光电检测技术第四章ppt课件.ppt

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1、4.1光电探测器的偏置4.2光直接探测方法4.3光外差检测方法(相干检测)4.4弱光信号的探测第四章光电检测系统发光二极管产生多种颜色的光线，通过光导纤维传导到东方明珠球体的表面。在计算机控制下，可产生动态图案。上海东方明珠4.1光电探测器的偏置自生偏置（零偏置）不需要外加偏置电源，在光照下产生的光电流（电压）经过一定的耦合方式与前置放大器相连，以实现对信号的有效放大。外加偏置光电导探测器、光电发射探测器必须加一定的反偏电压才能正常工作。外加偏置电路的要求供给稳定的电流或电压对探测系统尽可能引入小的噪声最好的发挥光电探测器的功能外加偏置电

2、路的类型一般的直流偏置电路匹配偏置恒流偏置恒压偏置反偏偏置各类偏置电路的选择高阻探测器：采用具有较高偏流的非恒流偏置方式。低阻探测器：（1）噪声以非热噪声为主的（如散粒噪声、产生-复合噪声、1/f噪声等等），探测系统的信噪比与偏置电阻无关，即与偏置方式无关，输入端信号电压与输入端等效噪声电压按比例随匹配电阻Rb变化。（2）噪声以热噪声为主时，恒流偏置信噪比最大，恒压偏置信噪比最小，匹配偏置居中。光电检测系统4.2光直接探测方法光电检测系统分类主动系统/被动系统(按信息光源分)红外系统/可见光系统(按光源波长分)红外系统多用于军事,有大气窗

3、口,需要特种探测器可见光系统多用于民用点探测/面探测系统(按接受系统分)用单元探测器接受目标的总辐射功率用面接受元件测量目标的光强分布模拟系统/数字系统(按调制和信号处理方式分)直接检测/相干检测系统(按光波对信号的携带方式分)主动系统通过信息调制光源,或者光源发射的光受被测物体调制.返回被动系统光信号来自被测物体的自发辐射返回直接检测/相干检测直接检测:无论是相干或非相干光源，都是利用光源发射的光强携带信息。光电探测器直接把接受到的光强的变化转换为电信号的变化，然后，用解调电路检出所携带的信息。相干检测:利用光波的振幅、频率、相位携带信

4、息，而不是光强。因为用光波的相干原理，只能用相干光。类似于无线电外差检测，故又称光外差检测。直接检测的基本原理直接检测(非相干检测):都是利用光源发射的光强携带信息,直接把接受到的光强变化转换为电信号的变化。直接检测的基本特性光探测器的平方律特性光电流正比于光电场振幅的平方输出的电功率正比于入射光功率的平方信噪比：表征检测系统的灵敏度视场角:表征系统能“观察”到的空间范围通频带宽度:频带宽度越宽，通过信号的能量越大，系统的噪声功率也越大检测距离：是系统灵敏度的另外一种评价指标．返回光电检测系统的信噪比信噪比：与灵敏度相关误码率：“0”和“

5、1”出现错误的概率直接检测系统的基本工作原理将待测光信号直接入射到光探测器光敏面，光探测器响应于光辐射强度输出相应的电流或电压。光探测器的平方律特性光电流正比于光电场振幅的平方输出的电功率正比于入射光功率的平方系统的基本特性信噪比：表征检测系统的灵敏度（1）PS<>Pn时，检测距离：是系统灵敏度的另外一种评价指标，与发射和接收系统的大气特性以及目标的反射特性有关．直接检测系统的视场角表征系统能“观察”到的空间范围系统的视场角越大越好．但是增大检测器面积使系统的噪声增大；减小焦距使系统的相对孔径加大．系统的通频带宽度检

6、测系统要求Δf保持原有信号的调制信息．确定系统频带宽度的几种方法：等效矩形带宽频谱曲线下降３dB的带宽包含９０％能量的带宽频带宽度越宽，通过信号的能量越大，系统的噪声功率也越大．fS为信号光波，fL为本机振荡光波，这两束相干光入射到探测器表面进行混频，形成相干光场。经探测器变换后，输出信号中包含的差频信号，故又称相干探测。4.3光外差检测方法(相干检测)设入射到探测器上的信号光场为：本机振荡光场为：入射到探测器上的总光场为：基本原理；:　量子效率；　:光子能量；　:差频。式中第一、二项为余弦函数平方的平均值，等于1／2。第三项（和频项）是

7、余弦函数的平均值为零。而第四项（差频项）相对光频而言，频率要低得多。当差频低于光探测器的截止频率时，光探测器就有频率为的光电流输出。光探测器输出的光电流光外差检测的特性可获得全部信息：不仅可探测振幅和强度调制的光信号，还可探测频率调制及相位调制的光信号，即在光探测器输出电流中包含有信号光的振幅、频率和相位等全部信息；转换效率高：转换增益可高达１０７－１０８，对微弱信号的探测有利．光外差检测的特性差频信号是由具有恒定频率（近于单频）和恒定相位的相干光混频得到的，只有激光才能实现外差探测。良好的滤波性能取差频信号为信息处理器的通频带，可以过滤

8、频带外的杂散光；而直接探测中，所有的杂散光都被接收信噪比损失小检测灵敏度高例如：量子效率为１，Δf为１Hz，则外差检测的灵敏度极限为１个光子系统对探测器性能的要求光外差检测对探测器的要求比直接