光电检测技术第3讲

光电检测技术第3讲 常敏上海理工大学光电学院2009年 上节回顾 光电导弛豫光电导光谱分布光生伏特效应热释电效应电磁波谱 1 2 2光学元器件一 透镜元器件 透镜 以两个折射曲面为边界的透明体 作用 对光束会聚或发散 成像 1 正 凸 透镜负 凹 透镜 中间厚边缘薄 中间薄边缘厚 2 柱面透镜 非轴对称 3 放大镜 使用放大镜的原因 为了看清楚微小物体或物体的细节 需要调节眼睛和物体间的距离 为增大视角 用于这一目的的会聚透镜 称为放大镜 放大率 7 角放大率 通常用这两个视角的比值 来衡量放大镜放大视角的能力 称为角放大率 即 放大镜的角放大率与它的焦距成反比 计算方法 4 目镜 5 物镜 光学显微镜物镜 11 显微镜 microscope 的光学原理 1 结构 物镜 f短 目镜 f长 2 显微原理 12 3 显微镜的放大率M 式中y y称为物镜的线放大率 m 25 f2是目镜的角放大率 代入上式得 第四节几种医用光学仪器 工作在物镜附近的透镜称为场镜 6 场镜 二 反射元器件 平面反射镜球面反射镜 两种常见的分束元件示意图 分束元件 这是将从光源灯发出的光分离成红 绿 蓝三原色的反射镜 滤光器 它是在基础玻璃板上涂刷一层能够反射特定波长范围的薄膜后形成的 如图所示 普通3LCD投影机中使用了2块这种反射镜 光锥 三 其他元器件 1光楔 2干涉滤光片干涉滤波片的主要功能是分割光谱带 最常见的是截止滤光片和带通滤光片 宽带红外截止滤光片 带通滤光片 3偏振片 线偏振光 1 2 3光调制一 光强度调制光强度调制是以光的强度 E0 2 作为调制对象 利用外界因素改变光的强度 通过测量光强的变化来测量外界物理量 上一节 1 调制盘最简单的调制盘 有时叫做斩波器 如图所示 在圆形板上由透明和不透明相同的扇形区构成 2 利用电磁感应的机械调制图所示是一种电磁感应的机械调制原理图 3 受抑全反射调制器如图所示是一种受抑全反射调制器原理图 二 光相位调制 利用外界因素改变光波的相位 通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制 什么叫光波的相位 E Acos wt 光波的相位由光传播的物理长度 传播介质的折射率及其分布等参数决定 也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化 实现相位调制 wt在光波传播中如何变化 w 2 c t l v 但是 目前市场上的各类光探测器都是不能感知光波相位的变化 必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化 才能实现对外界物理量的检测 因此 光相位调制应包括两部分 一是产生光波相位变化的物理机理 二是光的干涉 1 利用干涉现象实现光相位调制利用干涉现象调制的关键是对光程差或相位差进行调制 如图所示是利用迈克尔逊干涉仪附加压电晶体来完成光调制的原理图 2dn 三 光偏振调制利用外界因素 应力 磁场 电场等 可以改变特定光学媒质的传光特性 调制从中通过的光的偏振态 E矢量的方向等 由偏振态的变化就可以检测出相应的外界因素 马吕斯定律 1 采用电光效应实现的光偏振调制电光效应指的是介质或晶体在电场作用下 其光学性质发生变化的各种现象 电致旋光效应 克尔效应和泡克耳效应来获得光偏振调制 1 利用电致旋光效应的光偏振调制 旋光效应 当偏振光通过某些透明物质时 偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定的角度 假设石英晶体上所加的电压 U U0sin t 那么偏振光振动面旋转角度 msin t其中 m是在外加电压为U0时对应的最大旋转角 则所调制的线偏振光的出射光强为 I I0cos2 msin t 式中 为起 检两偏振器主方向P1 P2间的夹角 通常取90度 2 利用克尔效应的光偏振调制克尔效应指的是某些各向同性的介质在电场的作用下变成各向异性 光束通过将会产生双折射现象 双折射现象 入射光正入射到晶体的表面 发现光束分解成两束 一束在晶体中沿原来的方向传播 叫寻常光 简称o光 另一束偏离了原来的方向 叫非常光 简称e光 但当光线沿着晶体的光轴传播时 o光和e光不分开 克尔盒内充某种液体 如硝基苯 加电场 液体各向异性 由于分子定向排列的缘故 呈单轴晶体性质 光轴方向与电场方向对应 如果入射光k垂直电场 E1垂直E E2平行E 有 E 电场强度 k 克尔常数对硝基苯 C6H5NO2 经过克尔盒的两束光的位相差为 它正比于U2 因此也称为二次电光效应 显然通过 做作业 1 2 40