半导体激光器（LD），用半导体材料制成的面结型的二极管。 在使用半导体激光器时，应注意以下几点： （1）作为平行光照明时应用柱面镜将光束整形，再用准直镜准直； （2）频率稳定性。 LD光的单色性、相干性较差，因此用LD作相干光源且测量距离又较大时，必须对LD稳频。LD的稳频法主要有吸收法和电控法； （3）调频。 改变LD的注入电流 会使LD的输出频率产生的变化。如果注入电流是按某一频率变化规律来变化，那么输出的激光将被调频。这种调频是在LD内部实现的，故称为内调制。由此原理制成的半导体激光器可用于外差测量。 * 三、照明系统 照明对光学系统的成像质量起着非常重要的作用，照明的种类繁多，用途也非常广泛。 照明系统的设计原则 1）保证足够的光能。 2）有足够的照明范围，照明均匀。 3）照明光束应充满物镜的入瞳。 4）应尽量减少杂光进入物镜，以保证像面的对比度。 5）合理安排布局，避免光源高温的有害影响。 * 1. 直接照明：按照明方法分为透射光亮视场照明，反射光亮视场照明，透射光暗视场照明，反射光暗视场照明，分别如图a、b、c、d所示，图中阴影部分为照明光场。按光源类型分为白炽灯照明、光纤照明等。 直接照明四种类型 a）透射光亮视场照明 b）反射光亮视场照明 c）透射光暗视场照明 d）反射光暗视场照明 照明系统的种类 * * 精 密 仪 器 设 计 Design of Precision Instrument 测控技术与仪器研究所 自动化工程学院 * 光电精密检测系统设计 * 一、现代精密光电检测仪器特点 信息加载于光波，是一种非接触和非破坏性测量，可适用于远距离、危险、恶劣环境测量； 光波传播速度快，可进行实时测量和控制； 测量精度高，如激光干涉测量的精度可达1/100波长； 具有很高的空间分辨率； 可进行图像处理。 现代精密仪器：现代制造技术（光、机、电、算）、纳米技术、仿生学原理、新材料等。 光学精密机械系统 光电转换系统 电路处理系统 计算机控制系统 显示、打印系统 电机及驱动系统 信息获取与应用 信息处理、变换与显示 (1)光学精密机械系统 光学成像系统——物镜、光栏等； 照明系统——光源、滤镜等； 精密机械系统——X-Y精密工作台、微动工作台（Micro-table）、真空吸附台以及传动部件（如 Flexure Hinge）等。 二、典型精密仪器的基本组成 * (3) 电路处理与计算机控制 ——信息处理、变换与存储显示及模块控制等。 功放、A/D、D/A、 DSP、 FPGA、CPLD 、F/V I/O、LED、LCD等 。 (2) 光电转换与传递系统 ——CCD、摄像机、光电管（Phototube）、 硅光电池（Silicon photo-cell）、 光栅（Grating）、激光等。 二、典型精密仪器的基本组成 * (4)电机及驱动系统 电机——直流电机、交流电机、直线电机、力矩电机、音圈电机（Voice Coil Motor）、步进电机（Stepping Motor）、纳米电机（Nanomotion）等。 微位移技术中，采用致动器（Actuator）作为驱动源，如PZT、Electrostatic Force等。 ！ 二、典型精密仪器的基本组成 * 被测对象 光学系统 光学系统 光电探测器 调理电路 光源 控制电路 计算机 显示与控制 作用：将光束变成平行光束、发散光束、会聚光束或其他形式结构的光束 作用：利用显微系统、照相系统、望远系统及调制器、滤波器将来自被测对象的光变成光电传感器能接收的光 二、典型精密仪器的基本组成 * 三、光学系统设计 光电探测器 光源 * 光电探测器 真空光电器件 固体光电器件 光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强管 光敏电阻 光电池 光电二极管 光电三极管 光电耦合器 光中断器 位置传感器PSD 自扫描光电二极管阵列SSPD 电荷耦合器件CCD 互补型金属氧化物半导体晶体管CMOS 3.1 分类 * 3.2 光电探测器的选择原则 探测器输出电信号大小与测量光信号大小的关系； 探测器的光谱响应范围与测量光信号的光谱范围是否一致； 探测器能探测的最小信号功率； 探测调制信号或脉冲光信号时，响应时间是否一致。 * 3.3 光源及照明系统 光电测量中，光是信息的载体，光源及照明系统的质量对光电测量往往起着关键的作用。含光源的特性、光源的种类、照明光学系统及光源选用等问题。 注：应用中宜采用发光效率高的光源以节省能源。 一、光源的基本参数 1．发光效率 在给定的波长范围内，某一光源所发出的光通量 与产生该光通量所需要的功率 之比，称为该光源的发光效率，表示为: 式中， 为该光电测量系统的光谱范围。 * 2．光谱功率谱分布 光源输出的功率与光谱有关，即与光的波长 有关，称为光谱的功率分布。常见的有四种典型的分布。 典型光源功率谱分布 a )线状光谱 b )带状光谱 c )连续光谱 d )复合光谱 a如低压汞灯光谱；b如高压汞灯光谱；c 如白炽灯、卤素灯光谱；d如荧光灯光谱。 注： 在选择光源的时候，应选择光谱功率分布的峰值波长与光电器件的灵敏波长相一致；目视测量，可选用可见光谱辐射比较丰富的光源；目视瞄准，宜选用绿光光源；彩色摄像应采用白炽灯、卤素灯作光源。紫外和红外测量，宜选用相应的紫外灯（氙灯、紫外汞灯）和红外灯。 * 3．空间光强分布特征 HG500发光二极管的配光曲线 由于光源发光的各向异性，许多光源的发光强度在各个方向是不同的。若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线，即配光曲线。 为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向作为照明方向。为了充分利用其他方向的光，可以用反光罩，反光罩的焦点应位于光源的发光中心。 * 任何物体，只要其温度在绝对零度以上，就向外界发出辐射，称为温度辐射。黑体是一种完全的温度辐射体，其辐射本领 表示为： 式中， 为辐射本领； 为吸收率，当 时的物体称为绝对黑体。 4．光源的温度和颜色 * 黑体的温度决定了它的光辐射特性。对于一般的光源，它的某些特征常用黑体辐射特征近似地表示，其温度常用色温或相关色温表示。 色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。 相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射的色坐标点最近，则该黑体的温度

　　第二章 技术设计的基础-2022年高中通用技术学业水平考试综合复习（粤科版2019）.docx

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