光电仪器原理与设计郝群电子课件第4章节光源.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 激光的历史（1962） 不可思议的激光 科学界的新“阿拉丁神灯” * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 激光的历史（1967） 200W的二氧化碳激光器 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 激光的历史（1960年代末期） 1.5kW的激光器 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 激光的历史（1980年代） MW量级的激光器 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 激光的历史（1980年代） 可调谐固体激光器——MIT林肯实验室 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 激光的历史（1980年代） 美国空军的人造激光引导星 * 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 激光器的分类和特点 半导体激光器（激光二极管） （ Semiconductor lasers or laser diodes ） 常用：砷化镓激光器（0.8~0.9 mm） 特点：体积小、重量轻、结构简单，但输出功率小 应用：瞄准、制导、测距等，光通讯，泵浦固体激光器，激光显示和表演，建筑扫平 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 激光器的分类和特点 气体激光器（gas laser） 常用 CO2激光器（10.6 mm） 氦氖激光器（632.8/612/594 nm） CO激光器（ 10.6/5~6 mm ） 特点：小巧，能连续工作，单色性好，但是输出功率不及固体激光器 已开发各种气体原子、离子、金属蒸气、气体分子激光器 应用：工业加工，医学手术，精密光电仪器 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 激光器的分类和特点 固体激光器（solid-state laser） 常用 红宝石激光器（694.3nm） 掺铷的钇铝石榴石激光器（简称YAG激光器，1064nm） 铷玻璃激光器等 特点：转换效率高，性能可靠寿命长，输出光束质量好，体积小而坚固，功率大 输出功率可达几十兆瓦 应用：军事、光通信，激光加工，医疗 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 激光器的分类和特点 液体激光器（liquid-dye laser） 分为有机液体染料激光器、无机液体激光器和聚合物激光器等 特点：波长可在一定的波段内连续可调（30~70 nm），可连续工作而不降低效率 应用：同位素分离光谱学、半导体及其他固体材料激发态动力学特性研究等；医学领域通过选择吸收治疗恶性肿瘤 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 光目标 光目标：光源配合照明系统或靶标产生一定空间分布和辐射特性的目标 光 目 标 探测对象 光电仪器工作原理 时间调制+空间调制 探 测 器 光学和电子学手段 信 息 解调 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 光目标的要求和分类 要求：与被探测对象及接收探测器匹配 光谱、频率、空间形状及尺寸匹配 按空间尺寸分类 点光源（准直光源）：尺寸无限小，有限距离处发出波前为球面波，无限距离处发出波前为平面波 线光源：尺寸沿某方向无限大、沿其垂直方向无限小，等效于点光源沿直线排列 面光源：尺寸在二维平面内无限大 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 点光源的主要参数 直径 由点光源像的分布提取被测对象信息，小于系统艾里斑直径的1/3 由点光源像的位置提取测量信息，可大于艾里斑直径几倍或几十倍 数值孔径 点光源所发光线半锥角u的正弦值 应与仪器的空间分辨率和后续光学系统匹配 发光强度 提高点光源的强度：选用亮度高的光源，或者说选用光通量大，同时发光体尺寸小的光源 点光源各个方向的发光强度应一致 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 点光源光学系统设计 基于透镜 基于光纤 临界照明 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 线光源光学系统设计 基于狭缝 基于光纤束 基于玻璃棒（柱面镜） 线阵排列LED 临界照明 柯拉照明 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 面光源光学系统设计 大面积均匀照明 (a) 直接照明 (b) 柯拉照明 (c) 积分球照明 (d) 积分板照明 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 光电仪器光源选用实例 例一：复合式影像测量仪 在简单的影像基础上，加上接触测头、激光测头、白光扫描等传感器，并将各种传感器完美结合，完成所有类型尺寸形状测量和逆向工程应用 白光LED（点状、面状、环状），半导体激光器 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 光电仪器光源选用实例 例二：太阳光模拟器 其广泛应用于太阳能电池特性测试，光电材料特性测试，生物化学相关测试，光学催化降解加