绪论近代光学测试技术.ppt

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1、近代光学测试技术,张登伟,课程安排,参考书:光学测试技术，刘承等编著，电子工业出版社近代光学测试技术，杨国光主编，浙江大学出版社光电测试技术，范志刚等编，电子工业出版社其他相关文献资料平时成绩（作业、讨论等）50，考试或论文50秋,周二,8-9节(下午3-4),玉泉教7-408(多)周四.8-9节(下午3-4).玉泉教7-408(多),学院网页，课程中心（暂未开通）探讨,请发EMAIL:密码：zjuopt2016微信：15968880667加微信liebecc1204，拉入“近代光学测试技术微信群”,交流平台,清楚光学测试技术的原理熟悉光学测试系统的基本组成部分 掌握典型的光学测试系统将光学测

2、试技术应用于科学研究及工程项目,课程目标,绪论第一章 光干涉技术第二章 光纤传感技术第三章 微弱光电流信号检测技术第四章 光调制与光扫描技术第五章 光衍射技术第六章 光纳米传感与测量技术,课程主要内容,绪论第一章 光干涉技术第二章 光纤传感技术第三章 微弱光电流信号检测技术第四章 光调制与光扫描技术第五章 光衍射技术第六章 光纳米传感与测量技术,课程主要内容,了解光学测试技术涵盖的内容了解光学测试系统的基本组成部分 了解光学测试技术的特点接触光学测试技术,本讲要点,近代光学测试技术概论,光学是物理学众多学科中最古老的学科之一。在古代，人们除了认识到光的直线传播、反射定律和不完全的折射定律外，对

3、光学知识没有进一步的深入认识。近代光学史是从十七世纪初开普勒的光学研究开始，以望远镜和显微镜的发明而发展起来的。自19世纪70年代开始由于激光技术、光波导技术、数字技术、计算机技术以及傅里叶光学的出现，使光学发展成近代光学。以激光为代表的近代光学促使光学测试技术出现更多新方法和新技术，从而开始形成近代光学测试技术。,光学测试技术的研究领域,光学测试技术的研究领域,光学测试技术 近代光学测试技术,激光技术、光波导技术、数字技术、计算机技术以及傅里叶光学,近代光学测试技术的研究领域,近代光学测试技术的研究领域,近代光学测试技术的研究领域,近代光学测试技术的研究领域,近代光学测试技术的应用领域,军事

4、领域的应用卫星上的应用航空领域的应用国防上的应用航天领域的应用工业领域的应用医疗领域的应用,在军事上的应用,美军研制的未来单兵作战武器,夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。,21,在军事上的应用,为潜艇实现精确惯性导航,2009年9月，英国BAE公司与IXSEA签订合同，为皇家海军四艘“HMS Audacious”的Astute级核攻击潜艇装备MARINS惯导系统，同时还计划为后续的第五至七艘潜艇装备同样的系统。,22,潜艇惯导中使用的超高精度光纤陀螺,Honeywell公司与波音公司联合研制光纤陀螺导航仪取代静电陀螺，作为Trident弹道导弹战略级潜艇的惯性基

5、准。2006年ADM光纤陀螺随机游走0.00009/h1/2，零偏稳定性0.00023/h，标度因数稳定性0.3ppm。,23,在卫星定向中的应用,IXSEA应用于空间定位的Astrix200光纤陀螺，L=5000m，D=180mm。,在航空领域的应用,客机,直升机,高速铁路轨检仪,卫星,无人机,在航空领域的应用,美国国家导弹防御计划-NMD,在国防领域的应用,监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；,拦截器：能识别真假弹头，敌友方,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-1218个传感器,检测参数-加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学,神州飞船：,185

6、台（套）仪器装置,全景光学环带相机拍摄的地球照片,在航天领域的应用,2023/10/31,在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%,在工业领域的应用,土木行业：水立方健康安全监测,电力行业：风力发电叶片健康安全监测,航空：直升机旋翼健康安全监测,石化：海洋平台冰激安全健康监测,轨道交通：铁路地基变形监测,在工业领域的应用,石化行业：储油罐温度监测,光探测与显示技术,发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等,汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，

7、关键部件，核心技术内容,普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。,底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温,车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等,激光测振，测角,在医学领域应用,PET成像技术,在医学领域应用,光学测试系统的组成部分,二氧化碳激光器,光纤激光器,激光器,光源,HE-NE 激光器,激光器,光源,LD半导体激光器,光源,LED全彩屏的大、中、小屏幕显示装置颜色变化的背光光源汽车内外的照明和显示装置航空、航海、铁路等交通

8、信号指示用的特种照明灯2010年全球市场80亿美金2011108亿美金,LED,光源,OLED技术,光源,光栅,Plane Ruled Reflectance Gratings,Concave Ruled Reflectance Gratings,Plane Transmission Gratings,光学元件,光学元件,棱镜、滤光片、光阑、透镜等,探测器,常用的光学测试技术,光干涉技术光衍射技术（莫尔条纹技术）光全息技术激光多普勒技术光纤传感技术光纳米传感及测量技术光调制、解调及扫描技术电信号采样及处理技术,常用的光学测试技术,光干涉技术光衍射技术（莫尔条纹技术）光全息技术激光多普勒技术光纤

9、传感技术光纳米传感及测量技术光调制解调及扫描技术（激光多普勒技术）电信号采样及处理技术,波面干涉仪,光干涉技术,共路干涉技术,光干涉技术,剪切干涉技术,光干涉技术,剪切干涉仪,THORLABS公司（美国）,光干涉技术,剪切干涉仪性能指标,光干涉技术,剪切干涉仪的应用-面形检测,光干涉技术,外差干涉技术,光干涉技术,基于激光三角法的激光位移传感器,光学非接触测量技术,衍射光栅、莫尔条纹及波分复用,光衍射技术,全息成像及显示,光全息技术,光全息技术,全息3D投影,光全息技术,全息防伪技术,多普勒测距,光学多普勒技术,线光栅莫尔条纹-测量物体相对位移,莫尔条纹技术,光闸莫尔条纹,播放动画,播放中,莫

10、尔条纹技术,播放中,圆弧莫尔条纹,单击准备演示,播放动画,莫尔条纹技术,光纤陀螺(sagnac 干涉仪),光纤传感技术,光纤陀螺达到的水平,测量范围：理论上可以无限大，实际已经实现40000/s理论灵敏度：优于10-6度/小时(机械型10-2度/小时，激光型10-4度/小时)实际：短期漂移0.00001度/小时 长期漂移0.0001度/小时,光纤传感技术,透射光谱,入射光谱,光强,光强,反射光谱,光强,光纤光栅传感技术,光在光纤光栅上的传输,1、宽带光进入光纤，经过光栅反射回特定波长的光2、通过测量光栅反射波长，换算被测体温度/应变等物理量；3、光栅的温度特性为10pm/，应变特性为1.2pm

11、/微应变,光纤传感技术,OTDR技术,光纤传感技术,氧化锌纳米线的二次谐波（Second harmonic generation，SHG）和三次谐波（Third harmonic generation）近场图。,近场扫描光学显微镜SNOM,近场探测技术,光纳米传感及测量技术,基于倏逝波的测量技术,光纳米传感及测量技术,基于表面等离子体共振的测量技术,光纳米传感及测量技术,各种微型智能侦查设备和武器,光纳米传感及测量技术,光的振幅调制技术强度的空间调制强度的时间调制频率调制相位调制偏振态调制技术,光调制解调与扫描技术,信号的获取途径,电信号处理技术,不同信号处理方法的选取,大信号模拟电压A/D转

12、换器CPU 大信号模拟电压V/F转换器CPU 小信号模拟电压放大器A/D转换器CPU 小信号模拟电压放大V/F转换器CPU小信号频率F放大整形CPUTTL电平的频率信号CPU 非TTL电平的开关信号防抖电平变换整形CPU大信号电流(010mA，4mA20mA)I/VA/D转换器CPU大信号电流(010mA，4mA20mA)I/VV/F转换器CPU 小信号电流(mA、A)I/V放大A/D转换器CPU 小信号电流(mA、A)I/V放大V/F转换器CPU,电信号处理技术,不同的数字信号处理方法,采用大、中小型计算机和微机。可运行成熟处理软件用单片机。价格便宜，能实时控制利用通用DSP芯片TI的TMS

13、320C(F)X系列DSP，AT&T公司的dsp16,dsp32系列，Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列利用特殊用途的DSP芯片 MAXIM公司的MAXIM27X 及MAXIM28X等，可做FFT,电信号处理技术,近代光学测试技术主要特点,近代光学测试技术主要特点,20032007年全球光电产业主要产品产值(单位：百万美元),20032007年全球光电产业主要产品产值(单位：百万美元),续表,续表,20032007年全球光电产业主要产品产值(单位：百万美元),光学产业发展状况,近代光学测试技术支撑分学科,近代光学测试技术支撑基础,测试方法的选择,测试方法的选择,测试方法的选择,测试环境及经济性选择,测试方法的尺寸分辨率,谢 谢！,