光电子学第四章.ppt

4.6 直接探测技术直接探测技术杨晓占杨晓占杨晓占杨晓占光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院定义：定义：探测器将入射功率直接转换成光电流并进行探测器将入射功率直接转换成光电流并进行测量的过程称为直接探测。测量的过程称为直接探测。将信号光直接入射到光电探测器的光敏面上，光电探测将信号光直接入射到光电探测器的光敏面上，光电探测器只响应入射光辐射的强度（或辐射通量）。无论光载器只响应入射光辐射的强度（或辐射通量）。无论光载波是相干光还是非相干光，其系统只能解调出由光强度波是相干光还是非相干光，其系统只能解调出由光强度调制所形成的信息，不涉及光辐射的相干性质，因而又调制所形成的信息，不涉及光辐射的相干性质，因而又称为非相干探测。称为非相干探测。红外波段微弱信号的探测红外波段微弱信号的探测直接探直接探测测系系统统的的结结构示意构示意图图直接探测的基本物理过程直接探测的基本物理过程光电探测器将信号光的光强变化转化为电压或电流的变化，光电探测器将信号光的光强变化转化为电压或电流的变化，再经后续电路处理（如滤波、放大或其他各种电学信号变换再经后续电路处理（如滤波、放大或其他各种电学信号变换等），从而获得有用的信号。等），从而获得有用的信号。1.环境辐射环境辐射讨论讨论黑体辐射对红外波段微弱信号的探测会产生严重黑体辐射对红外波段微弱信号的探测会产生严重影响，这种影响主要表现为两类不同形式的噪声影响，这种影响主要表现为两类不同形式的噪声背景的发射率或温度（是时间和空间的函数）背景的发射率或温度（是时间和空间的函数）1/f噪噪声；声；光子噪声：在其他噪声均得到抑制的情况下，此类噪光子噪声：在其他噪声均得到抑制的情况下，此类噪声决定了直接探测中可探测最小信号的极限。声决定了直接探测中可探测最小信号的极限。产生原因：辐射体玻色产生原因：辐射体玻色-爱因斯坦系统的起伏现象。爱因斯坦系统的起伏现象。2.直接探测中的噪声直接探测中的噪声噪声源包括：信号、背景、探测器产生的光子流噪声源包括：信号、背景、探测器产生的光子流1）信号噪声）信号噪声2）背景噪声）背景噪声3）探测器噪声）探测器噪声3.归一化探测率归一化探测率4.7 光相干探测技术光相干探测技术问题：直接探测受背景噪声的干扰十分严重问题：直接探测受背景噪声的干扰十分严重解决：相干探测（外差探测）解决：相干探测（外差探测）应用：无线电领域，应用：无线电领域，原因：无线电波的相干性好原因：无线电波的相干性好特性：灵敏度极高特性：灵敏度极高1.光相干探测原理光相干探测原理待测信号待测信号混频信号混频信号本本地地信信号号滤波片滤波片分束片分束片放大器放大器探测器探测器显示器显示器滤波片滤波片光相干探测原理示意图光相干探测原理示意图作业作业光电倍增管的工作基础、结构和工作原理。光电倍增管的工作基础、结构和工作原理。比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。及应用特点等方面的差异。总结选用光电探测器的一般原则。总结选用光电探测器的一般原则。