1、近代光學測試技術,張登偉,課程安排,參考書: 光學測試技術，劉承等編著，電子工業出版社 近代光學測試技術，楊國光主編，浙江大學出版社 光電測試技術，范志剛等編，電子工業出版社 其他相關文獻資料 平時成績 （作業、討論等）50，考試或論文50 秋,周二,8-9節(下午3-4),玉泉教7-408(多) 周四.8-9節(下午3-4).玉泉教7-408(多),學院網頁，課程中心（暫未開通） 探討,請發EMAIL: 密碼：zjuopt2016 微信加微信liebecc1204，拉入 “近代光學測試技術微信群”,交流平臺,清楚光學測試技術的原理 熟悉光學測試系統的基本組成部分 掌

2、握典型的光學測試系統 將光學測試技術應用于科學研究及工程項目,課程目標,緒論 第一章 光干涉技術 第二章 光纖傳感技術 第三章 微弱光電流信號檢測技術 第四章 光調制與光掃描技術 第五章 光衍射技術 第六章 光納米傳感與測量技術,課程主要內容,緒論 第一章 光干涉技術 第二章 光纖傳感技術 第三章 微弱光電流信號檢測技術 第四章 光調制與光掃描技術 第五章 光衍射技術 第六章 光納米傳感與測量技術,課程主要內容,了解光學測試技術涵蓋的內容 了解光學測試系統的基本組成部分 了解光學測試技術的特點 接觸光學測試技術,本講要點,近代光學測試技術概論,光學是物理學眾多學科中最古老的學科之一。在古代，人

3、們除了認識到光的直線傳播、反射定律和不完全的折射定律外，對光學知識沒有進一步的深入認識。 近代光學史是從十七世紀初開普勒的光學研究開始，以望遠鏡和顯微鏡的發明而發展起來的。 自19世紀70年代開始由于激光技術、光波導技術、數字技術、計算機技術以及傅里葉光學的出現，使光學發展成近代光學。以激光為代表的近代光學促使光學測試技術出現更多新方法和新技術，從而開始形成近代光學測試技術。,光學測試技術的研究領域,光學測試技術的研究領域,光學測試技術 近代光學測試技術,激光技術、光波導技術、數字技術、計算機技術以及傅里葉光學,近代光學測試技術的研究領域,近代光學測試技術的研究領域,近代光學測試技術的研究領域

4、,近代光學測試技術的研究領域,近代光學測試技術的應用領域,軍事領域的應用 衛星上的應用 航空領域的應用 國防上的應用 航天領域的應用 工業領域的應用 醫療領域的應用,在軍事上的應用,美軍研制的未來單兵作戰武器,夜視瞄準機系統：非冷卻紅外傳感器技術 激光測距儀：可精確的定位目標。,21,在軍事上的應用,為潛艇實現精確慣性導航,2009年9月，英國BAE公司與IXSEA簽訂合同，為皇家海軍四艘“HMS Audacious”的Astute級核攻擊潛艇裝備MARINS慣導系統，同時還計劃為后續的第五至七艘潛艇裝備同樣的系統。,22,潛艇慣導中使用的超高精度光纖陀螺,Honeywell公司與波音公司聯合

5、研制光纖陀螺導航儀取代靜電陀螺，作為Trident彈道導彈戰略級潛艇的慣性基準。 2006年ADM光纖陀螺隨機游走0.00009/ h1/2，零偏穩定性0.00023/h，標度因數穩定性0.3ppm。,23,在衛星定向中的應用,IXSEA應用于空間定位的Astrix200光纖陀螺， L=5000m，D=180mm。,在航空領域的應用,客機,直升機,高速鐵路軌檢儀,衛星,無人機,在航空領域的應用,美國國家導彈防御計劃-NMD,在國防領域的應用,監測系統: 探測和發現敵人導彈的發射并追蹤導彈的飛行軌道；,攔截器：能識別真假彈頭，敵友方,“阿波羅10”：,火箭部分-2077個傳感器,飛船部分-121

6、8個傳感器,檢測參數-加速度、溫度、 壓力、 振動、流量、應變、 聲學,神州飛船：,185臺（套）儀器裝置,全景光學環帶相機拍攝的地球照片,在航天領域的應用,2020/9/27,在線檢測：零件尺寸、產品缺陷、裝配定位. 現代工程裝備中，檢測環節的成本約占5070%,在工業領域的應用,土木行業：水立方健康安全監測,電力行業：風力發電葉片健康安全監測,航空：直升機旋翼健康安全監測,石化：海洋平臺冰激安全健康監測,軌道交通：鐵路地基變形監測,在工業領域的應用,石化行業：儲油罐溫度監測,光探測與顯示技術,發動機：向發動機的電子控制單元（ECU）提供發動機的工作狀況信息， 對發動機工作狀況進行精確控制

7、溫度、壓力、位置、轉速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等,汽車傳感器：汽車電子控制系統的信息源，關鍵部件，核心技術內容,普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器， 豪華轎車：傳感器數量可多達二百余只。,底 盤：控制變速器系統、懸架系統、動力轉向系統、制動防抱死系統等 車速、踏板、加速度、節氣門、發動機轉速、水溫、油溫,車 身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等 溫度、濕度、風量、日照、加速度、車速、測距、圖象等,激光測振，測角,在醫學領域應用,PET成像技術,在醫學領域應用,光學測試系統的組成部分,二氧化碳激光器,光纖激光器,激光器,光源,HE-NE 激光器,激光器,光源,LD半導體激光器,光源,LED

8、 全彩屏的大、中、小屏幕顯示裝置 顏色變化的背光光源 汽車內外的照明和顯示裝置 航空、航海、鐵路等交通信號指示用的特種照明燈 2010年全球市場80億美金 2011108億美金,LED,光源,OLED技術,光源,光柵,Plane Ruled Reflectance Gratings,Concave Ruled Reflectance Gratings,Plane Transmission Gratings,光學元件,光學元件,棱鏡、 濾光片、 光闌、 透鏡等,探測器,常用的光學測試技術,光干涉技術 光衍射技術（莫爾條紋技術） 光全息技術 激光多普勒技術 光纖傳感技術 光納米傳感及測量技術 光調

9、制、解調及掃描技術 電信號采樣及處理技術,常用的光學測試技術,光干涉技術 光衍射技術（莫爾條紋技術） 光全息技術 激光多普勒技術 光纖傳感技術 光納米傳感及測量技術 光調制解調及掃描技術（激光多普勒技術） 電信號采樣及處理技術,波面干涉儀,光干涉技術,共路干涉技術,光干涉技術,剪切干涉技術,光干涉技術,剪切干涉儀,THORLABS公司（美國）,光干涉技術,剪切干涉儀性能指標,光干涉技術,剪切干涉儀的應用-面形檢測,光干涉技術,外差干涉技術,光干涉技術,基于激光三角法的激光位移傳感器,光學非接觸測量技術,衍射光柵、莫爾條紋及波分復用,光衍射技術,全息成像及顯示,光全息技術,光全息技術,全息3D投

10、影,光全息技術,全息防偽技術,多普勒測距,光學多普勒技術,線光柵莫爾條紋-測量物體相對位移,莫爾條紋技術,光閘莫爾條紋,播放動畫,播放中,莫爾條紋技術,播放中,圓弧莫爾條紋,單擊準備演示,播放動畫,莫爾條紋技術,光纖陀螺(sagnac 干涉儀),光纖傳感技術,光纖陀螺達到的水平,測量范圍：理論上可以無限大，實際已經實現40000/s 理論靈敏度：優于10-6度/小時 (機械型10-2度/小時，激光型10-4度/小時) 實際：短期漂移0.00001度/小時 長期漂移0.0001度/小時,光纖傳感技術,透射光譜,入射光譜,光強,光強,反射光譜,光強,光纖光柵傳感技術,光在光纖光柵上的傳輸,1、寬帶

11、光進入光纖，經過光柵反射回特定波長的光 2、通過測量光柵反射波長，換算被測體溫度/應變等物理量； 3、光柵的溫度特性為10pm/，應變特性為1.2pm/微應變,光纖傳感技術,OTDR技術,光纖傳感技術,氧化鋅納米線的二次諧波（Second harmonic generation，SHG）和三次諧波（Third harmonic generation）近場圖。,近場掃描光學顯微鏡SNOM,近場探測技術,光納米傳感及測量技術,基于倏逝波的測量技術,光納米傳感及測量技術,基于表面等離子體共振的測量技術,光納米傳感及測量技術,各種 微型智能 偵查設備和武器,光納米傳感及測量技術,光的振幅調制技術 強度

12、的空間調制 強度的時間調制 頻率調制 相位調制 偏振態調制技術,光調制解調與掃描技術,信號的獲取途徑,電信號處理技術,不同信號處理方法的選取,大信號模擬電壓A/D轉換器CPU 大信號模擬電壓V/F轉換器CPU 小信號模擬電壓放大器A/D轉換器CPU 小信號模擬電壓放大V/F轉換器CPU 小信號頻率F放大整形CPU TTL電平的頻率信號CPU 非TTL電平的開關信號防抖電平變換整形CPU 大信號電流(010mA，4mA20mA)I/VA/D轉換器CPU 大信號電流(010mA，4mA20mA)I/VV/F轉換器CPU 小信號電流(mA、A)I/V放大A/D轉換器CPU 小信號電流(mA、A)I/V放大V/F轉換器CPU,電信號處理技術,不同的數字信號處理方法,采用大、中小型計算機和微機。 可運行成熟處理軟件 用單片機。 價格便宜，能實時控制 利用通用DSP芯片 TI的TMS320C(F)X系列DSP， AT&T公司的dsp16,dsp32系列， Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列 利用特殊用途的DSP芯片 MAXIM公司的MAXIM27X 及MAXIM28X等，可做FFT,電信號處理技術,近代光學測試技術主要特點,近