光电检测技术与系统

    第一章综述

  所谓光电检测技术与系统，是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学，通过光电转换和电路处理的方法进行检测的技术与系统。光电检测技术是各种检测技术的重要组成部分。自动化程度越高，越依赖于非接触测量。20世纪70年代传统光学仪器(照相、光谱、色度、计量、计测)已发展到光、机、电、算一体的智能仪器、光电信息技术，而且从强调仪器设计转变为强调技术研究。在信息时代，光电检测更是不可或缺的，它关系到信息的提取(获得)。特别是近年来，各种新型光电探测器件的出现以及电子技术和微电脑技术的发展，使光电检测系统的内容越加丰富，应用越来越广，目前已渗透到几乎所有工业和科研部门。

  光电检测系统基本组成的机理主要是：光源以及照明系统一起获得测量所需的光载波，如激光、平行光照明乃至均匀光照明等；光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上，称为光学变换．光学变换可用各种调制方法实现；光载波上载荷的各种被测信息经光电器件实现光向电的转换，称为光电转换；被测信息通过各种电信号处理的方法实现解凋、滤波、整形、判向、细分等，送到计算机或Pc机进一步运算处理，最后直接显示或存储被测量，或者控制相应的装置。本书将要阐述的不是某个局部而是一个整体，即强调光电检测的技术与系统，侧重整体的功能，各部分更进一步的原理或器件介绍可参看专门的书籍。

    第一节光电检测的领域与特点

  一、研究领域

  光电检测技术是光电信息技术之一，主要包括光电转换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等．如用光电方法文现各种物理量的测量，微光、弱光探测，红外测量，光扫描、光电跟踪测量，激光测量，光纤测量，罔像测量，光谱检测等方面。光电检测技术已应用到各个科技领域中，可实现各类物理量的在线和自动检测．是近代科技发展中最重要的方面之一。根据检测对象性质可将光电检测分为直接光学量检澍额域和非光学量检测领域。

    1．光度量以及辐射度量的检测

    光度量是以平均人眼视觉为基础的量．即利用人眼的观测，通过对比的方法确定光度量的大小。但人与人之间存在视觉的差异，即使是同一个人，由下自身条件的变化，也会产生视觉上的主观误差，这都将影响光度量检测的结果。至于辐射度量的测量，特别是不可见光辐射的测量，是人眼所无能为力的。在光电方法发展起来之前，常利用照相底片感光法，根据感光底片的黑度来估计辐射量的大小．．这些方法过程复杂，且局限在一定光谱范围内，效率低、精度差。

    目前，大多采用光电检测的方法来测定光度量和辐射度量。该方法十分方便，能消除主观因素带来的误差．而且经计量标定后．可以达到很高的精度。目前常用的这类仪器有光强度计、光亮度计、辐射计以及光测高温计、辐射测温仪等。

    2．光电元器件及光电成像系统特性的检测

    光电元器件包括各种类型的光电、热电探测器和各种光电成像器件。它们本身就是光电转换器件，其使用性能南表征它们特性的参量决定．如光谱特性、光灵敏度、亮度增益等。这些参量的具体数值必须通过检测来获得。实际上，每个特性参量的检测系统都是一个光电检测系统，只是这时被检测的对象是光电元器件本身罢了。

    光电成像系统包括各种方式的光电成像装置．如直视近红外成像仪、立视微光成像仪、微光电视、热释电电视、ccD成像系统以及热成像系统等。在这些系统中都有一个实现光电图像转换的核心器件。这些系统的性能也是由表征系统的若干特性参数确定的，如系统的亮度增益、最小可分辨温差等。这些光电参量的检测也是由光电检测系统来完成的。

    3．光学材料、元件及系统特性的检测

    光学仪器及测量技术中所涉及的材料、元件和系统的检测，过去大多采用目视检测仪器来完成，它们以手下操作和目视为基础。这些方法有的仍有很大的作用，有的存在效率低和精度差的缺点。这就要求用光电检测的方法来代替。以提高检测性能。随着T程光学系统的发展，有一些特征检测很难用手工操作和目视方法来完成。例如：材料、元件的光谱特性；光学系统的调制传递甬数；大倍率的减光计等。这些都需要通过光电检测的方法来实现测量。此外．随着光学系统光谱工作范围的拓宽，紫外、红外系统的广泛使用．对这些系统的性能及其元件、材料等的特性也不可能用目视的方法检测，而只能借助于光电检测系统来实现。

    光电检测技术被引入光学测量的领域后，许多古典光学的测量仪器得到改造，如光电白准直仪、光电瞄准器、激光导向仪等，使这一领域发生了深刻的变化。

    4．非光物理量的光电检测

    非光物理量的光电检测是光电检测技术当前应用最广、发展最快的领域。这类检测技术的核心是如何把非光物理量转换为光信号。其主要方法有两种：①将非光量转换为光量，通过对光量的检测，实现对非光物理量的检测；②使光束通过被检测对象．让其携带......