光电成像第二章浅析.ppt

2.7 激光器的工作原理 激光（Laser） （Light Amplification by Stimulated Emission or Radiation） 波尔原子模型 原子中的电子能阶 * 激光器的工作原理 吸收光子，吸收能量 任意方向的自发辐射 受到一个正确光子能量 的受激发射 * 激光器的工作原理 除了合适的光子能量激发还需要2个条件 （1）粒子数反转 （2）亚稳态足够长时间 10-3 sec vs. 10-8 sec for example * 激光器的诞生 T.H. Maiman holding the first laser ( 1960 ) * March, 2014 红宝石激光器 E3，E4：短暂的激发态(~ 10-8秒) E2：长寿命(~ 3×10 -3秒)的亚稳态 E1：基态 电子很容易从E3、E4衰减到E2， 但不容易从E2到E1 * （1）E1泵浦到E3、E4 （2）E3，E4容易衰变到E2 （3）自发发射的光子触发E2到E1的受激发射，激光波长694.3 nm （4）脉冲激光（每闪几次） 激光的产生过程与特点 单方向，发散角度小，可制造远距离激光武器。 高密度，亮度、能量高，可制造远距离激光武器。 单频，单色。可用于精确测量。 * March, 2014 2.7.3激光器在光电子成像中应用 激光/微光选通夜视系统 激光扫描大屏幕 激光刻蚀机、激光打印机和激光视盘 * 激光/微光选通夜视系统 通过大电流驱动与控制，发射出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的目标物体。 红外线经物体反射后进入摄像机的长焦距镜头到光敏面上成像。这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像，即此时由超低照度摄像机可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。这种影像，再通过传输系统送到监控中心去记录与显示。 * March, 2014 激光扫描大屏幕 与普通光源发射的光相比,激光方向性强,单色性好,亮度高。用激光作为显示光源显示的画面具有色彩丰富,分辨率高,亮度高等特点。 * 激光刻蚀机 * 激光打印机 * March, 2014 激光视盘 * March, 2014 2.8辐射在大气中的传播 大气是指包围在地球外面的空气层。 大气圈是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。 有大气圈的google earth 没有大气圈的google earth 第2章 辐射源、目标及大气特性 辐射源电磁波谱 电磁波产生原因：“辐射”的本质是原子中电子的能级跃迁并交换能量的结果，低能级电子受到某种外界激发，可跃迁至高能级，当这些处于不稳定状态的受激电子落入较低能级时，就会以辐射的形式，向外传播能量。 * 辐射源电磁波谱 * * 2.3 辐射源特性 光谱特性：辐射源的辐射强度随波长的分布。辐射源可区分X射线、紫外光源、可见光源、红外辐射源和微波辐射源等。 * 线状光谱 带状光谱 连续光谱 2.3 辐射源特性 能量特性：能量的大小分别用辐射（光）功率（通量）、辐射强度、面辐射度和辐射亮度等参量来度量。 角度特性：辐射源强度沿空间的角度分布，它决定辐射源的发散特性。据此，可将辐射源分为点光源（如太阳、星体等）、朗伯辐射源（其强度分布遵守余弦定律，如荧光屏、电影银屏等）和激光光源（空间发散角极小）。 * 2.3.2 辐射源度量 * 2.4 辐射源分类 1. 热辐射： 绝对温度不为零且处于热平衡状态的任何物体均会向外辐射电磁波。 热辐射波为连续辐射能谱。 典型的热辐射源有绝对黑体、标准白炽灯、人体、军用目标、太阳、星体以及其他热力学温度不为零、且处于热平衡状态的任何物体。 * 辐射源分类 2、受激直接跃迁辐射：物质原子中的电子受到外来能量激发、跃迁至高能态，然后直接落入较低能态所产生的辐射，称为受激直接跃迁辐射。通常它们具有带状谱或线状谱。根据外来激发能量的形式，又可将这类辐射细分为下列8项。（光致分光、电致发光等）。 * 辐射源分类 3、受激间接跃迁辐射（激光）：靠外界泵浦源输入能量（例如泵浦激光），激发激光的物质中的电子跃迁至高能态，这些电子先落入一个叫“亚稳态”的能级上，并不断聚集，然后一起落入基态，辐射出一束强度很强的光。 * 2.5黑体辐射及其基本定律 任何有温度的物体都会不停的发射电磁波，同时也会吸收电磁波。 * 吸收入射能量与颜色、表面质地等等条件有关。 * 绝对黑体：完全吸收落于其上的电磁波。 在光电子学中，绝对黑体是热辐射源的典型代表，这是因为它既可以作为一种理想的标准辐射源，又能以严格的数学表达式予以描述。 黑体的吸收系数为1，发射系数也为1。 *