光外差检测的条件1VIP专享VIP免费

第五章第五章相干探测方法相干探测方法相干探测又称为光外差探测，其探测原理与微波及无线电外差探测原理相似。相干探测与直接探测比较，它的灵敏度达到了量子噪声限，可探测单个光子，进行光子计数。相干探测在激光通信、雷达、测长、测速、测振、光谱学等方面应用广泛，显然，用相干探测方式探测目标或相干通信的作用距离比直接探测远得多。而相干光源——激光受大气湍流效应的影响严重，破坏了激光的相干性。因而目前远距离相干探测在大气中应用受到限制，但在外层空间特别是卫星之间，通信联系已达到实用阶段。直接探测系统（复习）直接探测系统（复习）光波携带信息可以采用多种形式，如光波的强度变化、频率变化、相位变化及偏振变化等。1.直接探测的基本物理过程所谓直接探测是将待检测的光信号直接入射到光探测器的光敏面上，由光探测器将光强信号直接转化为相应的电流或电压，根据不同系统的要求，再经后续电路处理（如放大、滤波或各种信号变换电路），最后获得有用的信号。信号光场tAEscos平均功率2/)(22AtEPs22PeeIPAhvhv光电探测器输出的光电流若光探测器的负载电阻为RL，则光探测器输出的电功率为：222PPLLeSIRPRhv上式表明：光电探测器的电功率正比于入射光功率的平方。光电探测器对光的响应特性包含两层含义：（1）光电流正比于光场振幅的平方，即光的强度。（2）光电流输出功率正比于入射光功率的平方。如果入射信号光为强度调制（IM）光，调制信号为d（t），则探测器的光电流为：1PeIPdthv2、直接探测系统的信噪比众所周知，任何系统都需一个重要指标——信噪比来衡量其质量的好坏，其灵敏度的高低与此密切相关。22222(/)()(/)(2)PPLSNLSSNNSNehRPPehRPPPP输出的噪声电功率功率光电探测器输出信号电噪声光功率信号光功率NPNSPSPP考虑到信号和噪声的独立性)2()/()/(2222NNSLPSLPPPPRheNPRheS输出功率的信噪比222212SNSPPPSNNSNPPPSSNNPPPPP讨论：（1）若Ps/PN<<1，则2NSPPPNS这说明输出信噪比等于输入信噪比的平方。由此可见，直接探测系统不适于输入信噪比小于1或者微弱光信号的探测。（2）若Ps/PN>>1，则NSPPPNS21这时输出信噪比等于输入信噪比的一半，即经光电转换后信噪比损失了3dB，在实际应用中还是可以接受的。直接探测方法不能改善输入信噪比，不适合探测微弱信号。但是这种方法比较简单，易于实现，可靠性高，成本较低。3、直接探测系统的探测极限及趋近方法如果考虑直接探测系统存在的所有噪声，则输出噪声总功率为：LNTNDNBNSPRiiiiN2222输出信号噪声比为222222(/)SPPPNSNBNDNTehPSSNNiiii（1）当热噪声是直接探测系统的主要噪声源，而其它噪声可以忽略时，我们就说直接探测系统受热噪声限制，这时的信噪比为224sPehvPSNkTfR热（2）当散粒噪声远大于热噪声时，热噪声可以忽略，则直接探测系统受散粒噪声限制，这时的信噪比为22222sPNSNBNDehvPSNiii散（3）当背景噪声是直接探测系统的主要噪声源，而其它噪声可以忽略时，我们就说直接探测系统受背景噪声限制，这时的信噪比为22222ssPBBehvPPSeNhvfPefPhv背扫描热探测系统的理论极限即由背景噪声极限所决定。（4）当入射的信号光波所引起的散粒噪声是直接探测系统的主要噪声源，而其它噪声可以忽略时，我们就说直接探测系统受信号噪声限制，这时的信噪比为2SPPSNhvf信直接探测在理论上的极限信噪比，也称直接探测器的量子极限（5）在量子极限下，直接探测系统理论上可测量的最小功率为信号量)/(2)(NSPfhNEPS直接探测器的理想状态，系统内部噪声都抑制到可以忽略的程度，但实际系统的视场不能是衍射极限对应的小视场，背景噪声不能为0，实际探测器总会用噪声，光探测器本身具有电阻以及负载电阻等都会产生热噪声和放大器噪声若＝1...