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1、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）透镜正（凸）透镜 负（凹）透镜负（凹）透镜中间厚边缘薄中间薄边缘厚2、柱面透镜、柱面透镜非轴对称非轴对称3、放大镜、放大镜使用放大镜的原因使用放大镜的原因：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。放大率放大率7角放大率：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
2、大率，即放大镜的角放大率与它的焦距成反比。放大镜的角放大率与它的焦距成反比。计算方法：计算方法：4、目镜、目镜5、物镜、物镜光学显微镜物镜光学显微镜物镜11显微镜显微镜(microscope)的光学原理的光学原理(1)结构：物镜（物镜（f 短短)；目镜镜( f 长长)。(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（称为物镜的线放大率（m）；）；25/f2是目镜是目镜的角放大率（的角放大率（）代入上式得第四节第四节 几种医用光学仪器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
3、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偏振片线偏振光线偏振光偏振化方向偏振化方向Z偏振片偏振片ACBoeDeo激光偏光镜1.2.3光调制一、光强度调制一、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。上一上一上一上一节节1、调制盘、调制盘最简单
4、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、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、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4、正弦波形调制器、正弦波形调制器如图所示是一种受抑全反射调制器原理图2h2h二、二、光相位调制光相位调制利用外界因素改变光波的相位改变光波的相位，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
5、。wt在光波传播中如何变化?w=2c/ 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采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化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、三、光偏振调制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
6、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。I0PI马吕斯定律马吕斯定律1、采用电光效应实现的光偏振调制、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）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。利用电致旋光效应的光偏振调制的装置示意图利用电致旋光效应的光偏振调制的装置示意图123451：光源；：光源；2：准直镜；：准直镜； 3：起偏器；：起偏器；4：石英晶体；：石英晶体
7、；5：检偏器；：检偏器；假设石英晶体上所加的电压：U=U0sint那么偏振光振动面旋转角度：=msint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(-msint)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）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，
8、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. l+-45 45 P1P2克尔盒克尔盒d有有 E E 电场强度，电场强度，k k 克尔常数克尔常数 对硝基苯对硝基苯(C(C6 6H H5 5NONO2 2) )经过克尔盒经过克尔盒的两束光的位相差为的两束光的位相差为它正比于它正比于U2, 因此也称为因此也称为二次电光效应二次电光效应.1：单色光源；：单色光源；2：透镜；：透镜； 3：起偏器；：起偏器；4：克尔电容器；：克尔电容器；5：检偏器；：检偏器；12345E+显然通过。做作业：1.2-40式子是怎样得到的？克尔盒有很多缺点：硝基苯有毒，易爆炸，需极高纯度和高电压，故现在很少用。泡克耳（3）利用压电晶体泡克耳效应的光偏振调制图示为纵向装置图示为纵向装置（光传播方向与（光传播方向与 电场平行）电场平行）电极电极K K，K K透明。透明。电光晶体电光晶体+。-P1P2KK 泡克尔斯盒泡克尔斯盒1单色光源；单色光源； 2透镜；透镜； 3起偏器；起偏器； 4压电晶体；压电晶体； 5检偏器；检偏器；12345EZ
