：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〕，是單位時間內發射，傳播或接收的輻射能，Φe=dQe/dt(J/S焦耳每秒)3輻射強度Ie：點輻射源在給定方向上單位立體角內的輻射能量單位為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：擴展輻射源單位面積所輻射的通量，即Me=dΦ/dS。dΦ是擴展源外表dS在各方向上〔通常為半空間360度立體角〕所發出的總的輻射通量，單位為瓦每平方米〔W/㎡〕。6，輻射亮度Le：擴展源外表一點處的面元在給定方向上單位立體角，單位投影面積內發出的輻射通量，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〕：輻射源發出的光在波長為λ處的單位波長間隔內的輻射通量。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膜上分布的錐體細胞的刺激所引起的。暗視覺光譜光視效率：視覺主要由人眼視網膜上分布的桿狀細胞刺激所引起的。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/㎡輻射強度IeW/sr發光強度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，也成為光功當量。國際實用溫標理論計算值Km為680lm/W。4，熱輻射的根本物理量〔5頁〕1輻射本領：輻射體外表在單位波長間隔單位面積內所輻射的通量式中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4物體的發射率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常可分為四種情況：1，線性光譜，有假設干條明顯分隔的細線組成，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譜線，如高壓汞燈，高壓鈉燈就屬于這種分布。3，連續光譜，所有熱輻射光源的光譜都是連續的。4混合光譜，由連續光譜與線，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：當用這種光源照射物體時，物體呈現的顏色〔也就是物體反射光的在人眼中產生的顏色感覺〕與該物體在完全輻射體照射下所呈現的顏色一致性。十二：熱輻射光源有三個特點：1，它們的發光特性都可以利用普朗克公式進行精確的估算，即可以精確掌握和控制他們發光或輻射性質；2它們發出的光通量構成連續的光譜，且光譜范圍很寬，因此使用的適應性強。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采用適當的穩壓或穩流供電，可使這類光源的光輸出獲得很高的穩定度。十三：氣體放電原理：密封在泡殼內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，受激原子回到低能級時就會發射出輻射，這就是氣體放電原理。十四：發光二級管〔LED〕的工作原理：P-N結上未加電壓時有一定的勢壘，當加上正向偏壓時在外加電場的作用下，在P-N結附近產生導帶電子和價帶空穴的復合。一個電子和一個空穴的每一次復合，都將釋放出與材料性質有關的一定復合能量，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，發光二級管的優點;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發光響應速度快3性能穩定壽命長4易于和集成電路匹配，且驅動簡單5與普通光源相比單色性好，其發光的半寬度一般為幾十納米6小型，耐沖擊。主要缺點：功率較小，光色有限，較難獲得短波發光，且發光效率低。十六：激光器的工作原理：激光器一般有工作物質，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中的離子從低能態激發到高能態，是處于高能態的粒子數大于處于低能態的粒子數，構成粒子數的反轉分布，這是產生激光的必要條件。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〔光電子發射探測器，光電導探測器，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，產生-復合噪聲，溫度噪聲，電流噪聲課后作業1,2,3,6光電子發射探測器一，很多半導體材料具有良好的光電子發射性能的原因：1半導體對入射光有較小的反射系數，有較大的吸收系數，通常在長波極限波長附近就有外表和體內光電子發射效應產生；2陰極層導電性適中，一來可以使光電子在趨向外表運動的過程中損失能量比金屬小，二來可以使層內傳導電子的補充不發生困難；3半導體內存在著大量的發射中心〔價帶中有大的電子密度〕4半導體有較小的光電逸出功，在光譜響應內有較高的量子效率。二半導體中光電子發射一般經過三個步驟：對光電子的吸收；光電子向外表的運動；克服外表勢能的逸出光電子發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體材料；用作光電管，光電倍增光，變像管，像增強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換為電信號。光電倍增管結構：由光電陰極，電子光學輸入系統〔光電陰極到第一倍增極D1之間的系統〕，二次發射倍增系統及陽極等構成。課后作業1,4，9,12;光電導探測器一光電導探測器可根據不同類型的光電導效應和材料差異分為本征型，雜志型，薄膜型和掃積型光電導探測器。二，p96-97頁看看光電導探測器內增益G三，課后習題第6題光伏探測器一，看看119頁上面一段小字二，對于不均勻半導體，由于同質的半導體不同的摻雜形成的pn結，不同質的半導體組成的異質結或金屬與半導體接觸形成的肖特基勢壘都存在內建電場，當光照在這種半導體時，由于半導體對光的吸收而產生了電子空穴，它們在內建電場的作用下就會向相反的方向移動和集聚而產生電位差，這種現象稱為光生伏特效應。三，對于均勻半導體，由于體內沒有內建電場，當光照這種半導體一局部時，由于光生載流子濃度梯度的不同而引起載流子的擴散運動。但電子和空穴的遷移率不等，由于兩種載流子擴散速度的不同而導致兩種電荷的分開，從而產生光生電勢。這種現象稱為丹倍效應。四，如果將均勻半導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散的電子和空穴，使他們向垂直于擴散方向的不同方向偏轉，從而在半導體的兩側端面間產生電位差這種效應稱為光磁電效應五，光磁電效應和霍爾效應的區別：在霍爾效應中，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，效果是互相減弱。而在光磁電效應中，定向運動是由擴散引起的。兩種載流子擴散方向相同，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，效果是互相加強的。六，看123頁最下面一段話七，p端為光電池正極，n端為負極，一般在地面上應用作為光電探測器的多為p+n型，如國產2CR型n+p型硅光電池具有較強的抗輻射能力，適合空間應用，作為航天的太陽能電池，如國產的2DR型。〔130〕八，光電二極管的分類：p-n結光電二級管；PIN光電二極管；雪崩光電二極管；九，〔140〕雪崩光電二極管和PIN光電二極管的聯系和區別：聯系：十，141頁光電三極管的原理十一，光子牽引作用：當強激光脈沖〔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動，好似光子牽著空穴前進，即光子牽引作用。十二，課后作業1,2,5,7,8，熱探測器一，看155頁的熱釋電效應二，〔157〕面電極結構邊電極結構三，課后作業1,6，其他光電探測器件一，CCD的信號傳輸過程：電荷轉移〔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：分辨率；暗電流；靈敏度；動態范圍；光譜響應。〔180頁看看〕，光輻射的調制一，調制就是使載波的某一參量〔例如幅度，頻率，相位等〕按欲傳輸信號規律變化的過程。調制的方式可以分為三類：模擬調制；脈沖調制；數字調制。〔196~197〕二，當一塊各向同性的透明介質受外力作用時，介質的折射率會發生變化，這種現象稱為彈光效應。通常把超聲波引起的彈光效應稱為聲光效應。三，〔228頁〕當滿足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〕產生拉曼--奈斯衍射四，(231)當滿足Q>>1時，并入射光以一定的角度斜入射聲光介質，那么產生布拉格衍射。條件五，看233頁聲光調制器的結構和原理六，當電路加在晶體上時，其折射率的變化可能產生線性效應或平方效應，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，產生縱向光電效應；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，即產生橫向電場效應。七，線性電光效應：晶體受外加電場作用時，其尋常光和非常光折射率將發生變化。折射率的變化與電場大小成正比的電光效應稱為線性電光效應。〔235〕，直接探測系統一，光電系統的類型：按攜帶信息的光源分可分為主動系統和被動系統；按光譜范圍分可分為可見光探測系統和紅外探測系統；按接收系統分可分為點探測系統和面探測系統；從調制方式和信號處理電路的類型分可分為模擬系統和數字系統；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和相干探測系統。二，信噪比三，直接探測和相干探測系統的優缺點：直接探測：在多數場合中，常常用光波的強度變化來攜帶信息，，用直接探測的方法可光波的強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用的探測方法，在工業，航空，航天，軍事，醫療等領域得到廣泛的應用四，在炎熱的夏季，湍流對激光傳播的影響尤為突出。主要表現為下面幾個方面：強度閃爍；光束抖動；光束偏轉。五，直接探測系統中限制背景功率的方法一是在空間上限制系統視場角；另一方面是加光學濾光片對背景進行光譜濾波。〔263〕，相干探測一，相干探測的特點：轉換增益高；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現，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。〔273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定度。五，課后習題4〔如題三〕,6，光電信號處理方法一，前置放大器的設計要求是低噪聲，高增益，低輸出阻抗，大的動態范圍，良好的線性特征和較好的抗產噪聲能力。〔280頁〕二，〔283〕信號匹配和噪聲匹配的區別：三，〔293〕當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系的參考信號作為