空间光网络技术-习题及答案ch06空间激光接收检测方法.docx

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1、第六章空间激光接收检测方法1 .简述2种主要的光电探测方式的原理？一种基本工作原理是光电敏感效应原理。在光电传感器中，我们常常使用光敏器件来 感受和转换光信号。光敏器件是一种能够将光信号转化为电信号的电子器件。它包括光敏电 阻、光敏二极管、光敏三极管等。当光信号照射到光敏器件上时，器件内部的光敏材料会发 生光电效应，产生电流或电压信号。通过测量这个信号的强度和变化，我们就可以获得光信 号的相关信息。另一种基本工作原理是光电反射原理。在一些特殊的应用中，我们需要根据物体的反 射光来进行光电检测。这时，我们使用光电传感器中的光源和光敏器件来实现对物体反射光 的检测。光源会发射一束光，当物体处于光源

2、的照射范围内时，它会反射部分光到光敏器件 上。光敏器件会感应到这个反射光，并将其转化为电信号。通过对这个电信号的测量和分析， 我们可以得到物体的特征和状态信息。2 .光电探测器类型有哪些?简要分析典型光电探测器的工作原理。1、光导型：又称光敏电阻。入射光子激发均匀半导体中的价带电子越过禁带进入导带并在价带留下空穴, 引起电导增加，为本征光电导。从禁带中的杂质能级也可激发光生载流子进入导带或价带，为杂质光 电导。截止波长由杂质电离能决定。量子效率低于本征光导，而且要求更低的工作温度。2、光伏型：主要是p-n结的光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空 穴对。存在的结电场使

3、空穴进入p区，电子进入n区，两部分出现电位差。外电路就有电压或电流信 号。与光导探测器比较，光伏探测器背影限探测率大于40%；不需要外加偏置电场和负载电阻，不 消耗功率，有高的阻抗。这些特性给制备和使用焦平面阵列带来很大好处。3、光发射一Schottky势垒探测器：金属和半导体接触,典型的有PtSi/Si结构，形成Schottky势垒,红外光子透过Si层为PtSi 吸收，电子获得能量跃上Fermi能级，留下空穴越过势垒进入Si衬底，PtSi层的电子被收集，完成红 外探测。充分利用Si集成技术，便于制作，具有成本低、均匀性好等优势，可做成大规模1024x1024 甚至更大、焦平面阵列来弥补量子效

4、率低的缺陷。有严格的低温要求。用这类探测器，国内外已生产 出具有像质良好的热像仪。PtSi/Si结构FPA是早制成的IRFPAo4、量子阱探测器QWIP：将两种半导体材料A和B用人工方法薄层交替生长形成超晶格，在其界面，能带有突变。 电子和空穴被限制在低势能阱A层内，能量量子化，称为量子阱。利用量子阱中能级电子跃迁原理可 以做红外探测器。90年代以来发展很快，已有512x512、640x480规模的QWIPGaAs/AIGaAs焦平面制 成相应的热像仪诞生。因为入射辐射中只有垂直于超晶格生长面的电极化矢量起作用，光子利用率低; 量子阱中基态电子浓度受掺杂限制，量子效率不高；响应光谱区窄；低温要

5、求苛刻。人们正深入研究 努力加以改进，可望与硫镉汞探测器一争高低。3 .简述分析Gamma-Gamma衰落下航空平台激光通信链路性能。略。4 .光锁相环的工作原理?简述典型光锁相环的特点。光学锁相环(optical phase lock loop)是一种通过信号相位反馈控制激光器输出信号频 率的系统，使从激光器跟踪主激光器的频率，与主激光器频率的变化保持一致，从而实现恒 定的输出信号频率差。(1)良好的窄带特性:当环路处于锁定状态时，鉴相器输出的误差电压 Ud(t)是一个能顺利通过环路滤波器的直流电压，如果此时输入信号中有干扰成分，则干扰 信号与VCO的输出信号在鉴相器PD中比较所形成的误养电

6、压受到环路演波器的抑制(外干低 通的通频带外)，于是VCO的输出信号中的干扰成分大为减少，此时环路相当于一个滤除噪 声的高频窄带滤波器，其通频带可以做得很窄，如在几十兆赫兹至几百兆赫兹的中心频率上 实现几赫兹至几十赫兹的窄带波。这种窄带浪派特性是LC, RC、石英晶体等滤波器很难达 到的。锁定后没有频差：在环路处于锁定状态时，环路的输出信号和输入信号的频率相等，没 有剩余频差，只有剩余相位差。它比AFC系统更好地实现了频率控制，因而在自动频率控制、 频率合等技术方面获得了广泛的应用。自动跟踪特性:一个已经处于锁定状态的环路，当输入信号的频率稍有变化时，VC0的频 率立即发生相应的变化，使输出频

7、率与输入频率接近并最终达到相等。有时环路虽未达到锁 定状态，经过自身的调节作用可以捕捉到输入信号并最终锁定.易于集成化:组成锁相环路的基本部件都易于采用集成电路，随着集成技术的发展，整人 环路包括一些放大元件、控制元件等均可集成在1块芯片上，目前常用的主要有L562,L565, L564, CD4046等集成锁相环。集成化可以减小设备体积、降低成本、提高设备的可靠性和 稳定性，大大提高整机性能。5 .在空间光通信的接收检测方法中，强度调制直接检测和相位调制相于检测的 区别及应用场景。与强度调制一直接检测系统不同，相干光纤通新系统在光接收机中增加了外差或零差接收所 需的本地振荡光源，这光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条 件下,进行光电混频。混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比,从中可 选出本振光波与信号光波的差频信号。由于该差频信号的变化规律与信号光波的变化规律相 同,而不像直接检波通信方式那样.检测电流只反映光波的强度，因而,可以实现幅度、频率、 相位和偏振等各种调制方式。