光电检测技术第一章ppt课件

1、第二章第二章 光和光的传播特性及光调制原理光和光的传播特性及光调制原理n1.1 光和光的传播特性光和光的传播特性n1.2 光强度调制光强度调制n1.3 光相位调制光相位调制n1.4 光偏振态调制光偏振态调制n1.5 光频率与波长调制光频率与波长调制1.1 光和光的传播特性光和光的传播特性n光的波粒二象性：光的波粒二象性：n 波动性：光的干涉、光的衍射波动性：光的干涉、光的衍射n 粒子性：光的发射、吸收，光电效应等粒子性：光的发射、吸收，光电效应等n平面波平面波n 平面波平面波n 单色平面波单色平面波n光偏振态光偏振态n 椭圆偏振光椭圆偏振光n 线偏振光线偏振光n 圆偏振光圆偏振光光的基本性质光

2、的基本性质n牛顿牛顿微粒说微粒说n根据光直线传播现象，对反射和折射做根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释了解释n不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振射和偏振n波动理论波动理论n惠更斯、杨氏和费涅耳等惠更斯、杨氏和费涅耳等n解释光的干涉和衍射现象解释光的干涉和衍射现象n麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波光的基本性质光的基本性质n光量子说光量子说n1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论辐射的量子论n1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念

3、时提出光量子的概念n光子的能量与光的频率成正比光子的能量与光的频率成正比n光具有波粒二象性光具有波粒二象性光在光纤介质中的传播光在光纤介质中的传播n光纤全反射原理n光纤的结构n光纤的应用光纤的结构光纤的结构 光在光纤中的全反射光在光纤中的全反射 光缆的外形及光纤的拉制光缆的外形及光纤的拉制 光纤的类型光纤的类型 阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均 匀一致，称为多模光纤。匀一致，称为多模光纤。 梯度型：梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的

4、边沿时，降低到与包层区一样。至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。 单孔型光纤单孔型光纤 单孔型光纤的纤芯直径较小数微米接近于被单孔型光纤的纤芯直径较小数微米接近于被传输光波的波长，光以电磁场传输光波的波长，光以电磁场“模的原理在纤模的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。 斯乃尔定理 当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射 （a折射角大于入射角：折射角大于入射角：（b临界状态：临界状态： （c全反射全反射 ：rinnsinsin21)/arcsin(120nni0ii光纤导光光纤导光 jinnsi

5、nsin10rknnsinsin21kj 90kkkinnnnnn2010101sin1cos)90sin()/(sinjinnsin)/(sin01rrisinnnn)sinnn(nnsin2222102120111n0为入射光线为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故所在空间的折射率，一般皆为空气，故 n01rinn22221sinsin22210sinnni当当r =90的临界状态时，的临界状态时， Sin i定义为定义为“数值孔径数值孔径NANumerical Aperture） 2sin10ni121/ )(nnn 相对折射率差相对折射率差 arcsinNA是一个临界角，是一

6、个临界角，i arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；i arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。，光线才可以进入光纤被全反射传播。光导纤维的主要参数n1. 数值孔径NA）n2. 光纤模式n3. 传播损耗1. 数值孔径数值孔径NA）n反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能。n意义：无论光源发射功率有多大，只有2i张角之内的光功率能被光纤接受传播。n大的数值孔径：有利于耦合效率的提高。n但数值孔径太大，光信号畸变也越严重。2221sinnnNAi2. 光纤模式光纤模式n光波沿光导纤维传播的途径和方式n在光导纤维中传播模式很多对信

7、息的传输是不利的，导致合成信号的畸变，因此我们希望模式数量越少越好。n 阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量表示为n 。/)(212221nndV希望希望V小：小：d不能太大，不能太大，n2与与n1之差很小之差很小 3. 传播损耗传播损耗n损耗原因：光纤纤芯材料的吸收、散射，光纤弯曲处的辐射损耗等的影响 IIgalA0101传播损耗单位为传播损耗单位为dB） 式中式中, l光纤长度；光纤长度； a单位长度的衰减；单位长度的衰减； I0光导纤维输入端光强；光导纤维输入端光强； I光导纤维输出端光强。光导纤维输出端光强。光纤液位传感器光纤液位传感器 1.2 光强度调制光强度调制 光调制指的是使光信号的

8、一个或几个特征参量按被传光调制指的是使光信号的一个或几个特征参量按被传送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法。送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法。 光调制可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率光调制可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率和波长调制。和波长调制。 下面将分别介绍各种调制的原理和方法。下面将分别介绍各种调制的原理和方法。一、光强度调制一、光强度调制 光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信号，这样

9、，就可采用交流选频放大器放大，率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。然后把待测的量连续测量出来。 光强调制的基本方法光强调制的基本方法n辐射式 如自动门、辐射式温度计n反射式 测距、表面检测n遮挡式 位置n透射式 成份分析1. 辐射式辐射式n调制原理n利用测量与被测物理量对应的辐射功率，光谱分布等）。n例如：n 被测物的温度与其辐射量的对应关系。n 被测物的温度、成分与其光谱分布的关系。n 物体的位置或有无。应用实例应用实例n自动门n 检测元件原理n光电检测元件热释电元件n不感受不变的辐射n原理n 报火警、侦查、跟踪、武器制导、地形地貌普查分析、光谱分析

10、及太阳能利用等。nn斯忒潘根据实验得出结论，物体的总的辐射出射度 与温度的四次方成正比。0( )MT04424( )( )TMTTM TTTTW m KT -3对于非黑体的一般物体：式中：为温度为 时全波长范围的材料发射率，也称为黑度系数；为斯忒潘玻耳兹曼常数；5.6696 10为物体的热力学温度全辐射测温全辐射测温esMV光电转换系数2. 反射式反射式激光测距、激光制导、主动式夜视激光测距、激光制导、主动式夜视仪、电视摄像、文字判读仪、电视摄像、文字判读调制原理调制原理被测参数引起入射光的反射来调制达到探测器的被测参数引起入射光的反射来调制达到探测器的光强。光强。 反射光强是被测参数的函数。

11、反射光强是被测参数的函数。 对象对入射光的反射对象对入射光的反射位置检测位置检测对象的有无镜面反射）对象的有无镜面反射）对象表面状态漫反射）对象表面状态漫反射） 被测参数对入射光的影响被测参数对入射光的影响对入射光的光强的要求对入射光的光强的要求定性的方法对光强的精度要求较低。定性的方法对光强的精度要求较低。定量的方法对光强的精度要求较严格。定量的方法对光强的精度要求较严格。应注意应注意入射光强的稳定电源的稳定）入射光强的稳定电源的稳定） 测量方法测量方法例：检测产品外观质量n设光电探测器的输出信号为：光电变换系数缺陷所占面积光电探测器有效视场内缺陷表面反射率无缺陷表面发射率被检测物体表面光照

12、度SrrESrrEVVVS1212)(3. 遮挡式遮挡式 调制原理 被测物体部分地或全部地遮挡或扫过入射到光电探测器的光束，引起光电探测器输出信号的变化。 利用定性的方法 是否到位 有无？ 已知物体的运动速度，测量长度运动中） 元件运动中的计数 光电开关 定量： 遮挡面积 在光纤传感器中，光纤的耦合效率 n设被测物体的宽度为设被测物体的宽度为b，物体遮挡光的位移量为，物体遮挡光的位移量为 ，则，则物体遮挡入射光到光电探测器上的光的增量物体遮挡入射光到光电探测器上的光的增量A为：为：lbEAEVlbAVVS22量的电信号为：光电探测器的输出位移光学系统横向放大倍数l应用实例 光电测微计 光电投影

13、尺寸检测仪 3.光电计数 4.光电测速 5.光电自动开关 6.防盗报警被测物体全部扫过入射光束，光电探测器的光通量会发生有无两种状态的变化，输出电信号的脉冲形式4. 透射式透射式n 调制原理n 朗伯-比尔定律n n介质的吸收系数deII0d应用实例n检测液体或气体的浓度n 检测透明薄膜的厚度和质量n 检测透明容器的缺陷n 测量胶片的密度 利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来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。光波的相位由光传测量物理量的原理称为光相位调制。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，播的物理长度、传播介质

14、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。但是，目前市场上的各类光探测器都是不能相位调制。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。的物理机理；二是光的干涉。1.3 光相位调制光相位调制图图1.2.

15、3-6 1.2.3-6 干涉调制原理干涉调制原理1、利用干涉现象实现光相位调制、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。图利用干涉现象调制的关键是对光程差或相位差进行调制。图1.2.3-6所示是利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。用迈克尔逊干涉仪附加压电晶体来完成光调制的原理图。2.光的衍射改变光的相位光的衍射改变光的相位n 惠更斯-菲涅尔定理n 菲涅尔半波带法n 夫琅和费衍射和菲涅尔衍射1.4 光偏振调制光偏振调制n原理：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

16、的变化就可以测出相应的外界因素。n 运用：应力分布、物质成分分析、电场、磁场、电流测试与控制等方面。:A起偏器，起偏器，:B检偏器，检偏器，:L盛有液体旋光盛有液体旋光物质的管子物质的管子.LABl 偏振光通过某些物质后，其振动面偏振光通过某些物质后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过将以光的传播方向为轴线转过 一定的角度一定的角度. 旋光现象旋光现象 旋光物质旋光物质 能产生旋光现象的物质能产生旋光现象的物质.（如石英（如石英晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）晶体、糖溶液、酒石酸溶液等） 旋光仪旋光仪观察偏振光振动面旋转的仪器观察偏振光振动面旋转的仪器.（一旋光现象（一旋光现象 旋光现象旋光现象1

17、 1、物质的旋光性：、物质的旋光性：18111811年实验物理学家阿喇果发现，年实验物理学家阿喇果发现，线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光通过某些透明物质时，其偏振面将旋转一定的角度。其偏振面将旋转一定的角度。d偏振片偏振片2偏振化方向偏振化方向 单色单色自然光自然光偏振片偏振片1偏振化方向偏振化方向光轴方向光轴方向P2P2P2P2石英晶片石英晶片( (不产生双折射不产生双折射) ) （原消光）（原消光）（现消光）（现消光） 对于旋光性物质的溶液对于旋光性物质的溶液 设设 为偏振光通过旋光物质后振动面所转过为偏振光通过旋光物质后振动面所转过 的角度的角度LABlC为旋光物质的浓度为旋光物质的

18、浓度l为旋光物质的透光长度为旋光物质的透光长度为一与旋光物质有关的为一与旋光物质有关的常量常量 对于固体旋光物质对于固体旋光物质 Ca为一与旋光物质及入射光的波长有关的有关的常量为一与旋光物质及入射光的波长有关的有关的常量al（ 一定一定 ）Cl2、旋光物质的分类、旋光物质的分类 1右旋物质右旋物质 面对着光源观察，使光振动面对着光源观察，使光振动面的旋转为顺时针的旋光物质面的旋转为顺时针的旋光物质.（如葡萄糖溶液）（如葡萄糖溶液） 2左旋物质左旋物质 面对着光源观察，使光振动面的面对着光源观察，使光振动面的旋转为逆时针的旋光物质旋转为逆时针的旋光物质.（如蔗糖溶液）（如蔗糖溶液） (二）二）

19、 法拉第效应磁光效应）法拉第效应磁光效应） 某些物质在磁场作用下，线偏振光通过时其振动面会发生旋转，某些物质在磁场作用下，线偏振光通过时其振动面会发生旋转，这种现象称为法拉第效应。光的电矢量这种现象称为法拉第效应。光的电矢量E旋转角旋转角与光在物质中通与光在物质中通过的距离过的距离L和磁场强度和磁场强度H成正比，即成正比，即VLHHdLVL0 利用法拉利用法拉第效应可以测第效应可以测量磁场。其测量磁场。其测量原理如右图量原理如右图所示。所示。式中式中 V 物质的弗尔德常数。物质的弗尔德常数。n法拉弟发现，许多物质在磁场的作用下可使穿过它的平面偏振光的偏振方向旋转在光的传播方向上加上强磁场时）法

20、拉弟效应磁致旋光效应）法拉弟效应磁致旋光效应）d振动面旋转的角度 由经验公式给出： 式中 为静磁通量， 为光所穿越的媒质长度， 是比例因子，称费尔德常数，一种特定媒质的费尔德常数随频率和温度而变。rBdBdr实 际 例 子对于气体， 约为 ，固体和液体为 的量级。 如对于1厘米长的 样品， 高斯的磁场， ，此时 振动面将转动 。r2100131. 0r510OH2410CT20112显然，法拉弟效应可用来设计光调制器，欲提高效率必须每单位长度的材料对光的吸收要尽量小，而偏振面旋转的角度要尽量大，为此，人们研制了许多奇特的铁磁材料，如 eCraw 利用人工生长的钇铁石榴石YIG磁性晶体，它的费尔

21、德数可以达到 (对 波长， 温度范围)。 .CR0 . 9m3 . 1C8525 利用法拉第效应测磁场 实 验 装 置 图 调制电压恒定磁场起偏器起偏器 线偏振光从左面进入晶体，横向的直流磁场使YIG晶体在此方向上引起磁化饱和，而总的磁化强度矢量由恒定磁场和线圈磁场所引起可以改变方向，它对晶体轴的倾斜角度正比于线圈中的调制电流。因为法拉弟旋转依赖于磁化强度的轴向分量，所以线圈电源控制了 角，检偏器按照马吕定律把这一偏振调制转换为振幅调制。也就是说，要传递的信息作为调制电压加在线圈上，则出射的激光束以振幅变化的形式携带着信息。应当指出的是，应将法拉弟旋转和旋光性旋转加以区别，所指旋光性旋转，是指

22、入射线偏振光的电场振动面在旋光材料中连接地旋转的现象。这种现象的一个特点是旋转方身与传播方向有关，当光线正反两次通过一个旋光性物质时，总旋转角度为零，而法拉弟旋转是与光传播方向无关的，正反两次通过法拉弟材料后，总的旋转角度为 。2法拉弟旋转和旋光性旋转之区别NNdN高反射膜这样，为了获得更大的法拉弟效应，可以将放在磁场中的法拉弟材料做成平行六面体，使通光面对光线方向稍偏离垂直位置，并将两面镀层反射膜，只留入口和出口，这样，若光束在其间反射 次后出射，则有效旋光厚度为 ，则偏振面的旋转角度将提高 倍。 （三）（三） 光弹效应光弹效应 在垂直于光波传播方向上施加应力，被施加应力的材料将会使在垂直于

23、光波传播方向上施加应力，被施加应力的材料将会使光产生双折射现象，其折射率的变化与应力有关，这种现象称为光光产生双折射现象，其折射率的变化与应力有关，这种现象称为光弹效应。由光弹效应产生的偏振光的相位变化为：弹效应。由光弹效应产生的偏振光的相位变化为：式中：式中：K 物质光弹性常数；物质光弹性常数； P 施加在物体上的压强；施加在物体上的压强； L 光波通过材料的长度。光波通过材料的长度。 此时出射光强为：此时出射光强为： 利用物质的光弹效应可以构成压力、振动、位移等光纤传感器。利用物质的光弹效应可以构成压力、振动、位移等光纤传感器。 KPL2KPLIII2020sin2sin 关于双折射现象的

24、说明关于双折射现象的说明 一束光在各向同性介质如玻璃的表面所产生的折射光只有一束，一束光在各向同性介质如玻璃的表面所产生的折射光只有一束，这是一般的常识。然而，对于光学性质随方向而异的一些晶体各向异这是一般的常识。然而，对于光学性质随方向而异的一些晶体各向异性介质），一束入射光常有被分解为两束的现象，这就是双折射现象。性介质），一束入射光常有被分解为两束的现象，这就是双折射现象。请注意，这种现象不是因为不同频率的光在介质中的折射率不同而产生请注意，这种现象不是因为不同频率的光在介质中的折射率不同而产生的，而是由于各向异性介质的折射率对不同入射角的光不是常数而产生的，而是由于各向异性介质的折射率

25、对不同入射角的光不是常数而产生的。通过各向异性介质折射的光，若对于任意的入射角，其入射角的。通过各向异性介质折射的光，若对于任意的入射角，其入射角光o光eo光和e光示意图双折射晶体角的不同而变化时，这种光称为非寻常光，简称为角的不同而变化时，这种光称为非寻常光，简称为e光。光。o光和光和e光都是线光都是线偏振光，但是，光矢量电矢量等振动方向不同。偏振光，但是，光矢量电矢量等振动方向不同。o光的电矢量垂直于光的电矢量垂直于自己的主平面，而自己的主平面，而e光的电矢量则在自己的主平面内振动，如上图所示。光的电矢量则在自己的主平面内振动，如上图所示。在光弹效应和普克尔效应中所说的相位变化，实际上是指

26、这两种光的相在光弹效应和普克尔效应中所说的相位变化，实际上是指这两种光的相位差。位差。的正弦与折射角的正的正弦与折射角的正弦值比为一常数即弦值比为一常数即通常所说的折射率通常所说的折射率时，这种光称为寻常时，这种光称为寻常光，简称为光，简称为o光；若其光；若其入射角的正弦与折射入射角的正弦与折射角的正弦值比随入射角的正弦值比随入射 （四电光效应（四电光效应 1.普克尔效应一次电光效应）普克尔效应一次电光效应） 当压电晶体受光照射，并在与光照正交的方向上加以高压电场当压电晶体受光照射，并在与光照正交的方向上加以高压电场时，晶体将呈现双折射现象，这种现象被称为时，晶体将呈现双折射现象，这种现象被称

27、为Pockels效应，如下效应，如下图所示。并且，这种双折射正比于所加电场的一次方，所以普克尔图所示。并且，这种双折射正比于所加电场的一次方，所以普克尔效应又称为线性电光效应。效应又称为线性电光效应。 在晶体中，两正交的偏振光的相位变化为在晶体中，两正交的偏振光的相位变化为 式中：式中：n0 正常折射率；正常折射率；de 电光系数；电光系数；U 加在晶体片上的加在晶体片上的电压；电压； 光波长；光波长；L 晶体长度；晶体长度；d 场方向晶体厚度。场方向晶体厚度。dLUdne030 克尔效应克尔效应某些各向同性的透明介质如非晶体和液体），在外某些各向同性的透明介质如非晶体和液体），在外电场的作用

28、下，显示出双折射现象，称为克尔效应。电场的作用下，显示出双折射现象，称为克尔效应。当外电场撤消时，这种性质立即消失，因此，也称当外电场撤消时，这种性质立即消失，因此，也称为电致双折射现象。为电致双折射现象。光轴沿电场强度的方向光轴沿电场强度的方向M M0I20IN+ -cc2)(klEnnloe两光通过厚度为两光通过厚度为 的液体时，光程差为：的液体时，光程差为：l, 2, 1, 0212)(2kkklEnnloe若入射光的线偏振方向与外电场方向成若入射光的线偏振方向与外电场方向成450角，且角，且M与与N偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，则有：偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长

29、干涉，则有： 若去掉盒内电场，则没有光从若去掉盒内电场，则没有光从N透出。整个系统透出。整个系统起起“光开关的作用。光开关的作用。 通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎和频率，把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达没有惯性，电讯号的控制速度可达10-9 m/s。“光开光开关关”,“光调制器光调制器”“”“光断续器有极快的速度启闭光光断续器有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。视

30、和激光通讯等许多领域。 在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在实在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在实际应用中有着广阔的前景。际应用中有着广阔的前景。利用外界因素改变光的频率或光的波长，通过检测光的频利用外界因素改变光的频率或光的波长，通过检测光的频率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理，称为光率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理，称为光的频率和波长调制。的频率和波长调制。1 1、频率调制、频率调制 光的频率调制，主要是指光学多普勒频移。光学中的光的频率调制，主要是指光学多普勒频移。光学中的多普勒现象是指由于观测者和运动目标的相对运动，使观多普勒现象是指由于观测者和运动目标的相对运

31、动，使观测者接收到的光波频率产生变化的现象。实际中大多数考测者接收到的光波频率产生变化的现象。实际中大多数考虑移动物体所散射光的频移，这种情况可当作一个双重多虑移动物体所散射光的频移，这种情况可当作一个双重多普勒频移来考虑，即先从光源到移动的物体，然后由物体普勒频移来考虑，即先从光源到移动的物体，然后由物体到观测者。到观测者。 设光源和观测者都相对静止，物体以设光源和观测者都相对静止，物体以V V速度移动见图速度移动见图1.2.3-161.2.3-16），），1.5 光频率和波长调制光频率和波长调制Q QS SP PB B21图图1.2.3-16 1.2.3-16 多普勒频移多普勒频移频率调制

32、频率调制从光源从光源S S发出频率为发出频率为的光被物体的光被物体P P散射，散射，P P所观测到的频所观测到的频率为率为 （1 1）该频率的光又被该频率的光又被P P重新发射出来，在重新发射出来，在Q Q处接收到的频率为处接收到的频率为 （2 2）将式将式1 1代入式代入式2 2并考虑实际物体速度并考虑实际物体速度V V要比光速要比光速c c小得多，可近似地求双重多普勒频移表达式小得多，可近似地求双重多普勒频移表达式 （3 3）令令 则式则式3 3可整理得可整理得)cos1(1122cVcV)cos1/(1222cVcV)cos(cos1 21cV2/ )(),(21212sincos22s

33、incos2VcV 多普勒频移可采用光混频技术来测量，即将两束频率不多普勒频移可采用光混频技术来测量，即将两束频率不同的光混频，获取差频信号的光学零差和外差技术。同的光混频，获取差频信号的光学零差和外差技术。 设一束散射光与另一束参考光的频率分别为设一束散射光与另一束参考光的频率分别为 、 ，它们到达光电探测器表面的电场强度分别为，它们到达光电探测器表面的电场强度分别为 式中式中E01E01、E02E02为两束光在光电探测器表面处的振幅；为两束光在光电探测器表面处的振幅；11、22为两束光的初相。为两束光的初相。 若两束光为相干光，在光电探测器表面产生混频，其合若两束光为相干光，在光电探测器表

34、面产生混频，其合成的总电场强度为成的总电场强度为 检测器输出的光信号检测器输出的光信号I(t)I(t)正比于总电场的平方正比于总电场的平方)(2cos1011tEE2cos1022 EE)2cos(Et )(2cosEEEE202101212)(BEti式中式中B B是常数。是常数。 对上式作三角变换，略去光学频率项，对上式作三角变换，略去光学频率项，因为在检测器输出中不能观察到此频率，因为在检测器输出中不能观察到此频率，所以检测器输出光信号为所以检测器输出光信号为式中第一项是直流分量，可用电容隔去；式中第一项是直流分量，可用电容隔去；第二项是交流分量，其中交流频率正是多第二项是交流分量，其中

35、交流频率正是多普勒频移普勒频移。 激光多普勒测速技术就是根据光频调制激光多普勒测速技术就是根据光频调制和光混频技术发展起来的，它是研究流体和光混频技术发展起来的，它是研究流体流动的有效手段，它的主要特点是空间分流动的有效手段，它的主要特点是空间分辨率和光束不干扰流动，并具有跟踪快速辨率和光束不干扰流动，并具有跟踪快速变化的能力。变化的能力。)t2cos(EBE)EE(B21) t ( i210201202201波长调制波长调制一 一般原理二 热色物质颜色变化的波长调制三 磷光光谱变化的波长调制四 黑体辐射的波长调制五 滤波器参数变化的波长调制图图1.2.3-17 1.2.3-17 热色物质颜色变化的波长调制热色物质颜色变化的波长调制（1利用热色物质的颜色变化进行波长调制，利用热色物质的颜色变化进行波长调制，这种调制的原理如图这种调制的原理如图1.2.3-17 a 所示。所示。60 W 的钨丝灯光经过光纤进入热变色溶液如溶于异丙的钨丝灯光经过光纤进入热变色溶液如溶于异丙醇溶液中的醇溶液中的CoCl3 6H2 O ，其反射光被另一光纤接收后，其反射光被另一光纤接收后，