【正文】 相當于一種光非互易傳輸耦合器，所依據(jù)的基本原理是法拉第旋光效應。km)， 和常規(guī)單模光纖相同 ， 但損耗更低 ， 可達 dB/km以下 。 纖芯 包層 保護套 光纖的尺寸 ? 外徑一般為 125um(一根頭發(fā)平均 100um) ? 內徑：單模 9um 多模 50/ 125 9 50 125 125 光纖的分類 ? 按材料分類： –石英光纖：纖芯與包層都是 SiO2，損耗小，傳輸距離長，成本高； –聚合物光纖（塑料光纖）：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價格很低。 ? 節(jié)約金屬材料， 有利于資源合理使用 銅、鋁、鉛的儲存量有限；而制造光纖的石英取之不盡。 19801990，開始大規(guī)模研究干涉型光纖傳感技術。 現(xiàn)在市面上的消費級數(shù)碼相機主要有 2/3英寸、 1/英寸、 1/、 1/。 CCD上有許多排列整齊的電容，能感應光線，并將影像轉變成數(shù)字信號。特點是不僅具有自發(fā)極化，而且在一定溫度范圍內，自發(fā)極化偶極矩能隨外施電場的方向而改變。 三部分： “光的發(fā)射” “光的接受” “信號放大” 光耦直接用于隔離傳輸 模擬量 時，要考慮光耦的非線性問題。 “光照產生電動勢” 光生伏特效應開路應用 光電池 光電池 ? 光電池是將光能轉換成電能的能量轉換器件，這類器件有發(fā)電機的性質，具有電動勢和內阻。 PTAT原理電路 ? Proportional To Absolute Temperature 優(yōu)點：輸出結果與絕對 溫度成正比，理 想的線性輸出。 ? 帕爾帖效應 湯姆遜效應 帕爾帖效應 ? 同溫度的兩種不同 金屬相互接觸，由于 金屬內自由電子密度 不同，在接觸面附近 產生一個穩(wěn)定電勢叫 帕爾帖電勢。 ? 1965年以后是以 系統(tǒng)性 為特征的大型機時代。 ? 電阻溫度系數(shù)比金屬大很多。 ? 熱電勢足夠大，且熱電勢溫度最好是線性或簡單函數(shù)關系，測量精度高，誤差小。 光電效應傳感器 ? 外光電效應 在光照射下，某些材料中的電子逸出表面而產生光電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應，也稱為光電發(fā)射效應。 FET因其制造工藝簡單 ， 功耗小 ， 溫度特性好 ， 輸入電阻極高等優(yōu)點 ， 得到了廣泛應用 。他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色光的加熱效應。博伊爾 (Willard S. Boyle) 喬治 因此感光面積不再因為傳感器的開口面積而決定，而改由微型鏡片的表面積來決定。 CCD的應用 光纖傳感技術 理論與發(fā)展 光纖傳感的關鍵器件 光纖傳感系統(tǒng) ? ―有關光在纖維中的傳輸以用于光學 通信方面”取得了突破性成就 2022年 諾貝爾物理學獎 授予英國華裔科學家 高錕 ? 高錕 光纖之父 1966年，高錕發(fā)表了一篇題為 《 光頻率介質纖維表面波導 》 的論文，開創(chuàng)性地提出光導纖維在通信上應用的基本原理，描述了長路程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結構和材料特性。 ? 非侵入性。光纖不僅起傳光作用，而且還利用光纖在外界因素 (彎曲、相變 )的作用，其光學特性 (光強、相位、偏振態(tài)等 )的變化來實現(xiàn)“傳”和“感”的功能。 則 θ j θ i θ k θ r A B C D E F G K O O n0 n2 n1 光纖導光示意圖 θ 光纖的損耗 ?1550 nm : ~ ?1310 nm : ~ dB/Km ?850 nm : ~ dB/Km ?光纖熔接點損耗： dB(Decibel):表征相對值的值，純粹的比值，只表示兩個量的相對大小關系，沒有單位 。 2. 波長穩(wěn)定性好 由于光柵的作用有助于使發(fā)射波長鎖定在諧振 波長上，因而波長的穩(wěn)定性得以改善 DFB激光器照片 發(fā)光二極管 (LED) ? 發(fā)光二極管 (LED)的工作原理與激光器 (LD)有所不同， LD發(fā)射的是 受激輻射光 ， LED發(fā)射的是 自發(fā)輻射光 。 電線 光纖 調制器 光調制器 電阻 光衰減器 三通（多通） 光耦合器 二極管 光隔離器 混頻器 光波分復用器 放大器 光放大器 頻率轉換器 光波長轉換器 濾波器 光濾波器 電源 光源 電接插件 光連接器 探頭 光探測器 開關 光開關 集成電路 集成光路 光器件與電器件類比 光檢測器 ? PIN光電二極管 ? 雪崩光電二極管 光纖傳感的重要器件： 三 。如果光線 a和 b匹配，相互疊加，則產生更強的反饋，而其他波長的光將相互抵消。這時便發(fā)生全反射現(xiàn)象，如圖 (c) ，其出射光不再折射而全部反射回來。 功能型光纖傳感 ? 這類傳感器利用光纖 本身對外界被測對象 具有敏感能力和檢測 功能，光纖不僅起到 傳光作用，而且在被 測對象作用下，如光強、相位、偏振態(tài)等 光學特性得到調制，調制后的信號攜帶了被測信息。 ? 抗 電磁干擾 能力強。 CCD的應用 ? 一般的 CCD大多能感應紅外線，所以衍生出紅外線影像、夜視裝置、零照度 (或趨近零照度 )攝影機 /照相機等。但是提高采光率的辦法也容易使畫質下降。 作用：環(huán)境溫度補償 運動方向判斷 雙元型運動計數(shù)法 固態(tài)圖像傳感器 ? 高度集成半導體光敏傳感器。 要求：帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點。 屋頂上的電源 光生伏特效應反偏應用 n型 p型 耗盡層 耗盡層光電二極管實際上是一個加了反向偏壓的 pn結 光生伏特效應反偏應用 p n E 光生電流 I 1. pn結加一個較高的反向偏壓 2. pn結耗盡區(qū)受到光的照射產生光生載流子 3. 在外部偏壓的作用下，光生載流子定向漂移產生光生電流 加反向偏置電壓后形成一個很寬的耗盡層 高摻雜 p+型 高摻雜 n+型 i (本征 )層：低摻雜 n型 耗盡區(qū) PIN光電二極管 雪崩光電二極管 光電三極管 +v b c e 工作原理：光電二極管光電轉換，三極管光電流放大。 半導體溫敏計應用 ? 溫度控制 第二章 光敏傳感器 光電效應傳感 ? 外光電效應器件： 光電發(fā)射二極管，光電倍增管 ? 內光電效應器件 光導管，光敏電阻 ? 光生伏特效應器件 光電池，光電二極管，光電三極管 ? 紅外熱釋電探測器 對光譜中紅外敏感的器件，利用輻射的紅外光（熱）照射材料時引起材料電學性質變化或產生熱電動勢原理制成。 ? 中間溫度定律 熱電偶接點溫度 T\T0，其熱電勢 等于熱電偶接點 溫度為 T\Tn和 Tn\T0相應電熱勢 的代數(shù)和。純金屬 合金 ? ，化學物理性能穩(wěn)定 ? ? ? 。 ? 1995年以后是以 共同性 為特征的互聯(lián)網時代。 ? 參考端 T0=0 時， 溫度與熱電勢關系 EA：鎳鉻 鎳銅 EU：鎳鉻 鎳硅 LB： 鉑銠 鉑 熱電偶的基本定律 ? 均質導體定律： 兩種均質金屬組成的熱電偶的電勢大小與熱電極的直徑、長度及長度方向上的溫度分布無關，與材料和溫度有關。從控制的觀點看，它的功率放大倍數(shù)很大，用幾十到一二百毫安電流，兩到三伏的電壓可以控制幾十安、千余伏的工作電流電壓。 二、 1954年，美科學家恰賓和皮爾松首次制成實用單晶硅太陽能電池，誕生將太陽能轉換為電能的實用光伏發(fā)電技術，效率為 6% 三、同年，韋克爾發(fā)現(xiàn)砷化鎵有光伏效應，并制成 第一塊薄膜太陽能電池。 。溫 度因吸收紅外光上升 極化強度減小，釋放 電荷產生電流，稱為 熱釋電現(xiàn)象。 CCD的結構 一種是 TTL工藝，毫安級的耗電量。 “ 1/ 300萬像素相機效果通常好于 1/寸的 400萬像素相機 ” ? CCD廣泛應用在數(shù)碼攝影、天文學，尤其是光學遙測技術、光學與頻譜望遠鏡。 2022至今 ，光纖傳感技術進入商業(yè)化進程。 ② 集成化光纖傳感器。 光纖的分類 ? 按照光纖的模式分類 –單模（ SingleMode） –多模（ MultiMode） ? 按折射率分類 –突變（階越）折射率光纖 –漸變折射率光纖 橫截面2 a2 brn折射率分布纖芯 包層AitAot( a )輸入脈沖 光線傳播路徑 輸出脈沖50 ? m125 ? mrnAitAot( b )～ 10 ? m125 ? mrnAitAot( c ) (a) 突變型多模光纖； (b) 漸變型多模光纖； （ c） 單模光纖 光纖導光原理 斯乃爾定理 （ Snell39。 受激吸收和自發(fā)輻射 受激吸收過程： 12 EEh ???自發(fā)輻射過程 12 EEh ???激發(fā)態(tài) E2 E3 E4 ?h?h基態(tài) E1 自發(fā)幅射的光是非相干光 受激輻射（ 1917年愛因斯坦提出） ?h E1 E2 ?h?h12 EEh ???與外來光子頻率