第1章　概　論

1.1　光電檢測技術(shù)

1.1.1　信息與信號(hào)

信息既不是物質(zhì)，也不是能量，其意義描述如下：信息是一個(gè)通信系統(tǒng)傳輸和處理的對(duì)象，指消息和信號(hào)的具體內(nèi)容和意義，通常通過處理和分析來提取。例如，在自然界中，宇宙中的無線電不斷向空間發(fā)射無線電波，這是無線電源的信息。信息來源于客觀世界，廣泛存在。

信號(hào)是運(yùn)載信息的載體，它是物理的、物質(zhì)的或能量的，并具有可被探測的特性。例如，古代人們使用烽火臺(tái)的煙霧向遠(yuǎn)方的部隊(duì)發(fā)送敵人入侵的信息，這是一個(gè)光信號(hào)。當(dāng)我們說話時(shí)，聲波傳播到其他人的耳朵里，使他們意識(shí)到我們的意圖，這是一個(gè)聲信號(hào)。

1.1.2　檢測的概念

檢測是通過定量檢驗(yàn)的方法，測試某種物體某種技術(shù)性能指標(biāo)，以此來判別被測參數(shù)是否合格或參數(shù)量是否存在。檢測適用于各種行業(yè)范疇的質(zhì)量評(píng)定，如土木工程、水利、食品、化學(xué)、環(huán)境、機(jī)械、儀器等。檢測的核心是測量技術(shù)，通過測量得到的數(shù)據(jù)，不僅能判斷其合格性，還為分析產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量狀況提供了最直接而可靠的依據(jù)。

1.1.3　光電檢測系統(tǒng)的基本工作原理

在光電探測系統(tǒng)中，信息傳輸?shù)拿浇槭枪猓庾邮切畔⒌妮d體。光信號(hào)包括光子數(shù)（光功率）、光波長和相位、光的偏振度、光的速度、光量等，所以光信號(hào)檢測的精度高、靈敏度高，可以檢測速度的變化。例如，激光干涉儀的波長是激光光源波長的八分之一，分辨率甚至更小。光柵測量系統(tǒng)的分辨率可以小于1nm。光子計(jì)數(shù)技術(shù)可以用來測量單光子。光電探測技術(shù)是光電信息技術(shù)的主要部分，主要包括光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、光學(xué)信息技術(shù)以及光電測量信息技術(shù)等。例如，光電法測量各種物理量，如微光、弱光測量、紅外測量、光學(xué)掃描、光學(xué)跟蹤測量、激光測量、光纖測量、圖像測量等。

（1）將待檢測量轉(zhuǎn)化為光學(xué)信息　光電檢測系統(tǒng)通過光通量的大小來反映檢測量的大小。光電探測器的輸出往往與入射到光敏表面上的光通量成正比，所以光電探測器的大小可以反映隔離措施的效果，光電流的大小是被檢測值的函數(shù)：

　　 （1-1）

這是一種模擬仿真待檢測量信息變換。

為了使光電流I僅是待測量Q的單值函數(shù)，該光源的發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)是穩(wěn)定的，須與光電檢測器的特性吻合。因此，基于光電檢測器的工作原理，必須采取相應(yīng)的穩(wěn)定措施，如使用差分電路、供電穩(wěn)定光源、光電檢測器的篩選、設(shè)計(jì)組織光學(xué)系統(tǒng)及其可靠性組織結(jié)構(gòu)等。

（2）待檢測量轉(zhuǎn)化為光信息脈沖　光電檢測系統(tǒng)以光脈沖或條紋數(shù)的多少來反映檢測量的大小。光電檢測器的輸出是由低電平和高電平兩個(gè)狀態(tài)組成的一系列脈沖數(shù)字信息，這些數(shù)字信息量T是待測信息量Q的函數(shù)，即

T=f（Q）　　 （1-2）

這是一種模數(shù)信息轉(zhuǎn)換。

數(shù)字信息量只取決于光通量的有無，而與光通量的大小無關(guān)。因此，基于這種工作原理的光電檢測裝置，對(duì)光源和光電探測器的要求較低，只要有足夠的光通量，能區(qū)分“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)即可。

光電檢測技術(shù)是光電技術(shù)中最主要最核心的部分，它是專門研究用光電的方法進(jìn)行各種檢測、變換、處理的原理和方法的技術(shù)。它包括各類光電傳感檢測器件、檢測電路及其與微機(jī)接口、光電信號(hào)各種變換形式及各種檢測技術(shù)與方法等。