第1章　概　論

1.1　光電檢測技術

1.1.1　信息與信號

信息既不是物質，也不是能量，其意義描述如下：信息是一個通信系統傳輸和處理的對象，指消息和信號的具體內容和意義，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。

信號是運載信息的載體，它是物理的、物質的或能量的，并具有可被探測的特性。例如，古代人們使用烽火臺的煙霧向遠方的部隊發送敵人入侵的信息，這是一個光信號。當我們說話時，聲波傳播到其他人的耳朵里，使他們意識到我們的意圖，這是一個聲信號。

1.1.2　檢測的概念

檢測是通過定量檢驗的方法，測試某種物體某種技術性能指標，以此來判別被測參數是否合格或參數量是否存在。檢測適用于各種行業范疇的質量評定，如土木工程、水利、食品、化學、環境、機械、儀器等。檢測的核心是測量技術，通過測量得到的數據，不僅能判斷其合格性，還為分析產品制造過程中的質量狀況提供了最直接而可靠的依據。

1.1.3　光電檢測系統的基本工作原理

在光電探測系統中，信息傳輸的媒介是光，光子是信息的載體。光信號包括光子數（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。光柵測量系統的分辨率可以小于1nm。光子計數技術可以用來測量單光子。光電探測技術是光電信息技術的主要部分，主要包括光電轉換技術、光學信息技術以及光電測量信息技術等。例如，光電法測量各種物理量，如微光、弱光測量、紅外測量、光學掃描、光學跟蹤測量、激光測量、光纖測量、圖像測量等。

（1）將待檢測量轉化為光學信息　光電檢測系統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：

　　 （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，該光源的發光強度應是穩定的，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，必須采取相應的穩定措施，如使用差分電路、供電穩定光源、光電檢測器的篩選、設計組織光學系統及其可靠性組織結構等。

（2）待檢測量轉化為光信息脈沖　光電檢測系統以光脈沖或條紋數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狀態組成的一系列脈沖數字信息，這些數字信息量T是待測信息量Q的函數，即

T=f（Q）　　 （1-2）

這是一種模數信息轉換。

數字信息量只取決于光通量的有無，而與光通量的大小無關。因此，基于這種工作原理的光電檢測裝置，對光源和光電探測器的要求較低，只要有足夠的光通量，能區分“0”和“1”兩個狀態即可。

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