第1章　概　论

1.1　光电检测技术

1.1.1　信息与信号

信息既不是物质，也不是能量，其意义描述如下：信息是一个通信系统传输和处理的对象，指消息和信号的具体内容和意义，通常通过处理和分析来提取。例如，在自然界中，宇宙中的无线电不断向空间发射无线电波，这是无线电源的信息。信息来源于客观世界，广泛存在。

信号是运载信息的载体，它是物理的、物质的或能量的，并具有可被探测的特性。例如，古代人们使用烽火台的烟雾向远方的部队发送敌人入侵的信息，这是一个光信号。当我们说话时，声波传播到其他人的耳朵里，使他们意识到我们的意图，这是一个声信号。

1.1.2　检测的概念

检测是通过定量检验的方法，测试某种物体某种技术性能指标，以此来判别被测参数是否合格或参数量是否存在。检测适用于各种行业范畴的质量评定，如土木工程、水利、食品、化学、环境、机械、仪器等。检测的核心是测量技术，通过测量得到的数据，不仅能判断其合格性，还为分析产品制造过程中的质量状况提供了最直接而可靠的依据。

1.1.3　光电检测系统的基本工作原理

在光电探测系统中，信息传输的媒介是光，光子是信息的载体。光信号包括光子数（光功率）、光波长和相位、光的偏振度、光的速度、光量等，所以光信号检测的精度高、灵敏度高，可以检测速度的变化。例如，激光干涉仪的波长是激光光源波长的八分之一，分辨率甚至更小。光栅测量系统的分辨率可以小于1nm。光子计数技术可以用来测量单光子。光电探测技术是光电信息技术的主要部分，主要包括光电转换技术、光学信息技术以及光电测量信息技术等。例如，光电法测量各种物理量，如微光、弱光测量、红外测量、光学扫描、光学跟踪测量、激光测量、光纤测量、图像测量等。

（1）将待检测量转化为光学信息　光电检测系统通过光通量的大小来反映检测量的大小。光电探测器的输出往往与入射到光敏表面上的光通量成正比，所以光电探测器的大小可以反映隔离措施的效果，光电流的大小是被检测值的函数：

　　 （1-1）

这是一种模拟仿真待检测量信息变换。

为了使光电流I仅是待测量Q的单值函数，该光源的发光强度应是稳定的，须与光电检测器的特性吻合。因此，基于光电检测器的工作原理，必须采取相应的稳定措施，如使用差分电路、供电稳定光源、光电检测器的筛选、设计组织光学系统及其可靠性组织结构等。

（2）待检测量转化为光信息脉冲　光电检测系统以光脉冲或条纹数的多少来反映检测量的大小。光电检测器的输出是由低电平和高电平两个状态组成的一系列脉冲数字信息，这些数字信息量T是待测信息量Q的函数，即

T=f（Q）　　 （1-2）

这是一种模数信息转换。

数字信息量只取决于光通量的有无，而与光通量的大小无关。因此，基于这种工作原理的光电检测装置，对光源和光电探测器的要求较低，只要有足够的光通量，能区分“0”和“1”两个状态即可。

光电检测技术是光电技术中最主要最核心的部分，它是专门研究用光电的方法进行各种检测、变换、处理的原理和方法的技术。它包括各类光电传感检测器件、检测电路及其与微机接口、光电信号各种变换形式及各种检测技术与方法等。