光电系统原理与技术 第一章节概论

1、光电系统原理与技术 第一章节概论第1页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一本课程特点 综合运用各部分理论（光、机、电、算），自己的独立理论相对较少（如：阿贝原则）。 . 从总体出发了解整个光电系统设计显微、望远、摄影、干涉、衍射、偏振、机械结构；传感器、电路、计算机软硬件。 第2页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一一、光电系统：用电子学的方法对光学信息处理与控制的系统。分类：1、光电测绘系统 例：多谱勒测速（测振）；光电测绘（径纬仪）；光电准直（激光准直仪）。2光学显微 1）内窥镜 第3页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一掩模标记显微镜

2、视场中图形激光扫瞄硅片标记掩模硅片扫瞄脉冲信号（光刻机，全自动对准）2）光电瞄准3.光电摄像 可视电话（图象压缩与解码）第4页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一4、军用光电系统激光测距仪（相位法测距，脉冲法测距）对潜艇通讯：532nm激光（蓝绿光）容易通过海水窗口。激光探潜、探水雷。激光侦听（红外激光）红外跟踪拦截系统（红外焦平面、MOEMS, VO2红外热像仪）5.大气光学（光谱） 气象雷达，粉尘检测。第5页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一6. 光谱分析1）分光光度法检测空气中甲醛含量;2）拉曼光谱法区分癌细胞与正常细胞；3）光谱法药检；4）共焦显微

3、拉曼光谱法宝石鉴定、微量元素检测。5）“拉曼镊子”在骨髓基质干细胞EMT/MET表型转化参与胃癌发生中的应用 EMT/MET ( EpithelialMesenchymal and MesenchymalEpithelial Transitions )，是指具有极性的上皮细胞转换成具有活动能力、能够在细胞基质间自由移动的间质细胞以及逆向的过程。第6页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一7.天文观测哈勃望远镜8.光电检测系统二光电检测系统 用光电的方法对某些物理量（声、光谱、热、电、磁、力）；化学量（浓度等）；几何量（长度、角度、表面粗糙度）进行检测的系统。第7页，共14页，2

4、022年，5月20日，4点30分，星期一三特点1.非接触测量 接触测量力易引起误差的场合适用无法用接触的方法测量（远程、高温、危险）2.精度高 干涉0.6328m/4=0.16m3. 空间分辨率高0.9m9m10第8页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一4. 实时测量 玻璃管直径测量；光盘聚焦误差测控；钢板宽度实时检测； 包装盒外形尺寸实时检测。光电检测的缺点：受光学介质（折射率）的影响大（水、空气、尘土），成本高些。四光电检测系统实例实例一、光盘反射率测试系统 目的：让从光盘反射回的激光进入四象限探测器，而不是反射回激光器。 第9页，共14页，2022年，5月20日，4点3

5、0分，星期一测试方法： 将被测盘的反射功率PR与标准盘（反射率S）的反射功率P相比较，可得被测盘的反射率： =PRS/PLD 聚焦 整形 光栏/4波片PBS偏振分光棱镜四象限探测器去（左圆偏光）回（右圆偏光）第10页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一实例二、用原子力显微镜（AFM）进行纳米表面形貌分析1）简介：1986年, 受邀前往美国的G.Binnig在斯坦福大学与等人在STM的基础上发明了原子力显微镜AFM, AFM克服了STM(扫描隧道显微镜)对样品导电性的要求,亦达到原子级分辨率。2）AFM的工作原理： 图1 AFM的工作原理第11页，共14页，2022年，5月20

6、日，4点30分，星期一 如图1，对微弱力敏感的悬臂梁（力传感器）一端固定，另一端有探针，针尖表面与样品轻轻接触。由于探针尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力（108 N106 N）使悬臂梁产生形变，利用光学检测法或隧道电流检测法可以测出形变大小，从而得到排斥力大小。通过反馈控制悬臂梁或样品上下运动使扫描时针尖与样品表面排斥力恒定，则扫描运动轨迹反映了样品表面形貌和特性。与STM相比，AFM有两个比较关键的技术: 一是AFM力传感器的制备，二是力传感器悬臂梁形变的检测。第12页，共14页，2022年，5月20日，4点30分，星期一3）用AFM测量硅片表面不平度实验(或者微透镜阵列冠高) 仪器：AFM原子力显微镜（光电国家实验室）方法：学会操作AFM仪器，读出图中含义（Ra,Rz等）内容： 1.用AFM测量硅片表面不平度 2.用AFM测量微透