核心原理

 

电光转换：利用某些材料（如电光晶体）在电场作用下改变其光学性质（如折射率或吸收率）的特性。当被测电荷产生的电场作用于晶体时，会调制通过晶体的光强或相位。

 

光电探测：通过光电二极管、光电倍增管等器件将调制后的光信号转换为电信号，经放大后分析电荷量。

 

系统组成

 

电光调制单元：如锗酸铋（BGO）晶体，将电荷信号转换为光信号。

 

光学系统：包括光源（如激光）、光路（光纤/透镜）和偏振元件，用于传递和调制光。

 

光电探测器：将光信号转化为可测量的电流或电压。

 

信号处理电路：放大、滤波并计算电荷量，通常结合锁相放大技术提高信噪比。

 

应用场景

 

粒子物理：测量探测器（如闪烁体）中粒子电离产生的微弱电荷。

 

精密计量：校准电荷标准源或高阻器件的电荷泄漏。

 

生物医学：结合微电极阵列监测细胞电活动。

 

优势

 

高灵敏度：可检测皮库仑（10⁻¹²库仑）级电荷。

 

非接触测量：避免直接电连接干扰被测对象。

 

抗电磁干扰：光学传输路径天然隔离电磁噪声。

 

典型流程

 

电荷→电场→电光晶体光特性变化→调制光信号→光电转换→信号处理→电荷量输出。

 

例如，在辐射探测器中，高能粒子电离气体产生的电荷通过电光晶体调制激光强度，光电探测器输出信号幅度正比于原始电荷量，从而实现高精度测量。