光电技术第1章(第1讲)

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1、光电技术山东轻工业学院理学院2011年9月光电技术是信息科学的一个分支，它以光电子学为基础，综合了传统光学技术、现代微电子技术、精密机械及计算机技术，成为获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。光电技术的含义它将电子学中的许多基本概念，如调制与解调、放大与振荡、倍频、和频与差频等移植到光频段，产生光频段的电子技术。简单来说，光电技术是光学技术和电子学技术相结合而产生出来的一门技术学科，主要研究光与电之间的转换。2光电技术的特点光学技术：多维、并行、快速数据处理电子技术：较高的运算灵活性和变换精度(1)高精度和远距离（

2、2）高速度和大容量（3）非接触（4）较强的信息处理和运算能力（5）广泛的适应范围“谁在光电产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的科技较量中夺魁。”光电子产业10年内5万亿美元的产值3光电技术的发展（1）光子挑战电子，电子联盟光子（2）光电子材料与器件的发展（3）探测器的发展（5）军事应用领域和其他领域的发展（4）光机电一体化和光电子微结构集成技术的发展4第1章光电技术基础光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。即光是以电磁波方式传播的粒子。光的本质是物质,它具有粒子性,又称为光量子或光子。光子具有动量与能量，并分别表示为

3、p与E光的量子性成功地解释了光与物质作用时引起的光电效应，而光电效应又充分证明了光的量子性。式中h为普朗克常数(6.626×10-34J·s);ν为光的振动频率(s-1)；c为光在真空中的传播速度(3×108m·s-1)。510156182191210101010101010324f/Hz图1-1电磁辐射光谱的分布红外紫外可见光X射线Γ射线近红外远红外电磁波图1-1为电磁波按波长的分布及各波长区域的定义(称为电磁波谱)。电磁波谱的频率范围很宽，涵盖了由宇宙射线到无线电波(102～1025Hz)的宽阔频域。光辐射仅仅是电

4、磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即10-9～10-3m的范围。在这个范围内，只有0.38～0.78μm的光才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光。61.1光辐射的度量1.1.1与光源有关的辐射度参数与光度参数1.辐(射)能和光能以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐(射)能，用符号Qe表示，其计量单位为焦耳(J)。光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，以Qv表示，其计量单位为流明秒(lm·s)。72.辐(射)通量和光通量辐(射)通量或辐(射)功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率；或者说，在

5、单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐(射)能称为辐(射)通量，以符号Φe表示，其计量单位为瓦(W)，即对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见光谱，光能被无穷短时间间隔dt来除，其商定义为光通量Φv，即8若在t时间内发射、传播或接收的光能不随时间改变，则上式简化为Φv的计量单位为流(明)(lm)。显然，辐(射)通量对时间的积分称为辐(射)能，而光通量对时间的积分称为光能。(1-3)(1-4)93.辐(射)出(射)度和光出(射)度对有限大小面积A的面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通

6、量dΦe与该面元面积dA之比，定义为辐(射)出(射)度Me，即(1-5)(1-6)Me的计量单位是瓦(特)每平方米[W/m2]。面光源A向半球面空间内发射的总辐通量为10对于可见光，面光源A表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量dΦv、与面元面积dA之比称为光出(射)度Mv，即其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m2]。对均匀发射辐射的面光源有由式(1-7)，面光源向半球面空间发射的总光通量为(1-8)(1-7)(1-9)11(1-10)(1-11)4.辐(射)强度和发光强度对点光源在给定方向的立体角元dΩ内发

7、射的辐通量dΦe，与该方向立体角元dΩ之比定义为点光源在该方向的辐(射)强度Ie，即辐(射)强度的计量单位为瓦(特)每球面度[W/sr]。点光源在有限立体角Ω内发射的辐通量为12(1-13)(1-14)一般点光源是各向异性的，其发光强度分布随方向而异。对可见光，与式(1-9)类似，定义发光强度为对各向同性的点光源向所有方向发射的总光通量为(1-12)各向同性的点光源向所有方向发射的总辐通量为13发光强度的单位是坎德拉(candela)，简称为坎[cd]。1979年第十六届国际计量大会通过决议，将坎德拉重新定义为：在给定

8、方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度为(1/683)W/sr，其发光强度定义为一个坎德拉[cd]。由式（1-13），对发光强度为1cd的点光源，向给定方向1球面度(sr)内发射的光通量定义为1流明(lm)。发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为=4πIＶ＝12.566lm。145.辐(射