光電檢測技術第一章(1)(編輯修改稿)
2025-06-18 15:16 本頁面
【文章內容簡介】 圍寬。 （ 5）遠距離、大量程。 （ 6）具有很強的信息處理和運算能力，可將復雜信息并行處理。 （ 7）壽命長。 光電檢測技術的缺點： (1)由于光電檢測系統(tǒng)中用到光學元件，容易被沾污，影響光信號的傳輸，必須采取措施，否則使用受限制。 （ 2）外界干擾光影響大。背景光及外干擾光的影響使信噪比變差，但可采取措施減至最小。 （ 3）使用溫度范圍小，不能用在高溫。 補 充 知 識 167。 光的本質 167。 光在介質表面的反射和折射 167。 光與物質的相互作用 167。 光的干涉、衍射和偏振 167。 輻射度的基本物理量 167。 光度的基本物理量 167。 光的本質 光是電磁波 具有波、粒二象性 電磁波譜 ? 10^14 :宇宙射線 ? 10^12 :γ 射線 ? 10^10 : x 射線 ? 10^7 :紫外線 ? 10^6 :可見光 ^7~^7 ? 10^5 :紅外線 ? 10^4 :毫米波 ? 10^3 :厘米波 ? 10^2~10^2 : 無線電 ?光波 電磁波譜圖 一、基本概念 ? 可見光波長 ～ 光速 C= ? 紫外線 ～ 具有熒光作用（熒光燈），生理作用（醫(yī)用紫光燈） ? 光學玻璃 透射弱 石英玻璃 透射強 ? 紅外線 ～ 1000μm 具有熱輻射作用（人體保健） ? 近紅外 λ3μm, 遠紅外 λ3μm （人體輻射―― 遠紅外內衣） ? 在可見光范圍內，由于波長的不同。而對視覺產生的顏色差異。（人眼的光譜） ? ～ ～ ～ ～ ～ ～ ? 紫 藍 綠 黃 橙 紅 ◎ 光強度：光源產生光的強弱。 頻率為 540 1012 （ λ ＝ ）的單色光在給定方向上產生的輻射功率為 1/680 W/Sr（球面度）定為光強度單位。稱坎德拉 cd ◎ 光通量：具有 1cd均勻光源在一個球面內產生的光的輻射量，定為光通量單位 稱流明 lm ◎ 光照度：物體表面被光照亮的程度。 1lm的光通量在 1㎡ 的平面上產生的照度，單位為勒克斯 lx 167。 光在介質表面的反射和折射 一、光在兩透明介質分界面上的反射和折射 實質上是光波的電磁場與物質的相互作用， 反射光和折射光的傳播方向與入射光入射角的關 系就是我們熟知的反射定律和折射定律。那么入 射波、反射波和折射波的能量關系是與反射率（ R） 和透射率（ T）有關。 二、光在金屬表面上的反射 （ 1）金屬反射光的能力與金屬包含的自由電子的密度有關 自由電子密度越大（電導率也越大），反射本領也越高 （ 2）對于同一種金屬，入射光波長不同，反射率也不同 頻率較低的紅外輻射，主要對金屬中的自由電子發(fā)生作用；頻率較高的可見光和紫外輻射，也可以對金屬中的束縛電子發(fā)生作用。（這時因為束縛電子本身的固有頻率處在可見光和紫外輻射區(qū)）束縛電子使金屬的反射能力降低，透射能力增大，呈現(xiàn)出非金屬的光學性質。 （ 3）金屬表面的反射率也與光的入射角有關 與電介質表面的反射不同，不論在什么角度下反射，金屬都不能使反射光成為全偏振。 167。 光與物質的相互作用 —— 光的吸收、色散和散射 一、光的吸收與色散 （ 1）導電介質和絕緣介質都可以引起光吸收現(xiàn)象。 （ 2）光的吸收是基于朗伯一比爾定律，用公式表示為 : （ ） L0 eII???式中： I為吸收后的光強度； I。是物質濃度為零(即不存在吸收物質 )時的光強度； L為色皿 (采樣槽 )的長度； 為吸收常數(shù)。用圖可以表示為： 圖 1－ 5 朗伯－比爾定律原理圖 ?吸收系數(shù) ： （ 1）是波長的函數(shù)，這種函數(shù)關系稱為吸收光譜；不同的材料吸收光譜完全不同。 （ 2）吸收系數(shù)與折射率有關，為： 式中， 稱為吸收率或消光系數(shù)；消光系數(shù)和折射率都是波長的函數(shù)。 ????? n04??（ 3）色散定義：當某一介質的吸收系數(shù) 隨波長不同而改變時，則光在該媒質中傳播時，不同波長的光路將被散開。 表示介質折射率隨波長變化的程度，用色散率表示： ???ddn?二、光的散射 光在不均勻介質中，才有散射。 根據(jù)散射光波長與入射光波長是否相同， 散射可分為兩類： （一）瑞利散射 散射光波長與入射光波長相同。 根據(jù)不均勻結構的性質，瑞利散射又可分為三類： （ 1）丁達爾散射 介質中有很多大質點，其線度約等于光的波 長，它們的折射率與周圍均勻介質的折射率不同。 如乳狀液、含有懸浮物的流體、膠體溶液。 由這些質點的無規(guī)則排列所引起的散射稱為丁 達爾散射。 （ 2）瑞利散射 由于介質中存在著密度起伏，破壞了介質的光學均勻性，從而導致散射。這種散射光的強度和波長的 4次方成反比，即： 稱為瑞利定律。 散射光的波長還是原來入射光的波長，只是入射光中波長較短的光散射系數(shù)大，即容易被散射。 41??I（ 3）瑞利散射 在各向異性介質中，除了密度起伏外，分子的去向與它們最可能的平均取向也有偏差。這種偏差表現(xiàn)為這部分分子的極化率（ P=XE中的 X）對其平均值有起伏，破壞了次波的相干性，導致光的散射。 （二）喇曼散射 在散射光中，除有與入射
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