示。

(1)色溫的定義第1章光電基礎知識不同的色溫會引起人們在情緒上不同的反應，我們一般把光源的色溫分成三類：①暖色光暖色光的色溫在3300K以下，暖色光與白熾燈光色相近，紅光成分較多，給人以溫暖、健康、舒適的感覺，適用于家庭、住宅、宿舍、醫院、賓館等場所，或溫度比較低的地方。②暖白光又叫中間色，它的色溫在3300K－5300K之間。.暖白光光線柔和，使人有愉快、舒適、安祥的感覺，適用于商店、醫院、辦公室、飯店、餐廳、候車室等場所。③冷色光又叫日光色，它的色溫在5300K以上，光源接近自然光，有明亮的感覺，使人精力集中，適用于辦公室、會議室、教室、繪圖室、設計室、圖書館的閱覽室、展覽櫥窗等場所。

8.光源的色溫

(2)色溫的分類第1章光電基礎知識色溫在攝影、錄像、出版等領域具有重要應用。

8.光源的色溫(3）色溫的應用第1章光電基礎知識是指器件在反偏壓條件下,沒有入射光時產生的反向直流電流，一般光電倍增管光電二極管等光電器件用到暗電流這一參數。

9.暗電流第1章光電基礎知識光電轉換率是指由陽光轉換為電能的轉換效率，一般多用于介紹太陽能電池性能和光電探測器測試的參數。現在一般的太陽能電池的光電轉換率在10%到15%而國外一些高科技能源公司已將這一效率提高到45%左右。

10.光電轉換效率

1.3.1光電倍增管的分類1.3.2光電倍增管的結構1.3.3光電倍增管的工作原理1.3.4光電倍增管的特性1.3光電倍增管1.3光電倍增管光電倍增管是一種能將微弱的光信號轉換成可測電信號的光電轉換器件。光電倍增管（PMT）是光子技術器件中的一個重要產品，它是一種具有極高靈敏度和超快時間響應的光探測器件。可廣泛應用于光子計數、極微弱光探測、化學發光、生物發光研究、極低能量射線探測、分光光度計、旋光儀、色度計、照度計、塵埃計、濁度計、光密度計、熱釋光量儀、輻射量熱計、掃描電鏡、生化分析儀等儀器設備中。第1章光電基礎知識1.3.1光電倍增管的分類

2.端窗型光電倍增管（CR系列）

側窗型光電倍增管（R系列）

第1章光電基礎知識1.側窗型光電倍增管（R系列）從玻璃殼的側面接收入射光，如圖1-48所示。在通常情況下，側窗型光電倍增管（R系列）的單價比較便宜（一般數百元/只a），在分光光度計、旋光儀和常規光度測定方面具有廣泛的應用。大部分的側窗型光電倍增管使用不透明光陰極（反射式光陰極）和環形聚焦型電子倍增極結構，這種結構能夠使其在較低的工作電壓下具有較高的靈敏度。

第1章光電基礎知識2.端窗型光電倍增管（CR系列）從玻璃殼的頂部接收入射光。如圖1-49所示。端窗型光電倍增管（CR系列）也稱頂窗型光電倍增管。其價格一般在千元以上，它是在其入射窗的內表面沉積了半透明的光陰極（透過式光陰極），這使其具有優于側窗型的均勻性。端窗型光電倍增管的特點是擁有從幾十平方毫米到幾百平方厘米的光陰極，另外，現在還出現了針對高能物理實驗用的可以廣角度捕獲入射光的大尺寸半球形光窗的光電倍增管。

第1章光電基礎知識1.3.2光電倍增管的結構

圖1—50端窗型光電倍增管的結構圖光電倍增管是一種真空器件。它由光電發射陰極（光陰極）和聚焦電極、電子倍增極及電子收集極（陽極）、入射面板（窗）等組成。光電倍增管的陰極一般都采用具有低逸出功能的堿金屬材料所形成的光電發射面。光電倍增管的窗材料通常由硼硅玻璃、透紫玻璃（UV玻璃）、合成石英玻璃和氟化鎂（或鎂氟化物）玻璃制成。硼硅玻璃窗材料可以透過近紅外至300nm的可見入射光，而其它3種玻璃材料則可用于對紫外區不可見光的探測。第1章光電基礎知識1.3.3光電倍增管的工作原理

當光照射到光陰極時，光陰極向真空中激發出光電子。這些光電子按聚焦極電場進入倍增系統，并通過打拿極(電子倍增極)進一步的二次發射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽極收集作為信號輸出第1章光電基礎知識1.3.4光電倍增管的特性

3．電流放大（增益）2．光照靈敏度1.光譜響應4．陽極暗電流5．磁場影響6．溫度特點7．滯后特性第1章光電基礎知識

1.光譜響應光電倍增管由陰極接收入射光子的能量并將其轉換為光子，其轉換效率（陰極靈敏度）隨入射光的波長而變。這種光陰極靈敏度與入射光波長之間的關系叫做光譜響應特性。一般情況下，光譜響應特性的長波段取決于光陰極材料，短波段則取決于入射窗材料。量子效率為光陰極發射出來的光電子數量與入射光光子的數量之比

第1章光電基礎知識2．光照靈敏度光電倍增管一般是為用戶提供陰極和陽極的光照靈敏度。陰極光照靈敏度，是指使用鎢燈產生的2856K色溫光測試的每單位通量入射光產生的陰極光電子電流。陽極光照靈敏度是每單位陰極上的入射光能量產生的陽極輸出電流（即經過二次發射極倍增的輸出電流）。

第1章光電基礎知識3．電流放大（增益）光陰極發射出來的光電子被電場加速后撞擊到第一倍增極上將產生二次電子發射，以便產生多于光電子數目的電子流，這些二次發射的電子流又被加速撞擊到下一個倍增極，以產生又一次的二次電子發射，連續地重復這一過程，直到最末倍增極的二次電子發射被陽極收集，這樣就達到了電流放大的目的。這時光電倍增管陰極產生的很小的光電子電流即被放大成較大的陽極輸出電流。一般的光電倍增管有9～12個倍增極。

第1章光電基礎知識4．陽極暗電流光電倍增管在完全黑暗的環境下仍有微小的電流輸出。這個微小的電流叫做陽極暗電流。它是決定光電倍增管對微弱光信號的檢出能力的重要因素之一。第1章光電基礎知識5．磁場影響大多數光電倍增管會受到磁場的影響，磁場會使光電倍增管中的發射電子脫離預定軌道而造成增益損失。這種損失與光電倍增管的型號及其在磁場中的方向有關。一般而言，從陰極到第一倍增極的距離越長，光電倍增管就越容易受到磁場的影響。因此，端窗型尤其是大口徑的端窗型光電倍增管在使用中要特別注意這一點。第1章光電基礎知識6．溫度特點降低光電倍增管的使用環境溫度可以減少熱電子發射，從而降低暗電流。另外，光電倍增管的靈敏度也會受到溫度的影響。

7．滯后特性當工作電壓或入射光發生變化之后，光電倍增管會有一個幾秒鐘以幾十秒鐘的不穩定輸出過程。第1章光電基礎知識光電倍增管的應用提示

1.光電倍增管的工作電壓可能造成電擊，在儀器設計中應適當地設置保護裝置。

2.由于光電倍增管的封裝尾管易受外力或振動而損傷，故應盡量保證其安全。特別是對帶有過渡封裝的合成石英外殼的光電倍增管，應特別注意外力的沖擊和機械振動等影響。

3.不要用手觸光電倍增管，面板上的塵土和手印會影響光信號的穿透率，受到污染的管基會產生低壓漏光。光電倍增管受到污染后，可用酒精擦試干凈。

4.當陽光或其他強光照射到光電倍增管時，會損傷管中的光陰極。所以光電倍增管存放時，不應暴露在強光中。

5.玻璃管基（芯柱）光電倍增管比塑料管基更缺乏緩沖保護，所以對玻璃管基的管子應更加保護，例如，在管座上焊接分壓電阻時，應將光電倍增管先插入管座中。

6.在使用中需要冷卻光電倍增管時，應經常將光電倍增管的相關部件也進行冷卻。

7.氦氣會穿透石英管殼，從而使噪聲值升高。因此，在使用和存放中避免將光電倍增管暴露在有氦氣存在的環境中。第1章光電基礎知識1．光在兩種物質分界面上反射，反射光線與入射光線、法線在同一平面上；反射光線和入射光線分居在法線的兩側；反射角等于入射角。

2.光從一種物質進入另一物質時，光發生折射，并滿足sinθ1:sinθ2＝n1:n2。

3.光是橫波，具有偏振現象，若光矢量只沿著一個確定的方向振動，為完全偏振光。自然光沿各方向振動是均勻的，用起偏器可將自然光變為偏振光。

第1章光電基礎知識

4.干涉和衍射都會形成明暗相間的條紋。光的衍射現象是光偏離了直線傳播方向繞到障礙物陰影區的現象，衍射光強按一定的規律分布，形成明暗相間的條紋，它的規律與縫寬、孔的大小及光的波長有關。光源和觀察屏位于物的兩邊是衍射形成的，如用并緊的兩支鉛筆觀察日光燈，形成彩色條紋。光源和觀察屏位于物的同側是干涉形成的，如太陽光照射水面上的油污形成的彩色條紋。

5.輻射通量、光通量、光強度、光照度、反射系數、光亮度、光源的色溫等是重要光學物理量。

第1章光電基礎知識6.光電倍增管是一種能將微弱的光信號轉換成可測電信號的光電轉換器件。由光電發射陰極（光陰極）和聚焦電極、電子倍增極及電子收集極（陽極）、入射面板（窗）等組成。當光照射到光陰極時，光陰極向真空中激發出光電子。這些光電子按聚焦極電場進入倍增系統，并通過打拿極(電子倍增極)進一步的二次發射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽極收集作為信號輸出。第2章激光技術

2.1概述

2.2激光的產生和特性

2.3各種物質類型的激光器

2.4激光的的調制

2.5激光的調Q技術

2.6激光的應用技能實訓5激光二極管伏安特性的測量

本章小結《光電技術基礎與技能》教學演示文稿技能實訓6激光二極管電光轉換特性的測量

第2章激光技術

激光技術是一項前沿科學技術發展不可缺少的支柱。激光器的體積日益變小，功率不斷增大，可靠性也得到了很大的提高。半導體二極管激光器和固體激光器技術的發展十分迅速，現今，固體激光器的平均輸出功率已從百瓦級提高到了千瓦級。半導體激光器的功率也有很大提高，其結構和其他性能也正在經歷重大變化。與此同時，還開發出了實用價值高的新波長和寬帶可調諧激光器，包括對人眼無傷害的1.54μm和2μm的激光器、藍光激光器和X光激光器。第2章激光技術第2章激光技術2.1.1

激光器的產生2.1.2

激光器的分類2.1概述第2章激光技術2.1.1激光器的產生

1960年一種神奇的光誕生了，它就是激光。激光的英文名稱是Laser，是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（受激發射光放大）的縮寫。它一出現就創造了許多奇跡，真可謂“一鳴驚人”。經過50多年的發展，激光現在幾乎是無處不在，它已經被用在生活、科研的方方面面，如激光針灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光測距儀、激光陀螺儀、激光鉛直儀、激光手術刀、激光炸彈、激光雷達、激光槍、激光炮等等，在不久的將來，激光將會有更廣泛的應用。

1954年制成了第一臺微波量子放大器制作成功，獲得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍，并指出了產生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一臺紅寶石激光器。1961年A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。以后，激光器的種類就越來越多。第2章激光技術2.1.2激光器的分類

按工作介質分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導體激光器和染料激光器4大類。近來還發展了自由電子激光器，其工作介質是在周期性磁場中運動的高速電子束，激光波長可覆蓋從微波到X射線的廣闊波段。大功率激光器通常都是脈沖式輸出。各種不同種類的激光器所發射的激光波長已達數千種，最長的波長為微波波段的0.7毫米，最短波長為遠紫外區的210埃，X射線波段的激光器也正在研究中。

第2章激光技術2.2.1

激光的產生

2.2.2

激光器的結構

2.2.3

激光器的工作原理

2.2.4

激光的特性

2.2激光的產生和特性第2章激光技術2.2.1激光的產生

3．粒子數反轉和激光的形成

基本術語（1）能級（2）激發和輻射2．光與物質的作用（1）受激吸收（2）自發輻射（3）受激輻射

第2章激光技術1.基本術語原子核外電子繞核運轉，具有動量較大的電子在離核越遠的地方運動，而動量較小的則在離核較近的地方運動，原子核外電子運動的軌道是不連續的，他們可以分成好幾層，這樣的層，稱為“電子層”

（1）能級另外原子核有自轉，原子核和核外電子都具有能量，因此各狀態對應能量也是不連續的。這些能量值就是能級或能層。第2章激光技術1.基本術語太陽系各行星繞太陽運轉跟電子繞原子核運轉十分相似。太陽相當于原子核，各行星相當于核外電子，行星距太陽的遠近不同能量不一樣（1）能級

第2章激光技術（2）激發和輻射在通常情況下，它們處于最低能級，叫基態．當各種頻率的光照射到物體上時，原子中的電子就從基態躍遷到激發態．如果某種頻率的光子的能量恰好等于原子的兩個能級的能量差時，這一光子將被吸收，使原子從低能級躍遷到高級能，原子處于激發態,當電子重新回到低能級即基態時，就向外輻射光子，輻射出來的光子決定了我們看到的物體的顏色．從低能級到高能級的這一過程稱為激發或抽運。這個吸收能量的過程，稱作光的受激吸收。從高級回到低能級去的過程稱為躍遷，躍遷時釋放的能量即輻射。激發和輻射就好比放鞭炮。火星打在鞭炮上，鞭炮吸收能量，從低能級到高能級，被激發，鞭炮爆炸，釋放能量即輻射出能量。第2章激光技術2．光與物質的作用

（1）受激吸收受激吸收比作一個火星打到鞭炮，鞭炮吸收這個火星，而沒爆炸，沒產生更多的火星。（2）自發輻射自發輻射比作一個鞭炮沒有火星打到它，自己能量高炸出很多火花。（3）受激輻射受激輻射比作鞭炮被火星打到，吸收火星，鞭炮能量增大，炸出更多火花來。第2章激光技術2．光與物質的作用

處于較低能級的粒子在受到外界的激發（即與其他的粒子發生了有能量交換的相互作用，如與光子發生非彈性碰撞），吸收了能量時，躍遷到與此能量相對應的較高能級。這種躍遷稱為受激吸收。

（1）受激吸收第2章激光技術2．光與物質的作用

粒子受到激發而進入的高能態，不是粒子的穩定狀態，如存在著可以接納粒子的較低能級，即使沒有外界作用，粒子也會按照一定的概率，自發地從高能級E2向低能級E1躍遷，同時輻射出能量為E2-E1的光子，光子頻率=（E2-E1）/h。這種輻射過程稱為自發輻射。各原子的自發輻射過程完全是隨機的，所以自發輻射光是非相干的。

（2）自發輻射

第2章激光技術2．光與物質的作用

當頻率為（E2-E1）/h的光子入射時，也會引發粒子以一定的概率，迅速地從能級E2躍遷到能級E1，同時輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態以及傳播方向都相同的光子，這個過程稱為受激輻射。

（3）受激輻射

第2章激光技術2．光與物質的作用

光與物質作用的三種方式的比較第2章激光技術3．粒子數反轉和激光的形成人為地施加一定能量，使高能級E2上具有較多的粒子數分布,這種狀態稱為粒子數反轉。高能級的原子就易發生受激輻射。

在一般情況下，處于低能級的原子數目遠遠超過處于高能級的原子數目。低能級E1原子數目多，高能級E2原子數目少，受激吸收占優勢。處于粒子數反轉狀態的活性系統，可以帶動其他粒子大量反轉即產生“雪崩”。雪崩過程可以使光再次放大。該過程的繼續進行，必須通過一定的裝置，這種裝置就是光學共振腔。從共振腔中持續發出來的、特征完全相同的大量光子就是激光。第2章激光技術2.2.2激光器的結構

3．光學諧振腔1．激光工作物質2．激勵源——

激勵(泵浦)系統第2章激光技術1．激光工作物質

激光工作物質——指用來實現粒子數反轉并產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為激光增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。現有工作介質近千種，可產生的激光波長包括從真空紫外道遠紅外，非常廣泛。在這種介質中可以實現粒子數反轉，以制造獲得激光的必要條件。顯然亞穩態能級的存在，對實現粒子數反轉是非常有利的。

根據激光工作物質對激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，并使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去,為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

第2章激光技術2．激勵源——

激勵(泵浦)系統激勵(泵浦)系統是指為使激光工作物質實現并維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。為了使工作介質中出現粒子數反轉，必須用一定的方法去激勵原子體系，使處于上能級的粒子數增加。激勵的方法很多如電激勵、光激勵、核能激勵、熱激勵、化學激勵等。

一般可以用氣體放電的辦法來利用具有動能的電子去激發介質原子，稱為電激勵.也可用脈沖光源來照射工作介質，稱為光激勵

第2章激光技術3．光學諧振腔有了合適的工作物質和激勵源后，可實現粒子數反轉，但這樣產生的受激輻射強度很弱，無法實際應用,于是人們就想到了用光學諧振腔進行放大。所謂光學諧振腔，實際是在激光器兩端，面對面裝上兩塊反射率很高的反射鏡。一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射，少量透射出去，以使激光可透過這塊鏡子而射出。

第2章激光技術光學諧振腔光子放大產生激光過程在光學共振腔中的活性物質，受到外加能量的激勵而產生的光子可以射向各個方向，但其中傳播方向與反射鏡垂直者，則在介質中來回反射振蕩。在反射振蕩的過程中，引發介質中其他活性物質受激輻射，因此這種輻射的強度越來越大。由于受激輻射反復振蕩產生的大量光子都具有相同的特征和一致的傳播方向，因此決定了激光具有良好的單色性和準直的定向性。光在諧振腔中來回振蕩，造成連鎖反應，雪崩似的獲得放大，輻射強度借以得到極度的增大，因此又保證了激光的高亮度。產生強烈的激光，從部分反射鏡子一端輸出。

光學諧振腔的作用為：①提供光學正反饋，實現光放大，即加強輸出激光的亮度。②對光的頻率有選擇性（方向性和單色性）第2章激光技術激光二極管

在發光二極管的結間安置一層具有光活性的半導體，光活性的半導體就是工作介質。其端面經過拋光后具有部分反射功能，因而形成一光諧振腔。在正向偏置（激勵源）的情況下，LED結發射出光來并與光諧振腔相互作用，從而進一步激勵從結上發射出單波長的光，這種光的物理性質與材料有關。第2章激光技術

激光物質吸收能量實現粒子數反轉N2＞N1

，受激輻射躍遷占優勢,自發輻射的光子又射向工作物質，再激發工作物質產生很多新光子（受激輻射）。光子在傳播中一部分射到反射鏡上，另一部分則通過側面的透明物質跑掉。光在反射鏡的作用下又回到工作物質中，再激發高能級上的粒子向低能級躍遷，而產生新的光子。光子經過諧振腔中的兩個反射鏡多次反射，使受激輻射的強度越來越強。促使高能級上的粒子不斷地發出光來。如果光放大到超過光損耗時（衍射、吸收、散射等損失）產生光的振蕩，使積累在沿軸方向的光從部分反射鏡中射出這就形成激光。2.2.3激光器的工作原理

第2章激光技術激光的產生可類比為一串鞭炮有一個火星打到一個鞭炮上面炸出很多火花，這些火花又作用其他鞭炮炸出更多火花，造成十分壯觀的效果。一個光子打到反轉粒子產生兩個光子，這兩個光子通過反射鏡打到另外的反轉粒子產生四個光子，這種不斷積累，產生非常多的光子從部分反射鏡射出，這就是激光。

2.2.3激光器的工作原理

第2章激光技術2.2.4激光的特性

3．顏色極純—高單色性1．定向發光—高方向性

2．亮度極高—高亮度4．能量密度極大5.高相干性，容易疊加和分離第2章激光技術激光有五大特性即高方向性（定向發光）、高單色性（顏色純）、高亮度、高密度、高相干性。

2.2.4激光的特性

激光燈表現出三種激光特性用激光的高密度和高相干性打孔第2章激光技術1．定向發光—高方向性老師用來指圖像的激光教桿筆發出的激光就是指向一個方向。

激光驗鈔機之所以能分辨出假鈔與真鈔極細微的差別就是因為分的高方向性

激光教桿筆激光驗鈔機第2章激光技術2．亮度極高—高亮度激光燈效果激光光束的能高度集中并帶有很高的能量，所以表現出高亮度。有機半導體薄膜激光二極管產生的激光有極高的亮度和效率，激光燈就是二極管激光器，看看圖片有多亮，很遠很遠都能看到。第2章激光技術3．顏色極純—高單色性太陽光的波長分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間，對應的顏色從紅色到紫色共7種顏色，所以太陽光談不上單色性

激光器的單色性遠遠超過任何一種單色光源。圖中是多個激光器形成的色彩景觀，每一束激光的顏色都很純，這樣畫面才如此美麗。

太陽光由七色光組成激光形成的景觀第2章激光技術4．能量密度極大1.激光做手術因為激光照射的面積極小。周邊機體不受任何傷害，而手術的組織瞬間就被切除。

2.人眼不可直視二極管激光器，就是因為激光的能量密度極大會灼傷眼睛。3.計算機光盤刻錄機，使用激光器發出的激光在光盤上運動，使光盤上出現記錄信息的凹坑，這么硬的光盤能刻出凹坑，足以說明激光的能量密度極大4.激光武器其殺傷力比常規武器強很多

激光雖然能量不大，但有極大的能量密度，這是因為大量光子集中在一個極小的空間范圍內射出，能量密度自然極高。第2章激光技術5.高相干性，容易疊加和分離激光器是激光掃描系統的光源，具有方向性好、單色性強、相干性高及能量集中、便于調制和偏轉的特點.從激光的產生可以看出，一條激光束只包括一種主要波長的光線，它是單色的。每一條光線都沿一個方向傳播，以相互疊加的方式結合，我們稱之為"相干性"。這個特性使激光以一條極細的光束射到一個靶上，而幾乎沒有散射。

第2章激光技術2.3.1

固體激光器2.3.2

氣體激光器

2.3.3液體激光器

2.3.4半導體激光器2.3

各種物質類型的激光器第2章激光技術2.3各種物質類型的激光器激勵是工作介質吸收外來能量后激發到激發態，為實現并維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射占主導地位，從而實現光放大。諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的定向性和相干性。

工作物質有固體、液體、氣體、半導體等。第2章激光技術2.3.1固體激光器

2．特點1．工作原理

第2章激光技術1．工作原理當激光工作物質受到光泵(激勵脈沖氙燈)的激發后，吸收具有特定波長的光，在一定條件下可導致工作物質中的亞穩態粒子數大于低能級粒子數，這種現象稱為粒子數反轉。一旦有少量激發粒子產生受激輻射躍遷，就會產生更多光子，即造成光放大，再通過諧振腔內的全反射鏡和部分反射鏡的反饋作用產生振蕩，最后由諧振腔的一端輸出激光。第2章激光技術1．工作原理紅寶石激光器的工作物質是一根紅寶石棒。紅寶石是摻入少許3價鉻離子的三氧化二鋁晶體。實際是摻入質量比約為0.05%的氧化鉻。由于鉻離子吸收白光中的綠光和藍光，所以寶石呈粉紅色。上面的閃光燈作為提供能源的泵浦（光泵）。兩端面是一對平行平面鏡，一端鍍上全反射膜，一端有10%的透射率，可讓激光透出。第2章激光技術2．特點器件小、堅固、使用方便、輸出功率大(連續100W以上,脈沖峰值則更高)。第2章激光技術2.3.2氣體激光器

2．氣體激光器的特點1．氣體激光器的工作原理

第2章激光技術氣體激光器的工作原理氣體激光器的工作原理同常見的霓虹燈及日光燈大致相仿，霓虹燈管是最普通的放電管,它那鮮艷的紅光是管中氖原子受到電子碰撞激發后所發射的。日常用的日光燈,實際上是汞蒸汽的輝光放電管。He一Ne激光器、CO2激光器等也都是輝光放電。

第2章激光技術氣體激光器的工作原理

由電源電路提供高壓脈沖，加到光腔上的四個圓環電極，它產生的電子與光腔內的He一Ne、CO2氣體粒子碰撞，引起激勵和電離，激勵原子或離子在和氣體粒子碰撞過程中，傳遞了能量，大量激活粒子躍遷至上能級，形成粒子數反轉分布。第2章激光技術氣體激光器的工作原理氦氖激光器，工作物質是氦原子和氖原子氣體，氖原子能級間的躍遷產生激光譜線，氦原子起能量轉移作用，這是最早研究成功的氣體激光器。醫學中常將此種激光器用做“光針”和照射治療的工具，對潰瘍的治療有較好的療效。

第2章激光技術2．氣體激光器的特點氣體激光器具有結構簡單、造價低、操作方便；工作介質均勻、光束質量好，能長時間穩定連續工作等特點也是目前品種最多、應用廣泛的一類激光器，占有市場的60％左右。

第2章激光技術2.3.3液體激光器

2.特點

1．簡介

液體激光器也稱染料激光器，因為這類激光器的激活物質是某些有機染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液。為了激發它們發射出激光，一般采用高速閃光燈作激光源，或者由其他激光器發出很短的光脈沖。液體激光器輸出波長連續可調，覆蓋面寬，但工作原理比較復雜。常用的是染料激光器，采用有機染料為工作物質，利用不同的染料可以獲得不同波長的激光（在可見光范圍內），一般用激光作泵浦源，如氬離子激光器等。

第2章激光技術2.3.4半導體激光器

2.半導體激光器的特點1.激光二極管結構和原理3.半導體激光器的應用實例第2章激光技術1.激光二極管結構和原理激光二極管的物理結構是在發光二極管的結間安置一層具有光活性的半導體，其端面經過拋光后具有部分反射功能，因而形成一光諧振腔。在正向偏置的情況下，LED結發射出光來并與光諧振腔相互作用，從而進一步激勵從結上發射出單波長的光，這種光的物理性質與材料有關，常用的材料有砷化鉀激光器，發射840納米的激光，另有摻鋁的砷化鉀、砷化鋅等。激勵方式有光泵浦、電激勵等等。

2.半導體激光器的特點半導體激光器特點是體積小、質量輕、壽命長、結構簡單而且堅固等，波長范圍可以從紅外到藍光，功率從毫瓦量級到瓦級都有，光光轉換效率較高。

第2章激光技術3.半導體激光器的應用實例

二極管泵浦激光器制成的電子器件激光打標機，可雕刻金屬及多種非金屬材料，b和c圖是激光打標機打標的樣品,這種更適合應用于一些要求更精細、精度更高的場合。

圖2－27激光手電筒圖2－28二極管激光器經緯儀（a）激光打標機（b）激光打標產品圖1（c）激光打標產品2第2章激光技術3.半導體激光器的應用實例

激光手電筒也是二極管激光器，光色純，亮度高

圖2－27激光手電筒圖2－28二極管激光器經緯儀激光手電筒

二極管激光器經緯儀電子經緯儀內裝波長為633mm的二極管激光器第2章激光技術（3）激光鼠標與光電鼠標激光鼠標原理跟光電鼠標差不多，只是把發光二極管換成了激光二極管來照射鼠標所移動的表面，激光光線具有一致的特性，當光線從表面反射時可產生高反差圖形，出現在傳感器上的圖形會顯示物體表面上的細節，即使是光滑表面;反之，若以不一致的LED作為光源，則這類表面看起來會完全一樣。激光鼠標的精確度要比傳統光學鼠標平均高20倍。

光電鼠標的工作原理是在光電鼠標內部有一個發光二極管，通過該發光二極管發出的光線，照亮光電鼠標底部表面（這就是為什么鼠標底部總會發光的原因）。然后將光電鼠標底部表面反射回的一部分光線，經過一組光學透鏡，傳輸到一個光感應器件（微成像器）內成像。這樣，當光電鼠標移動時，其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最后利用光電鼠標內部的一塊專用圖像分析芯片（DSP，即數字微處理器）對移動軌跡上攝取的一系列圖像進行分析處理，通過對這些圖像上特征點位置的變化進行分析，來判斷鼠標的移動方向和移動距離，從而完成光標的定位。第2章激光技術2.4.1

激光調制種類2.4.2

激光調制方式2.4.3

激光的調制的應用實例2．4激光調制第2章激光技術

激光調制的概述1.要用激光作為傳遞信息的工具，首先要解決如何將傳輸信號加到激光輻射上去的問題，我們把信息加載于激光輻射的過程稱為激光調制。把完成這一過程的裝置稱為激光調制器。2.由已調制的激光輻射還原出所加載信息的過程則稱為解調。3.因為激光實際上只起到了“攜帶”低頻信號的作用，所以稱為載波，而起控制作用的低頻信號是我們所需要傳遞的信息，稱為調制信號，被調制的載波稱為已調波或調制光。4.把激光調制比作人坐車的話，人相當于低頻信號即調制信號，激光相當于車，人在車上相當于已調波，人下車相當于解調。5.按調制的性質而言，激光調制與無線電波調制相類似，可以采用連續的調幅、調頻、調相以及脈沖調制等形式。第2章激光技術2.4.1激光調制種類

2．調相、調頻

1．調幅

3．脈沖調制第2章激光技術1．調幅調幅就是使光載波的幅度，隨著調制信號的變化規律而改變。

激光作載波調制信號已調幅波第2章激光技術2．調相、調頻調頻或調相就是使光載波的頻率或相位，隨著調制信號的變化規律而改變。因為這兩種調制波都表現為總相角的變化統稱為角度調制，這兩種調制波都表現為總相角的變化統稱為角度調制

調制信號已調相波已調頻波第2章激光技術3．脈沖調制這種調制是把模擬信號先變換成電脈沖序列，進而變成代表信號訊信息的二進制編碼（PCM數字信號），再對光載波進行強度調制來傳送信息的。要實現脈沖編碼調制，需要經過三個過程：抽樣、量化和編碼。

調制信號第2章激光技術2.4.2激光調制方式

2．電聲換能器晶片物理特性

1．聲光效應

3．聲光調制器

對光的調制方式有多種多樣，常見的有：聲光調制、電光調制、直接調制和磁光調制。但它們共同的特點是通過改變介質的光學性質來實現對光波的調制。第2章激光技術1．聲光效應介質中存在彈性應力或應變時，介質的光學性質（折射率）將發生變化。當超聲波在介質中傳播時，由于超聲波是一種彈性波，它將引起介質的疏密交替變化而導致介質的折射率發生改變，當光波通過此介質時，其傳輸特性就受到影響而改變，這種現象稱為聲光效應。聲光效應已被廣泛用來實現對光波（相位、頻率和幅度）的控制，并做成各種聲光調制器、光偏轉器等。

換能器一般采用石英晶片，在石英片上加一交變電場，當電場的頻率等于晶片的固有機械振動頻率時，彈性振動的幅值達到最大值

2．電聲換能器晶片物理特性第2章激光技術3．聲光調制器（1）聲光調制器組成是由聲光介質、電聲換能器及驅動電信號等組成。如圖2－33所示。

(2)聲光調制原理是利用聲光效應將信息加載于光頻載波上的一種物理過程。調制信號是以電信號（調幅）形式作用于電聲換能器上形成變化的超聲場，當光波通過聲光介質時，由于聲光作用，使光載波受到調制而成為“攜帶”訊息的強度調制波。第2章激光技術2.4.3激光的調制的應用實例

1.激光打印機的基本組成2.激光打印機的工作原理激光打印機以其打印速度快，打印品質高、性能卓越、操作簡單的優點，在人們的日常工作中越來越受到青睞。第2章激光技術激光打印機由激光掃描裝置、八角棱鏡、硒鼓、帶電電極、墨粉涂層輥、清潔器等六部分組成。激光打印機的基本組成第2章激光技術2.激光打印機的工作原理

（1）通常激光打印機的工作過程分為六步第2章激光技術2.激光打印機的工作原理

（2）激光掃描裝置激光掃描裝置包括激光器，光調制器，高頻驅動，掃描器，同步器和光偏轉器。作用是將接口電路送進來的二進制點陣信息調制在激光束上，然后掃描到感光體上。第2章激光技術2.激光打印機的激光掃描裝置

激光器是激光掃描系統的光源，它具有方向性好，單色性強，相干性高和能量集中，便于調制和偏轉的優點。（a）激光器（b）聲光偏轉調制器激光束入射到超聲媒質中，激光束就會產生衍射，聲光調制器在改變光束的傳播時還使原激光和衍射光的強度隨調制信號而變化

要使經調制后的激光光束在感光硒鼓上產生文字和圖像，需要完成橫向（沿打印紙行的方向）和縱向兩個方向的運動。縱向運動可以依靠硒鼓的旋轉來完成，光束的橫向運動則是由掃描器來完成的。（c）掃描器

第2章激光技術激光打印機的激光掃描過程由激光器發射出的激光束，經反射鏡射入聲光偏轉調制器，同時，由計算機送來的二進制圖文點陣信息由接口送到字形發生器，形成需要的字形的二進制脈沖信息。由同步器產生的同步信號控制９個高頻振蕩器，再經頻率合成器和功率放大器加到聲光調制器上，對由反射鏡射入的激光束進行調制，調制后的光束射入多面轉鏡，再通過廣角聚焦鏡將光束聚焦后射到光導鼓表面上，使角速度掃描變成線速度掃描，從而完成整個掃描過程

第2章激光技術2.5.1

激光的調Q技術的定義2.5.2

激光調Q技術應用實例2.5激光的調Q技術調Q技術的出現和發展，是激光技術及應用的一個重大進展。它將激光全部能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發射。從而使光源的峰值功率提高幾個數量級的一種技術，同時也推動了諸如激光測距、激光雷達、高速全息照相等應用技術的發展。第2章激光技術2.5.1激光的調Q技術的定義

2.調Q的過程1.品質因數Q

Q它定義為腔內存儲的能量與每秒中損耗的能量之比，Q值越高，越容易產生激光振蕩。調Q就是調節諧振腔的損耗率。激光振蕩需要足夠的增益，當損耗過大時，增益不夠，激光停止振蕩。所以，調Q能控制激光的振蕩。Q它定義為腔內存儲的能量與每秒中損耗的能量之比，Q值越高，越容易產生激光振蕩。調Q就是調節諧振腔的損耗率。激光振蕩需要足夠的增益，當損耗過大時，增益不夠，激光停止振蕩。所以，調Q能控制激光的振蕩。第2章激光技術2.5.2激光調Q技術應用實例

1.轉鏡調Q技術的示意圖2.轉鏡調Q的工作原理。3.轉鏡調Q的關鍵。第2章激光技術1.轉鏡調Q技術的示意圖它是把脈沖激光器諧振腔的全反射鏡子用一直角棱鏡取代，該棱鏡安裝在一個高速旋轉馬達的轉子上，由于它繞垂直于腔的軸線作周而復始的旋轉，因此，構成一個Q的值作周期變化的諧振腔。

第2章激光技術2.轉鏡調Q的工作原理當泵浦氙燈點燃后，由于棱鏡面與腔軸不垂直，反射損耗很大，此時腔的Q值很低，所以不能形成激光振蕩。在一時間段內，工作物質在光泵的激勵下，激光上升能級翻轉粒子數最大積累，同時棱鏡面也逐漸轉到接近與腔垂直的位置，腔的Q至逐漸升高，到一定時刻就形成激光震蕩，并輸出脈沖。

第2章激光技術3.轉鏡調Q的關鍵要使用轉鏡調Q激光器獲得穩定的最大輸出，一個很關鍵的問題，就是準確地控制延遲時間。即是要求在疝氣燈點燃之后需要經過一定的延遲時間以保證反轉粒子數達到極大值（飽和值），此時恰好等于棱鏡轉到成空腔位置（兩反射鏡相平行位置）所需要的時間，使之形成激光震蕩，才能獲得最大激光功率輸出。因此，過早或過遲地產生激光震蕩都是不理想的。從實驗中存在一個最佳的延遲時間。

第2章激光技術2.6.1

激光在加工業上的應用2.6.2

激光全息技術2.6.3CD、VCD、DVD機的激光頭2.6.4

激光在軍事上應用2.6.5

激光醫學2．6激光的應用由于激光具有方向性好、亮度高、單色性好、相干性好等特點而得到廣泛應用，如激光測距、激光鉆孔和切割、地震監測、激光手術等。激光通信使我們在地球每個角落都能進行信息交流，激光唱盤可以使我們親耳聆聽世界名曲現場演奏。

第2章激光技術2.6.1激光在加工業上的應用

激光加工是無接觸加工，對工件無直接沖擊，因此無機械變形，無沖擊噪聲；激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件；激光加工過程中激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小。因此，其熱影響區小，工件熱變形小，后續加工最少。由于激光束易于導向、聚焦、實現方向變換，極易與數控系統配合對復雜工件進行加工。因此激光加工是一種極為靈活便捷的加工方法，生產效率高，加工質量穩定可靠，經濟效益和社會效益好。

第2章激光技術1．激光切割

2．激光打孔

第2章激光技術3．激光焊接技術

激光焊接示意圖激光焊接汽車車身4．激光淬火技術具有加熱速度快、淬火硬度高、淬火部位可控、不需淬火介質等優點。第2章激光技術2.6.2激光全息技術

2．全息圖的特點

1.激光全息照相的基本原理

在普通攝影中,照相機拍攝的景物，只記錄了景物的反射光的強弱，也就是反射光的振幅信息，而不能記錄景物的立體信息。而全息攝影技術，能夠記錄景物反射光的振幅和相位。在全息影像拍攝時，記錄下光波本身以及二束光相對的位相，是立體的影像。3．全息技術的應用全息照相一種利用波的干涉記錄被攝物體反射（或透射）光波中信息（振幅、相位）的照相技術。先攝制全息圖的感光片，再將感光片顯影，最后用光照射感光片顯示物體的圖像。第2章激光技術1.激光全息照相的基本原理

（1）攝制全息圖的感光片激光光束分成兩束，一束照在反光鏡上，一束照在被攝物體上，反光鏡的反射（光一束參考光）和被攝物的反射光都照在感光片，兩束光在感光片上疊加產生干涉，感光底片上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相關系而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強度，也記錄了位相信息，位相是由實物與參考光線之間位置差異造成的。感光片顯影后成為全息圖。第2章激光技術（2）攝制全息感光片條件

（3）全息圖再現立體圖全息圖并不直接顯示物體的圖象，用一束激光照射全息圖，這束激光的頻率和傳輸方向應該與參考光束完全一樣，于是就可以再現物體的立體圖象。人從不同角度看，可看到物體不同的側面,就好像看到真實的物體一樣，只是摸不到真實的物體。這是因為激光束在全息圖的干涉條紋上衍射而重現原物的光波。為了滿足產生光的干涉條件，通常要用相干性好的激光作光源，而且光和照射物體的光是從同一束激光分離出來的。第2章激光技術2．全息圖的特點

（1）全息圖的一小部分就可再現整個物體在攝制全息圖時感光片上，每一點都接收到整個物體反射的光，因此，全息圖的一小部分就可再現整個物體。（2）白光再現物體的照片用感光乳膠厚度等于幾個光波波長的感光片，可在乳膠內形成干涉層，制成的全息圖可用白光再現。（3）立體感和色彩豐富如果用紅、綠和藍三種顏色的激光分別對同一物體用厚乳膠感光片上攝制全息照片，經適當的顯影處理后，可得到能在白光（太陽光或燈光）下觀察的有立體感和豐富色彩的彩色全息圖。第2章激光技術3．全息技術的應用

全息照相在觀賞、防偽、印刷、包裝、信號記錄、形變計量、計算機存儲、生物學和醫學研究、軍事技術等領域得到廣泛的應用。另外紅外、微波和超聲全息技術，全息電影和全息電視也有很重要的應用。

激光防偽標簽第2章激光技術2.6.3CD、VCD、DVD機的激光頭

2．激光頭工作原理1．激光頭的基本組成CD、VCD、DVD光盤上有凹坑，凹坑代表光盤存儲的信息，DVD-ROM的凹坑小，CD-ROM的凹坑大第2章激光技術1．激光頭的基本組成一部分為物鏡機構，俗稱光學頭；另一部分是將其余各鏡片、激光發射二極管和光敏接收器安裝在同一個腔體內，俗稱激光槍。光學頭安裝在激光槍上面，通過螺釘聯成一個整體，構成激光頭組件。激光頭由激光產生（發射）系