光電檢測(cè)技術(shù)第一章-資料下載頁(yè)
2025-05-13 15:16本頁(yè)面
【正文】 在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中，材料光學(xué)性質(zhì)的研究，在實(shí)際應(yīng)用中有著廣闊的前景。 利用外界因素改變光的頻率或光的波長(zhǎng)，通過檢測(cè)光的頻率或光的波長(zhǎng)的變化來(lái)測(cè)量外界的物理量的原理，稱為光的頻率和波長(zhǎng)調(diào)制。 頻率調(diào)制 光的頻率調(diào)制，主要是指光學(xué)多普勒頻移。光學(xué)中的多普勒現(xiàn)象是指由于觀測(cè)者和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀測(cè)者接收到的光波頻率產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。實(shí)際中大多數(shù)考慮移動(dòng)物體所散射光的頻移，這種情況可當(dāng)作一個(gè)雙重多普勒頻移來(lái)考慮，即先從光源到移動(dòng)的物體，然后由物體到觀測(cè)者。 設(shè)光源和觀測(cè)者都相對(duì)靜止，物體以 V速度移動(dòng)（見圖）， 光頻率和波長(zhǎng)調(diào)制 Q S P B β θ2 ν α θ1 圖 多普勒頻移 頻率調(diào)制 從光源 S發(fā)出頻率為 ν 的光被物體 P散射， P所觀測(cè)到的頻率為 （ 1） 該頻率的光又被 P重新發(fā)射出來(lái)，在 Q處接收到的頻率為 （ 2） 將式（ 1）代入式（ 2）并考慮實(shí)際物體速度 V要比光速 c小得多，可近似地求雙重多普勒頻移表達(dá)式 （ 3） 令 則式（ 3）可整理得 多普勒頻移可采用光混頻技術(shù)來(lái)測(cè)量 ， 即將兩束頻率不同的光混頻 ， 獲取差頻信號(hào)的光學(xué)零差和外差技術(shù) 。 設(shè)一束散射光與另一束參考光的頻率分別為 、 ，它們到達(dá)光電探測(cè)器表面的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為 式中 E0 E02為兩束光在光電探測(cè)器表面處的振幅； φ φ 2為兩束光的初相 。 若兩束光為相干光 ， 在光電探測(cè)器表面產(chǎn)生混頻 ， 其合成的總電場(chǎng)強(qiáng)度為 檢測(cè)器輸出的光信號(hào) I(t)正比于總電場(chǎng)的平方 式中 B是常數(shù) 。 對(duì)上式作三角變換 ， 略去光學(xué)頻率項(xiàng) ，因?yàn)樵跈z測(cè)器輸出中不能觀察到此頻率 ，所以檢測(cè)器輸出光信號(hào)為 式中第一項(xiàng)是直流分量 ， 可用電容隔去；第二項(xiàng)是交流分量 ， 其中交流頻率正是多普勒頻移 △ ν 。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)就是根據(jù)光頻調(diào)制和光混頻技術(shù)發(fā)展起來(lái)的 ， 它是研究流體流動(dòng)的有效手段 ， 它的主要特點(diǎn)是空間分辨率和光束不干擾流動(dòng) ， 并具有跟蹤快速變化的能力 。 波長(zhǎng)調(diào)制 一 一般原理 二 熱色物質(zhì)顏色變化的波長(zhǎng)調(diào)制 三 磷光光譜變化的波長(zhǎng)調(diào)制 四 黑體輻射的波長(zhǎng)調(diào)制 五 濾波器參數(shù)變化的波長(zhǎng)調(diào)制 圖 熱色物質(zhì)顏色變化的波長(zhǎng)調(diào)制 （ 1）利用熱色物質(zhì)的顏色變化進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制，這種調(diào)制的原理如圖 a 所示。 60 W 的鎢絲燈光經(jīng)過光纖進(jìn)入熱變色溶液（如溶于異丙醇溶液中的 CoCl3 6H2 O ，其反射光被另一光纖接收后，分兩束分別經(jīng)過波長(zhǎng)為 650 nm 和 800 nm 的濾光片，最后由光電探測(cè)器接收。這種熱變色溶液的光強(qiáng)與溫度的關(guān)系如圖 b 所示。溫度為 20o C 時(shí)，在 500 nm 處有個(gè)吸收峰，溶液呈紅色；溫度升到 75o C 時(shí)，在 650 nm 處也有一個(gè)吸收峰，溶液呈綠色。在波長(zhǎng)為 650 nm 時(shí)，光強(qiáng)隨溫度變化最靈敏；在波長(zhǎng)為 800 nm 時(shí)，光強(qiáng)與溫度無(wú)關(guān)。 因此，選這兩個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)（即波長(zhǎng)檢測(cè)）就能確定外界物理量。 （ 2）利用磷光（熒光）光譜的變化進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制 調(diào)制原理 圖 黑體輻射的波長(zhǎng)調(diào)制 圖 是黑體輻射的調(diào)制原理，它不需要外加光源，而且簡(jiǎn)單的由探頭尖端（即黑體腔）收集黑體的光譜輻射，然后通過光纖把這種寬頻帶的輻射傳送到分光儀或光片，根據(jù)普朗克提出的輻射亮度與波長(zhǎng)的關(guān)系隨溫度變化的公式，通過雙波長(zhǎng)或單波長(zhǎng)檢測(cè)就能測(cè)出黑體的溫度。 （ 3）利用黑體輻射進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制 （ 4） 利用光器參數(shù)的變化進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制 其原理如下圖所示。 圖 光器參數(shù)變化的波長(zhǎng)調(diào)制 圖 b 是另一種改變光參數(shù)的方法。其調(diào)制原理是：當(dāng)白色光通過處于正交偏振態(tài)之間的鈮酸鋰晶體時(shí)，由于外界因素（如溫度等）的變化，晶體產(chǎn)生雙折射，采用柵狀濾色片就能檢測(cè)波長(zhǎng)（顏色）的變化，其具體關(guān)系為 I = sin2 [π(no ne) d/λ] 式中， Io 為光源強(qiáng)度； I 為透射光強(qiáng)度； no 為尋常光折射率； ne 為非尋常光折射率； d 為晶體厚度； λ為波長(zhǎng)。光強(qiáng)的變化是由于 no ne 的變化而引起的，它與溫度有關(guān)。
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