光电探测技术范文

光电探测技术篇1

关键词：课堂教学 光电检测技术 热释电

怎样改革和提高课堂教学水平，是值得每一个高校教师探讨和研究的课题。在全社会呼唤创新教育的今天，教师必须改变自己以往陈旧的教学方法。只有这样，教师才能在课堂上把注意力放在讲课内容的同时，进行学生的创造能力的培养，同时把理论知识和实际生活结合起来，进行教学互动，把创新教育推向一个更高的水平。身为第一线的教师，我们是现代教育模式的参与者、推动者和实施者，不断学习和创新教学方法，在此将以《光电检测技术》中“热释电”一节内容的教学为例，介绍我们在提高课堂教学质量方面的探索、实践和体会。

一、明确教学目标

教学目标是课堂教学的灵魂，是学生学习和教师教学的努力方向。教学目标包括培养的人才目标和本课程的教学目标两方面。从人才培养方面来讲，课堂教学要突破传统教学只实现认知的目标，要树立全面、主动的课堂教学目标。在教学中不仅是知识的传授，还要注重提高学生的智力水平、技能，发展学生情感、意志、兴趣、性格等非认知因素，提高学生的学习能力、创新能力、实践能力，也就是要通过教学使学生获得全面和谐的发展。

我校的宗旨是培养“创新型工程应用人才”，将重知识培养，转变为重能力、重素质的培养。具体到该课程，其教学目标是：既要让学生比较全面、系统地掌握光电检测技术相关知识和基本原理，又能灵活运用所学知识，把理论和实践相联系，学以致用。“热释电”的教学目标是在了解热释电的工作原理和特性，能用该器件设计相关光电检测系统。

二、精心设计课堂教学的各个环节

好的课堂教学质量，要明确本节课程的教学目标，理清教学思路，做好教学思路设计。要规划好在本课时讲解的内容，需解决的问题，让学生思考解决问题的方法，等等。课堂教学是每周进行的，就像一部电视剧，既要承前启后，又要相对独立，精心设计各个环节。

心理学研究表明,当人对某一事物感兴趣时，认识就快；如果无兴趣,认识就慢，或者不予接受。若想激发创造性思维，就必须激发学生的学习兴趣。哲学家有句名言“思维始于惊奇”。惊奇能够带来强烈的刺激，刺激是大脑兴奋的信号，是思维的驱动力。在教学中，教师要善于挖掘素材，精心设计场景，创造惊奇气氛，使学生“惊之以心，动之以情，发之以问，晓之以理”。设计一个好的开端，将能让学生一开始就进入学习状态。很多小商店门口都挂着个会发出“欢迎光临”的小挂件，这个小挂件的感应器往往都是热释电。因此，在“热释电”教学时，我将这个小挂件挂在教室门口，学生进门时听到“欢迎光临”，甚至有些调皮的同学故意飞快进出教室，以期不让其察觉，但跑得越快，叫得越快。我故意等到上课铃响起后，慢悠悠进入教室，小挂件没有发出声音。学生感到很奇怪，同时我也提示大家“这个小挂件和你们一样不喜欢上课，所以不欢迎教师”。引起一阵哄堂大笑，活跃课堂气氛，也拉近了师生的心理距离，同时“小挂件为什么不欢迎教师”的念头就油然而生。带着这个疑问，我们开始热释电原理的教学。同学们都迫不及待地想知道为什么，一个个向个侦探一样，集中注意力，睁大着眼睛，竖着耳朵，跟着教师的思路学习热释电的工作原理，想从中找出蛛丝马迹。介绍热释电原理为：在某些具有自发极化的晶体，当温度变化时，就会产生热释电效应，因而称为热释电晶体。若以Ae表示电极面积，α表示晶体材料有关的常数，则电压Us为 Us=AeαdT/dt。这时，有的学生已经知道刚才那个问题的答案在于：Us只与热释电材料的温度变化率有关，与温度本身无关。由于教师进入教室时的速度较慢，引起的温度变化较小，从而电压较低。通过实验和解释实验现象，同学们对热释电的工作原理和典型特征都有了认识。后来，有同学反馈，几个朋友出去玩，他们在一家小商店门口还玩起了同样的游戏，然后将原因告诉朋友，颇有一份成就感。

好的开端毕竟只是成功的一半，要想整节课成功，还需补充另一半。教师要学会掌控课堂教学的中间环节，掌握节奏，按思维流程、围绕重点和难点、有针对性地设置具有启发价值的疑问。在介绍完原理之后，则给学生演示热释电器件的外形和内部结构图，并简单介绍各个部件的功用以及其最基本的输出电路。热释电的典型应用是作为防盗报警系统的探测元件。如果直接分析已有热释电报警器的系统结构图，这就回到“灌输”教学模式上，学生会觉得被动而又枯燥。但是对《光电检测技术》课程来说，要培养学生利用光电器件设计检测系统的设计和创新能力，其电路和光路又是不得不讲的内容，这时教师应发挥个人对课堂的掌控能力，根据本节教学内容和目标，引导学生跟着老师进行相关探索和学习。我们在课堂上让学生转变角色为“热释电报警器”的项目负责人，思考如何开展工作并进行架构设计，然后分组讨论并派代表阐述小组的设计思路。让其他同学和教师一起指出其设计方案的不足和有待改进的地方，并进行适当的点拨、启发，激发灵感，有意识地创设新的问题情境。以此来培养同学们分析解决实际问题、独立思考和创新设计能力，同时达到多方交流和互动教学目的。最后以教材上的热释电防盗报警器为例，介绍系统构成。为加深同学对电路中器件的功用的理解，我们在课前就将电子线路图在面包板上搭建出来，在课堂上进行演示并设问。比如在介绍比较电路时设问“为什么调节可调电阻能影响其灵敏度？”这样可进一步加深同学对热释电原理的认识，又避免电路分析显得枯燥。另外，还提出问题“如何防止小狗进入报警区而导致误触发？”从而引发学生思考如何解决系统的抗光干扰问题。

课堂教学的结尾既要对该堂课进行总结，简述重点和难点，又要让学生觉得意犹未尽。有时学生的探究成果非常丰富，探究时学生的奇思妙想不断涌现，但课堂教学的基本任务要完成，学生的创造成果只有极少一部分能在课内展示。为此该节课留下的作业是将每个同学将自己的方案进一步完善，然后相互交流。

三、体会

从期末考核结果来看，几乎所有同学都能正确解答热释电的工作原理，而且不是死记硬背教材中的语言。通过教学方法的改革，让学生在一种愉悦的教学环境中学习，让学生感到学习的一种乐趣、是一种自我表现的方式。学生生怕错过课堂教学，迟到和早退现象得到明显的遏制。通过学生自己的思考解决问题，既能让学生学到知识，又能让学生应用原有的知识，达到活化所学知识的作用，也能极大地提高学生学习科学知识的积极性。

作为一名高校教师，需要在生活中不断的积累教学素材，只有掌握同学们的学习心理，针对性地创设情景和有效运用辅助教学手段，才能提高课堂教学质量。

参考文献：

[1]胡蓉,王虎挺,魏敏等.对高校课堂中互动式教学方法的探索与实践.石河子大学学报(哲学社会科学版)，2009,(12)：100-101.

[2]程玲,郑美蓉,汪鑫平.病理学课堂教学中应用启发式教学法探.九江医学，2008，（23）：76-78.

[3]张大伟,马军山,杨永才等.光电信息技术课堂演示实验运用与思考.重庆科技学院学报(社会科学版)，2007,6：193-194.

[4]刘崇祥.浅谈课堂教学的四个环节.吉林教育，2010，（3）：58.

光电探测技术篇2

[关键字] 铜矿 勘探技术 应用

[中图分类号]P621 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-1-133-1

1 铜矿的主要勘探技术与应用

1.1 音频大地电磁技术及其应用

1.1.1 音频大地电磁技术的工作原理与特点

音频大地电磁技术工作原理：基于地壳中目标岩石和围岩的导磁性与导电性的差异为条件，应用电磁感应原理研究出电磁场在时间与空间上的分布规律，并根据这一规律区分出目标岩石与地下围岩的不同，解决一些地址问题，例如大地的构造问题等。

音频大地电磁技术在铜矿勘探的应用中，电磁波的周期不同，其穿透深度不同，例如当频率过高时，电磁场在集肤效应的影响下可能只会在浅部介质中过于集中，而不会受到浮岩层的作用。当电磁波的周期不断增大时，它的穿透深度也会随之不断增大，从而使得深部介质的电阻率分布影响到视电阻率。所以，音频大地电磁技术是通过频率不同的电磁波来表示出地下介质在不同深度的视电阻率的分布及其规律，属于频率探测法。

与以往的传统直流电法相比较，音频大地电磁技术具有显著势，它的勘探深度较大，而且除了视电阻率外，它还能够提供很多的解释参量，例如各向异性参数、磁电反射系数、电性主轴方位、二维偏离度、倾子等参数。

1.1.2 音频大地电磁技术在铜矿勘探中的应用

以攀西矿区为例，从地质力学角度分析，该地区是南北向构造带与东西向构造带的复合之处，从板块构造学角度分析，该地区属于古板块弧带的边缘地区，因此该地区的矿物质含量丰富。经过研究显示，在该地区的第四个岩段为含铜矿层系，其中含有铜矿的岩石主要有云母片岩、角砾岩、蚀变岩等。在该矿区的铜矿勘探中，根据测得的岩矿石视电阻率，将第四岩段的中部作为勘探的目的层，与上部相比，其电阻率呈高阻反映，与下部相比，具有较小的电性差别，这就意味着含铜矿的地层和同一地层相比，没有明显的电性差异，所以寻找铜矿层比较难。

为此，采用音频大地电磁技术对该地区寻找含矿层，利用曲线分析、张良阻抗等对原始资料进行了处理以及恢复相关资料等。综合分析音频大地电磁技术，第一，分析阻抗张量获取相关的解释参数，为进一步研究该地区电性结构的横向与纵向的变化规律提供了基础；第二，从剖面分析出了该地质结构中的异常带、目标层与其他浮岩层的关系等。最后根据相关和测试结果的综合分析， 初步确定出含矿层系的展布特征等。总之，音频大地电磁技术的应用表明：（1）与传统直流法相比，音频大地电磁技术的勘探深度更大，不受浅部岩层的屏蔽影响；（2）与传统直流法相比，音频大地电磁技术提供的信息更丰富，对一些资料的解释综合性与可靠性更好；（3）音频大地电磁技术还存在一些不足之处，例如当电磁波波长不断增大时，音频大地电磁技术的分辨率就会降低，无法实现更细致的分辨。

1.2 X荧光分析技术及其应用

1.2.1 X荧光技术的工作原理与组成

X荧光系统的工作原理：在X光管激光处加上高压电，从而产生X射线，当被测样品被该射线照射后，目标元素被激发出特征X射线。探测器接收该特征射线后将其转化成电压脉冲信号，在放大器放大作用下输送到ADC中，最有再由计算机对转换模数及相关的信息进行分析处理，测出样品的主要元素成分与含量。

X荧光系统主要由操作台和勘探头两大部分组成，具体又可分为以下几部分：

X光管激光源：x光管激光源功率小，特点显著，第一，能有效消除辐射污染，不会发生核退役问题；第二，强度远远高于普通放射性核素源，大大提高勘测的准确度与精确度；第三，可以选择不同的激励电压，满足设计需要，实现多元素测定的目标。

高压电源：在高压电源装置中，灯丝电压和高压发生器采用了两端推挽式的电源开关，而在这一开关中，高频变压器在磁滞回线周边工作，因此可以根据实际需要，通过调节磁芯的体积大小对高压电源的电流、电压输出大小进行调节。

探测器：X荧光系统多采用si-PIN型探测器，这种探测器具有功耗小，能量分辨率高的特点。

脉冲分析器：以89C52单片机和12位模数转换芯片为核心，将输入脉冲信号变为和它幅度值相应的数字量，便于微机系统的分析处理。

脉宽调制电源：除了高压电源外，X荧光系统还需要其他不同功率和电压值的直流电源，脉宽调制电源可以将单一的直流电压转为不同的电压输出。

1.2.2 X荧光系统在铜矿勘探中的应用

以四川省某县为例，该地区地层分布广泛，都经历过变质作用，地质构造复杂，多次发生岩浆活动，是矿产含量非常丰富的地区之一。该区铜矿勘查工作采用了X荧光技术，一方面选取水系沉积物为样品，与化学分析方法相比较，分别测出样品中 含铜量，另一方面，选取地区地质剖面土壤为样品进行测量，测定确认出异常带。通过这样在野外测定找出铜矿的有利地段。此外，根据X荧光技术在本次勘探中的测得数据，可以发现X荧光技术在铜矿的勘探中具有精确度和准确度。一方面，从样品的含铜量测试来看，与传统化学分析方法相比，X荧光技术的测量结果合格率高达93%，且严格控制住了监控限；另一方面，从样品含铜量测试结果的误差分析来看，X荧光技术测试结果的标准偏差和精确度都严格控制在行业规范要求内。X荧光技术在铜矿勘探中的应用表明：（1）X荧光技术在铜矿勘探尤其是野外勘探中具有较高的准确度与精确度，满足行业标准规范；（2）X荧光系统采用了先进的探测器、X光管激发源和微机系统等，具有快捷、轻便等综合特点，值得在铜矿的勘探中推广应用。

2 总结

光电探测技术篇3

随着我国社会与经济的发展,人民生活水平不断提高,人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高,同时现代化技术高度发展的今天,犯罪更趋智能化,手段更隐蔽,所以保证区域的安全必须从运用现代化的防盗报警技术。在现代化防盗报警技术中,红外技术有四大优点:环境适应性好,在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光;隐蔽性好,不易扰;由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测,因而识别伪装目标的能力优于可见光;红外系统的体积小,重量轻,功耗低。但有三大因素制约着其效果:目标的光谱特性;探测系统的性能;目标和探测口之间的环境和距离。所有探测技术的发展都有三个阶段:a.探测信号的强度,得到目标的"黑白照片",这是初级阶段;b.探测信号的强度和波长,得到目标的"彩色照片",达到中级阶段;c.探测信号强度、波长和相位,得到目标的"全息照片",这才达到探测技术的高级阶段。目前的红外技术处于其初级阶段的后期,正向中级阶段发展,其标志是研制出了双(多)色红外探测器,得到了目标热图象的"彩色照片"。可以预计,今后双色探测器将随单波段探测器及其配套技术的成熟和市场需求的增加而加快发展,并将集中在以下五个方面:(1)集成化的双色探测器有利用简化系统结构,能充分利用半导体材料制备技术的最新成果,便于器件焦平面化,其中HgCdTe合金系和各种量子阱/超晶格材料系统将得到重点发展。(2)采用焦平面器件,更好的满足系统的要求,同时也有利于简化系?统结构,降低成本。(3)为明显的提高系统的性能,双色探测器将向大面阵和长线列发展。(4) 双波段系统将克服在光学设计和加工、信号处理和显示等方面的困难,缩小体积、减轻重量等,以便扩大其应用范围。 (5) 随材料、器件和系统技术的进步,双色探测器将向更多的光谱波段发展,既包括拓宽光谱波段,也包括将光谱波段划分成更为细致的波段,以获得目标的"彩色"热图象,更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。

课题研究目标、内容、方法和手段:

本课题研究红外监控系统的设计与实现。主要实现对象是被动红外防盗报警探测器。其包括硬件和软件两大部分。主要包括对于硬件的构成以及软件的接入进行描述。通过51单片机、驱动电路、传感器、GSM等技术来进行设计与实现。

设计(论文)提纲及进度安排:

4月6日至4月25日

分析题目查阅资料学习与毕业设计相关的知识

4月25日至5月15日

硬件实现、软件编写、进行方案论证

5月15日至6月10日

测试硬件、调试软件撰写毕业论文并征求导师意见,修改毕业论文,进行毕业论文的评议。

主要参考文献和书目:

[1]张玉香.新型遥控接收模块HS0o38〔J〕.无线电,1998,7

[2〕高茹云.通讯电子线路仁M〕.西安:西安电子科技大学出版社,1999。

[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术. 北京:北京航空航天大学出版社,1993年。

[4尤一鸣等.单片机总线扩展技术.北京:北京航空航天大学出版社.1993,11。

[5]蔡轶.通用遥控解码电路.电子技术1995 .1

[6]施德恒,郭峰光谱识别型激光警戒系统述评激光与红外l99929(l):9一13

[7]卢万欣,梁桂云,韩永林激光预警装置激光技术199218(3):180一183

[8]沙占友,王彦朋,孟志永等.单片机电路设计. 北京:北京电子工业出版社,2003。

[9]周航慈.单片机应用程序设计技术. 北京:北京航空航天大学出版社,2002。

[10]付伟激光告警中的多元相关探测技术红外与激光技术1992(6):23一27

[11〕高茹云.通讯电子线路仁M〕.西安:西安电子科技大学出版社,1999。

光电探测技术篇4

研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。任何物体的红外辐射包括介于可见光和微波之间的电磁波段。通常人们又把红外辐射称为红外光、红外线。实际上其波段是指其波长约在0.75微米到1000微米的电磁波。通常人们将其划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为0.75～3.0微米;中红外指波长为3.0～20微米;远红外则指波长为20～1000微米。在光谱学中,波段的划分方法尚不统一,也有人将0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外,由于大气对红外辐射的吸收,只留下三个重要的“窗口”区,即1～3微米、3～5微米和8～13微米可让红外辐射通过,因而在军事应用上,又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。8～13微米还称为热波段。

红外技术的内容包含四个主要部分:1、红外辐射的性质,其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布;辐射在媒质中的传播特性-反射、折射、衍射和散射;热电效应和光电效应等。2、红外元件、部件的研制,包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。3、把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密 。4、红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见,红外技术的研究涉及的范围相当广泛,既有目标的红外辐射特性,背景特性,又有红外元、部件及系统;既有材料问题,又有应用问题。

【相关技术】探测技术;精确制导技术;光电子技术;先进材料技术

【技术难点】红外技术的发展关键在于红外材料的研制、红外设备的制冷、红外设备向更长波段发展、红外焦平面阵列器件的研制和红外设备与数据处理设备的结合等。

【国外概况】自从1800年英国天文学家F・W・赫歇尔发现红外辐射至今,红外技术的发展经历了将近两个世纪。从那时开始,红外辐射和红外元件、不见的科学研究逐步发展,但发展比较缓慢,直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时,德国研制成硫化铅和几种红外透射材料,利用这些元、部件制成一些军用红外系统,如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统,机载轰炸机探测仪和火控系统等等。其中有些达到实验室试验阶段,有些已小批量生产,但都未来得及实际使用。此后,美国、英国、前苏联等国竞相发展,特别是美国,大力研究红外技术在军事方面的应用。目前,美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。

红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年,F・W・赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计,这是最原始的热敏型红外探测器。1830年以后,相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前,研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。19世纪,科学家们使用热敏型红外探测器,认识了红外辐射的特性及其规律,证明了红外线与可见光具有相同的物理性质,遵守相同的规律。它们都是电磁波之一,具有波动性,其传播速度都是光速,波长是它们的特征参数并可以测量。20世纪初开始,测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱,证明了红外技术在物质分析中的价值。30年代,首次出现红外光谱代,以后,它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40年代初,光电型红外探测器问世,以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器,其性能优良、结构牢靠。50年代,半导体物理学的迅速发展,使光电型红外探测器得到新的推动。到60年代初期,对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内,固体物理、光学、电子学、精密机械和微型制冷器等方面的发展,使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。

从60年代中叶起,红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。1、在1～14微米范围内的探测器已从单元发展到多元,从多元发展到焦平面阵列。红外探测最早是用单元探测器,为了提高灵敏度和分辨率,后来发展为多元线列探测器。多元线列探测器先后扫过(串扫)同一目标时,它输出的信噪比可比单元探测器高n(开平方)倍,n为元数。如果多元线列探测器平行扫过(平扫)目标时,则可获得目标辐射的一维分布。以线列探测器为基础的红外探测系统,大都安装在飞机或卫星遥感平台上,平台的前进运动垂直于线列作为第二维时,就可得到目标辐射的分布图象。现在,红外探测器已从多元发展到焦平面阵列,响应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。红外热成像仪是一种最有发展前途的设备,代表着夜视器材的发展方向,它用焦平面阵列取代了光机扫描结构。目前,长波碲镉汞(HgCdTe)探测器面阵已达640×480元,焦平面阵列探测器的实验室水平已达256×256元,预计到2000年可达到百万元。2、红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。早期的红外探测器通常工作在近红外。随着红外技术的发展,红外探测器的工作波段已扩展到中红外和远红外,例如,美国国防高级研究计划局提出了一项超波谱地雷探测计划,目的是为了提供一种安全有效地探测地雷的方法。该计划采用空间调制成像傅里叶变换光谱仪,这是一种红外传感器,它已在直升机上进行了近、中波段的试验,下一步计划把工作波段延伸到远红外。远红外已经成为科学家们关注的重点。3、轻小型化。非制冷、集成式、大面阵红外探测器方向发展。采用低温制冷技术,是为了提高红外探测器件的灵敏度和输出信号的信噪比,使其具有良好的性能,但它也使红外探测器体积大、成本高。为了实现小型化,必须减少制冷设备和相关电源,因此,高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方向。如采用非制冷工作的红外焦平面阵列技术,不仅可使系统成本降低2个数量级,而且可以使体积、重量和功耗也将大大减少。此外,利用材料电子计算机和微电子方面的最新技术,可使红外探测器与具有一定数据处理能力的数据处理设备相结合,使其轻集成化、大面阵、焦平面化方向发展,以提高其性能,实现对室温目标的探测。4、红外探测系统从单波段向多波段发展。正如前面所述:在大气环境中,目标的红外辐射只能在1～3、3～5和8～13微米三个大气窗口内才能有效地传输。如果一个红外探测系统能在两个或多个波段上获取目标信息,那么这个系统就可更精确、更可靠地获取更多的目标信息,提高对目标的探测效果,降低预警系统的虚警概率,提高系统的搜索和分总性能,适用更多的应用需求,更好地满足各军兵种的需要。目前,多波段的红外探测系统已经研制成功,如法国和瑞典联合研制的“博纳斯”末敏子弹药,就采用了多波段红外探测系统探测目标。

在红外技术的发展中,需要特别指出的是:60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展,很多重要的激光器件都在红外波段,其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术,使雷达和通信都可以在红外波段实现,并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前,红外技术仅仅能探测非相干红外辐射,外差接收技术用于红外探测,使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外,由于这类应用的需要,促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式,推动红外技术向更先进的方向发展。

光电探测技术篇5

关键词：珠宝 检测工作 检测技术

随着科学技术不断的发展，一些人工宝石和合成宝石逐渐走进大众的视野，并成为日常生活中不可或缺的装饰品。这些人造合成宝石的问世，在满足一般消费者对宝石需求的同时，也给珠宝鉴定工作带来了诸多麻烦。经过人工处理的宝石，其表面和内部特征与天然形成的宝石相差无几，用传统的宝石鉴定方法已经无法满足珠宝鉴定需求，X射线探伤技术、红外光谱技术、电子探针技术、阴极发光技术和扫描电子显微镜技术的出现和广泛应用，为现代化珠宝检测工作创造了条件。

一、X射线探伤技术

1. X射线探伤技术原理

X射线探伤技术作为无损技术的一种，其是利用射线穿过物质并通过衰减来实现检测的技术。当强度均匀的射线束透过物体时，物体局部区域存在不同物质和不同物体结构对射线的衰减程度各不相同，从而使物质物体内部气泡、裂缝、杂质和断层等缺陷显示在底片或荧光屏上并成影像，这样再利用一定的检测器检测透射射线强度，便可以用来判断物体内部的缺陷和物质分布状况。

X射线穿过物质时会对物质产生影响，其中的一部分光子可能从物质的原子间隙中穿过，不发生任何作用，另一部分光子与物质中原子的轨道电子或原子核发生作用被物质吸收，或使射线方向发生改变，在这里可以将物质与射线发生的作用称为X射线与物质的相互作用。

X射线与物质相互作用时会产生四种形式，即光电效应、汤姆逊效应、康普顿效应和电子对效应，而这四种效应效率大小一般由光子能量和物质原子数量来决定。其中光电效应、散射效应、电子对效应三种效应在X射线探伤应用中应用比较广，但若就其灵敏度而言，光电效应和电子对效应可以有效的提高探伤灵敏度，这两种效应凭借其优势即便在低电压或是变电压强条件下，也能获得高清晰度照相底片。在这里应该注意的是散射效应可能会使照片产生灰雾现象，X射线探伤应用过程中应尽量避免产生此效应。

2.X射线探伤技术在珠宝检测中的应用

（1）优势

X射线探伤技术优势一是体积小、重量轻，体积为（300×195×110）mm3，重量在5kg以下；二是安全性好，X射线探伤技术因采取屏蔽措施，实际应用过程中不需要专门的实验室，一般场合下可以操作和使用，且对人体无任何伤害；操作简单，使用时只需要几秒钟且一般人都可以操作。

（2）X射线探伤技术在珠宝中的应用

X射线探伤技术凭借上述优势在珠宝检测中应用效果相对较好，用这种技术鉴定钻石与钻石仿制品时，只需将被测物放置在X光照下几秒后，便可直接、快速、准确的鉴别出钻石的真伪。当被测物置于光照条件下，发出白垩状荧光，即为真钻石，反之则为钻石纺织品；鉴别红宝石与人造红宝石真伪时，只需将被测物放置在X射线下，如果发出的是红色荧光，则为天然红宝石，如果发出鲜艳的红色荧光且有几秒钟的荧光，则为人造宝石；鉴别天然珍珠和人工养殖珍珠时，将被测物放置在X射线下照射，暗淡不明，待视力适应方能看出，而人工养殖的珍珠由于珠母中含有锰元素，在X射线照射下，其荧光来源于珠内会呈现出淡黄色。此外，X射线探伤技术还能以不同矿物质在X射线下发出不同颜色的荧光鉴别翡翠、晶石等其他珠宝。

二、红外光谱技术

1.红外光谱技术原理

红外光谱技术也称红外光谱，其波长范围为0.78μm～1000μm，波数范围为12820～10cm-1。红外光谱原理是当有一束连续波长红外光经过物质时，物质分子中的某个基团的振动频率或转动频率会与红外光频率保持一致，并将分子吸收的能量从原来的基态阵动能级跃迁至能量较高的振动能级，分子吸收红外辐射后发生振动，是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和界别化合物的分析方法。

2.红外光谱在珠宝鉴别中的应用

（1）在祖母绿中的应用

利用红外光谱对祖母绿真伪进行检测时，可以通过红外光谱分析祖母绿中的结构水及其类型、CO2等成分，以此鉴定出合成祖母绿和天然祖母绿。具体来说，当波数为2400cm-1～2500 cm-1时，会出现吸收光谱，在天然祖母绿范围内，属于天然祖母绿；当波数为3000 cm-1～4000cm-1时为祖母绿水分子红外吸收光谱，属于水分子红外，这时没有吸收峰，而溶剂合成的祖母绿如此，可判定其为溶剂合成祖母绿；热液合成的祖母绿波数约为3500cm-1，这时水分子出现红外吸收谱峰，为热液合成祖母绿。

（3）在黄晶石中的应用

用红外光谱区分天然黄晶石和合成黄晶石，可以根据晶石的红外吸收峰来区别，用红外光谱进行检测时能见到微弱的红外吸收峰，即为天然黄晶石，反之则为合成黄晶石。

三、电子探针技术

1.电子探针技术原理

电子探针技术是利用微小的电子束与样品相互作用后产生的特征X射线，对被测物的成分进行定量和定性分析。实际应用中可以利用特征X射线强度来确定被测样品中所含元素种类强度并对含量进行分析。

2.电子探针技术在珠宝鉴别中的应用

正常情况下，消费者很难对天然宝石与人工宝石进行准确的区分，但从其物理、化学性质来看，二者受生长环境的影响，其化学性质仍存在着一定的不同，特别是在微量元素方面，利用电子探针可以较容易的区分天然宝石和合成宝石的不同。如采用此种方法对天然红宝石和合成宝石鉴别时，如果发现被测物有含针状金红宝石包体，即为天然红宝石，反之则为合成红宝石。

四、阴极发光技术和扫描电子显微镜技术

阴极发光技术在实际应用过程中，需要将珠宝置于真空室内，利用电子束激发可见光，根据光的强弱或颜色的强弱及颜色分布来判断和区分某些宝石的性质，并以此区分天然宝石和合成宝石；扫描电子显微镜技术较其他技术分辨率高，可以将被测物放大很多倍并呈现较大图形显示在屏幕上，根据屏幕上显示的图像和具体数据来判断宝石真伪。实际使用过程中其原理是利用一束聚焦电子束轰击样品表面，入射电子束将在样品表面下层范围内运动并激发出二次电子、背散射电子、特征X射线等电子信息。将这种技术应用在宝石鉴定中，能在不损坏宝石的前提下，对被测物表面微形貌、化学成分进行分析，再利用扫描镜便可较容易地将宝石上面微细裂纹和缺陷等图像清晰显示在屏幕上，鉴定者可以此为依据判断天然宝石和合成宝石。

结束语：

珠宝与普通饰品相比，其自身价值相对较高，而能利用专业知识和工具正确识别珠宝真伪的人却很少，一些不法分子利用这一点常常以次充好赚取高额利润，这对消费者和对珠宝市场都是十分不利的。随着珠宝鉴定工作不断的发展，对珠宝检测技术要求越来越高，现有的技术只能满足时下珠宝鉴定需求，还需要在现有珠宝检测技术基础上，研究出更多简洁、方便、清晰、安全的珠宝鉴定新技术。

参考文献：

[1]李建军.珠宝检测机构对翡翠年代的判断力[J]收藏界.2012（02）.

[2]涂小琴.面向珠宝检测领域软件体系结构的研究与设计[D].昆明理工大学2011.（02）.

[3]代友平.浅议珠宝检测中现代测试技术的应用[J].中国新技术产品.2013（03）.

[4]刘衔宇.USB4000光纤光谱仪在珠宝检测评估中的应用[J].中国宝石.2009（02）.

光电探测技术篇6

关键词：光电子技术基础；理论教学；实验教学；

一、引言

2013年安庆师范学院物理与电气工程学院为适应学校筹建多科性大学的需要，开设了光电信息科学与技术专业。针对光电专业特点，安庆师范学院在2015年新开设了光电子技术基础课程。光电子技术是研究光与物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，主要应用于信息领域包括光通信系统、光纤传感、光电显示以及光存储，医疗，生物科学，激光加工和军事等领域。我国已经形成了发展潜力巨大的光电子产业，掌握光电子技术有助于提升光电专业学生的专业素质和就业竞争力。针对课程特点，我们对该课程的理论课教学做了初步的研究并根据课程特点开设了配套实验课，取得了良好的教学效果。

二、理论教学

第一，课程设置。根据学校对专业的定位，为了能够培养出社会应用型人才，我们选择安毓英主编的《光电子技术》作为主要参考教材，主要介绍光电子领域中光源、光辐射的传播、光束的调制和光探测等关键技术的基本原理和应用实例。针对课程特点重点介绍光电子技术的实际应用，有必要跟踪反映国内外的一些新技术和新设备的动态，充分拓展学生的视野和知识面[1]。对于基础原理的把握需要学生学习一些先修课程，包括激光原理与技术、电磁场与电磁波、半导体物理学以及物理光学等。有了这些基础知识储备，在教学过程中可以将更多的课时放在光电子器件及其发展的介绍上，通过这一门课程的学习真正培养学生的职业能力和专业素质。

第二，教学方法多样性。我们在教学中采取多种教学方法并存的教学模式。结合传统板书教学，充分利用多媒体教学的优势[2]。首先，内容引入。在每一章内容的开始，通过剪辑一段与章节内容相关的视频或者图片集播放展示，用比较直观的方式让学生了解接下来这一章他们将要学习的内容，给学生留下思考题，让他们带着问题开始接下来的学习，激发学生的学习兴趣。其次，建立联系。根据“光电子技术基础”课程偏应用型的特点，通过联想法将课本学习内容与现实生活联系起来，使教学内容深入浅出。比如介绍光通信系统，就可以联想到学生常用的手机，通过介绍手机实现通话的过程：包括信号调制、信号传输、信号接收和信号解调等，涵盖了光电子技术在通信领域应用的多个模块；在讲光敏电阻时可以联系城市里根据亮度自动开关的路灯。通过这些生活中的实例，激发学生的求知欲。最后，反转课堂。加强学生的课堂互动，开设学生讲堂。将学生分成若干小组，3-5人一组。老师讲授基本原理后，布置课后任务，每组分别就一个课题准备10分钟左右的PPT。每一次课最后留15分钟时间让学生展示他们搜集到的资料以及对学习内容的理解。并采取学生互评和老师评价相结合的模式打分，成绩计入平时成绩。

三、配套实验教学

第一，基础实验。针对课程特点，我们引入了配套实验，使所学理论知识与实验有机结合，提高教学效果[3]。光电子技术基础课程教学中，关于光调制和光探测技术的内容介绍了多种调制原理以及探测器件，在学习完相关理论知识后，我们开设相应的配套实验课程。包括电光调制、声光调制和磁光调制的原理演示实验。以及包含多种探测原件的光电探测器特性测试实验平台，该平台涉及的光电探测器包括光敏电阻、光电二极管、APD光电二极管、PIN光电二极管、光电三级管、硅光电池等，涵盖了几乎所有类型的光电探测器。学生可以测试这些探测器的短路电流、开路电压、伏安特性、光电特性、频率响应特性、光谱特性和灵敏度等相关特性，并综合对比不同类别的探测器性能，帮助学生理解如何根据不同场合选用不同的探测器。理论与实验的结合使学生既可以根据所学原理知识自己动手做实验增强动手能力，又可以通过观察实验现象对所学理论知识有更直观的理解，加深对基本原理的掌握。

第二，创新实验。除了传统的验证式本科实验教学，我院还引进了光电技术创新实训平台。提供多种光电器件的应用模块、设计模块、各种数字表头以及设计中所需要的电子元器件，并配备有各种电源接口。学生可以根据提供的实验模块开展各种实验，充分展示自己的创新思维，将所掌握的光电器件真正应用到实际生活中。包括光敏电阻光控开关、热释电报警器和硅光电池光照度计等二十余种光电仪器的设计，都可以通过该实训平成。通过实验教学，极大地提高了学生的动手能力及创新意识，为社会培养出具备实际应用能力的高素质人才，最终达到服务社会的目的。

四、考核方式

根据课程安排特点，学生的最终考核成绩以平时成绩、实验成绩和期末考试成绩相结合。其中，平时成绩占20%（包括考勤、作业和学生讲堂），考试卷面成绩占50%，实验成绩占30%，综合考察学生的学习态度、自学能力、接受新知识的能力和实验创新能力。通过实际教学验证，这种理论与实验相结合的教学方式取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]罗敏.“光电子技术基础原理”教学方法探讨[J].求知导刊2014(10)

[2]于雪莲，顾国华.《光电子技术》教学方法的探讨[J].高教论坛2009(9)

[3]吴花.光电子技术实验教学研究[J].时代教育2014(23)

光电探测技术篇7

关键词 多学科 跨大学科平台 研究生培养

在我国研究生规模化教育的背景下，提高研究生教育质量，培养高层次创新人才是深化研究生教育改革的核心问题。当今，不同学科的交叉融合成为优势学科的发展点、新兴学科的生长点、重大创新的突破点，同时也是人才培养的制高点。构建跨大学科的科研平台，探索跨学科研究生培养新模式成为解决高层次创新型人才培养核心问题的重要途径。

1.跨大学科的科研平台构建的必要性

随着研究生招生规模持续增长和研究生培养的多样化发展，跨学科、跨专业研究生的培养质量和创新能力成为高校关注的重要问题，而科研平台是支撑学科建设、布局研究领域、整合科技资源、聚集科研人才、争取重大项目、培育重大成果、促进合作交流的基础，也是高层次人才培养的关键，科研平台水平是高校教学、科学研究、人才培养、学科建设和管理水平的重要标志。围绕着创新能力提升、高层次人才培养的核心任务，进行科研平台的整体谋划和布局调整，以跨学科大平台的概念进行平台构建成为必要。重庆邮电大学适时进行了科研大平台的谋篇布局和规划发展，其中光电科研大平台是跨学科大平台中的典型实例。

2.工理结合的光电科研大平台

光电科研大平台包括中央与地方共建光电器件及系统科研和能力提升平台、微电子工程重点实验室、中地共建光信息材料实验室、中地共建射频技术平台，其整体统一在光电信息感测与传输技术重庆市科委重点实验室下，是整合光电工程学院、数理学院等多个学院的科研能力，共同构成的覆盖光电产业链上中下游的光电科研大平台，平台示意图如图1所示。平台支撑电子科学技术、光学工程、理论物理、生物医学工程等多学科的发展，并对信息与通信工程、控制科学与工程等学科的形成有力辐射。大平台学科涉及面广，学科交叉明显，为跨学科的应用型、复合型、创新型高层次人才提供了支撑。

3.光电科研大平台的研究生培养方向与内容

本跨学科科研平台主要在光电感测材料、光电感测器件与技术、光电信息传输体制与系统三个方向进行研究和高层次人才培养。三个方向彼此关系密切，有机结合，支撑了电子科学技术、光学工程、理论物理、生物医学工程等多学科的发展和高层次人才培养。

①光电信息材料的理论与技术

光电信息理论与技术体系的形成是光电感测技术应用的重要支撑，是发展新兴战略性产业的物质基础和技术关键。关于光电信息材料的理论与技术的研究近年来在国际国内都十分活跃。本研究方向以信息技术领域的新型功能材料为主要研究对象，以材料的计算机模拟、设计和仿真为主要研究方法，为新型光电信息材料，特别是新型光电传感材料的研发和改进提供理论指导，并在光电功能转化、光纤放大器、生物荧光探针等技术方面进行探索。本方向的研究能够有力支持理论物理专业、电子科学与技术中物理电子学专业的研究生培养。

②光电感测技术与器件

本方向主要对光电感测机理与技术、光电感测器件的设计与工艺技术进行研发。在光电感测机理方面，在光电信息材料理论与技术研究的基础上，针对位移、振动、角速率、光谱、光热、气体痕量分析、生命体征信息等感测对象，对其感测机理进行探索，对惯性传感、光纤传感、温度传感、光敏传感、气敏传感以及MEMS传感等单元感测技术进行探讨，对感知器件及系统的设计提出新的方案。在光电感测器件的设计与工艺技术方面，根据光电器件的基础理论及关键工艺技术，结合感测信息对象的需求，开展MOEMS传感器、角速率传感器、振动传感器、温度传感器、气敏传感器等器件及系统的设计与加工工艺技术研究，以此为基础，研究感测片上微系统、光电混合微系统集成等工艺，为光电信息的传输与系统设计提供依托。本方向是电子科学与技术、光学工程研究生培养的重要方面。

③光电信息传输体制与系统

光电信息传输的目的是将光电器件感知检测到的信息传送至上层应用，是感知层与应用层之间的连接纽带，负责总体数据传输和数据控制，提供传输连接服务和数据传输服务。在研究方向一光电材料理论探索和研究方向二光电感测器件设计的支撑下，结合国内外的技术发展和技术趋势，本研究方向重点面向智慧医疗应用，主要攻克体征信号处理、信息传输体制与标准、微系统结构与应用集成等方面的技术难题，形成智慧医疗与健康信息服务领域完整的自主知识产权，形成基于光电感测与传输的共性技术体系，为光电技术的工程化应用提供支撑。本方向是电子科学与技术、生物医学工程、通信与信息工程研究生培养重要依托。

4.基于跨学科科研大平台的研究生培养导师团队建设

学校在研究生培养过程中长期坚持导师团队的管理方式。基于跨学科科研大平台的研究生培养首先必须构建具备多学科学术背景、学术经历和研究领域的教学科研团队。在光电大平台基础上，所涉学院密切合作，形成了一支高素质的学缘结构、学历结构、学科结构合理的导师团队。团队拥有研究生导师30余名，重庆市学术技术带头人1名，重庆市巴渝学者1名，拥有智慧医疗系统与核心技术重庆高校创新团队，同时集成电路设计团队获得中国侨界创新团队贡献奖。团队具有指导电子科学与技术、光学工程、理论物理、生物信息工程、信息与通信工程等多学科研究生的多年经验，为跨学科研究生师生团队培养模式的具体实施提供了人才保障。

5.人才培养成效

近5年来，本平台在其他高校挂靠招收博士研究生3人，授予博士学位人数2人。累计招收硕士研究生已达到600余人，授予硕士学位人数超过400人，有20余名硕士生获得重庆市优秀硕士学位论文。在“挑战杯”等科技竞赛中上百人次获奖。同时，注重研究生创新实践能力的培养和提高，健全了研究生培养保障体系和质量监控制度，保障了人才培养的质量。

参考文献：

[1]嵇英华.基于科研平台的研究生科研创新能力评价指标研究[J].中国电力教育，2013，（8）.

光电探测技术篇8

【关键词】 通信光缆 险情预警技术 抗毁能力

一、光时域反射（OTDR）技术

OTDR技术通过监测光纤中后向瑞利散射和菲涅尔散射的光强度，可以测量光信号的衰减，从而定位故障节点。其基本原理是：外界扰动导致光缆发生振动、位移时，光纤中瑞利散射和菲涅尔散射的光相位会发生变化，并最终引起光强度的变化。通过光电转换，可以对光强度变化进行数字分析和模式识别，从而判断有无故障险情发生。

目前，基于OTDR的险情预警主流技术有四种，主要区别在分析识别的模式上：

1.单向OTDR技术。即在单端对光纤进行监测，连续显示整个光纤线路相对于距离的损耗变化。此种方式适用于光纤发生错误、弯曲和损失的情形，布置简单，测试距离受限于测试仪表的动态范围，无法用于长距离光缆线路的监测；

2.双向OTDR技术。即从光缆线路的两端分别进行测量，得到两条后向散射曲线，然后将两条后向散射曲线拟合为一条双向测试曲线来监测光缆的性能。该方式弥补了单向OTDR因光纤衰减对测量的影响，可实现对长距离光缆线路的预警监测。

3.偏振光时域反射（POTDR）技术。利用光的偏振对微弯和应力等异常敏感这一特性，实现光缆险情预警。当传感光纤收到振动时，该点的瑞利散射光信号输出的两正交偏振光信号的偏振态信息发生变化，经光电转换后形成光强差，通过观察光强差的变化，判断光缆线路是否出现险情。这一方式的灵敏度比OTDR高，适合对较窄光脉冲及较低损耗时光缆的监测。

4.相干光时域反射技术（COTDR）。将一定频率的探测光注入传感光纤，由于光纤本身的不均匀性，光脉冲在光纤各点都会产生后向散射光并回到注入端。利用相干检测技术良好的光频选择特性，提取微弱的后向散射光信号，以检测光缆的工作状态。由于测量光源为单频窄线宽的激光光源，对波长无特殊限制，抗干扰能力强，因此特别适用于对由多个EDFA中继级联而成的长距离海底光缆的监测。

二、光纤光栅技术

光纤光栅技术利用光栅中心波长应对外界变化情况判读光缆是否遭遇险情。将用于制作多个布拉格光栅的传感光纤布置在光缆内，每个光栅的工作波长相互区隔，经耦合器或环形器取出反射光后，用波长探测解调系统监测出每个光栅的波长或波长偏移及空间信息，从而获得相应通道中每个布拉格光栅的扰动信息，通过对扰动信息的分析处理实现光缆险情预警。光纤光栅具有较强的抗干扰能力，对光波的波动、极化和传输损耗不敏感，但对外力和温度的变化反应灵敏，因此特别适合于对光纤外光缆压力、温度及由光缆表皮破裂等引起的指标异常的监测。光纤光栅传感器能够线性响应、易于集成且插入损耗小，能对重点区域进行监测，但不适合于对长距离、大范围险情的监测。

三、光纤干涉技术

选用两根备用光纤，在光纤的首尾两端接上相应的光纤耦合器、激光光源和光电探测器，构成Mach-Zehnder光纤干涉仪。当光脉冲激光器产生激光时，经首端光纤耦合器将单束光分成两束，分别送至传感臂和参考臂。传感臂用来感受信号，参考臂用来对传感臂的位相提供参考值，两束光经末端光纤耦合器被合成一束，形成一系列明暗相间的干涉条纹。光电探测器将光信号转换为电信号，经信号检测得到与相位相关的信号。

当光缆收到外界扰动时，其振动的变化会引起相位差的变化，包括由光纤轴向长度的变化所导致的光相位变化、光纤纤芯因受到振动波压力作用所导致的受力部分的折射率变化，以及纤芯受力时因直径发生变化而导致的波导归一化频率变化。

在正常状态下，自然应力会均匀地作用在光缆束管上，光纤受到的扰动是均匀的，其相差值不变。当遭遇拉动、切开等险情时，不规则的振动导致两束光的相对相位发生变化及干涉条纹移动，通过与光缆正常时干涉背景库的对比，可快速确定险情预警信息。

参 考 文 献

[1] 周鸿喜，刘军，姜辉，彭珍，钟剑财.通信光缆资源管理系统研究与开发[J]. 电力系统通信. 2011（06）

[2] 蒋同军，张甫东，李经纬.探讨电力通信光缆运行维护[J]. 科技展望. 2015（34）

[3] 罗立志.通信光缆线路维护的问题与对策探讨[J]. 时代金融. 2012（15）

[4] 朱纹汉.试析电力通信光缆线路常见故障与维护[J]. 中国新通信. 2016（02）

[5] 郑哲彬.刍议电力通信光缆的运行和维护[J]. 企业技术开发. 2015（06）