光外差檢測系統(tǒng)ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 03:53 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 子限是在理想光檢測器的理想條件下得到，實(shí)際中無法實(shí)現(xiàn)量子極限的。而對于光外差檢測，利用 足夠的本振光 是容易實(shí)現(xiàn)的。 總之， 檢測靈敏度高 是光外差檢測的突出優(yōu)點(diǎn)。 最小可檢測功率 — 內(nèi)增益型光電檢測器件 時(shí)的信號(hào)功率即 1?S NR為克服由信號(hào)光引起的噪聲以外的所有其他噪聲，從而獲得高的轉(zhuǎn)換增益， 增大本振光功率 是有利的。但本振光本身也引起散粒噪聲，本振功率越大，噪聲也越大，使檢測系統(tǒng)信噪比反而降低。因此，應(yīng)合理選擇本振光功率，以便得到 最佳信噪比和較大的中頻轉(zhuǎn)換增益 。 ? ? fh PS N R sp ?? ??14 光外差檢測系統(tǒng)對檢測器性能的要求 外差檢測系統(tǒng)對檢測器要求一般比直接檢測對檢測器的要求高得多，主要如下： 1. 響應(yīng)頻帶寬 。主要是因?yàn)椴捎枚嗥绽疹l移特性進(jìn)行目標(biāo)檢測時(shí)，頻移的變化范圍寬，要求檢測器的響應(yīng)范圍要寬，甚至達(dá)上千兆 Hz。 2. 均勻性好 。外差檢測中檢測器即為混頻器，在檢測器光敏面上信號(hào)光束和本振蕩光束發(fā)生相干產(chǎn)生差頻信號(hào)，為達(dá)到在光敏面不同區(qū)域相同的外差效果，要求檢測器的光電性能在整光敏面上都是一致。特別是跟蹤系統(tǒng)的四象限列陣檢測器。 3. 工作溫度高 。在實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)，工作溫度無嚴(yán)格要求。如果在室外或空間應(yīng)用時(shí)，要求選工作溫度高的檢測器。如HgCdTe紅外檢測器件。 (P140 表 62) 15 影響光外差檢測靈敏度的因素 在本節(jié)內(nèi)容中，只考慮光外差檢測的空間條件和頻率條件對靈敏度的影響及改善方法。其它因素可參閱書籍。 光外差檢測的空間條件（空間調(diào)準(zhǔn)） 放大器探測器sf信號(hào)光束 Ls ff?光束本振 Lf光外差檢測原理示意圖 分光鏡 可變光闌光頻混? ? ? ? ? ?? ?sLsLLsC tAAti ????? ???? co s 信號(hào)光和本振光的 波前 在光檢測器光敏面上保持 相同的相位關(guān)系 ，才得式： 實(shí)質(zhì)上，由于光的波長比光檢測器面積小很多，混頻作用是在一個(gè)個(gè)小面積元上產(chǎn)生的，即總的中頻電流是每個(gè)小微分面元所 產(chǎn)生的微分電流之和，顯然要使中頻電流達(dá)到最大，這些微分中頻電流要保持恒定的相位關(guān)系。即要求信號(hào)光和本振光的 波前是重合 的。即是說必須保持信號(hào)光和本振光在 空間 上的 角準(zhǔn)直 。 下面就考慮一下信號(hào)光與本振光皆為平面波時(shí)，波前不重合時(shí)對光外差檢測的影響。 16 設(shè)信號(hào)光束和本振光束之間夾角為 θ，且信號(hào)光束的波陣面平行于光敏面時(shí)，如圖。 光外差檢測的空間條件（空間調(diào)準(zhǔn)） ?xz 信號(hào)本振檢測器l設(shè)信號(hào)光束和本振光束的光場為： ? ? ? ? ? ? ? ?LLss tjLLtjss eAtfeAtf ???? ?? ?? ,那么本振光束到達(dá)光敏面時(shí)，在不同點(diǎn) x處有不同的波前，即不同的相位差 。相位差等于光程差和波數(shù)之積。即： ??xxL????? ??? s in2式中， ???? s in2L? ，并認(rèn)為折射率 n=1。 于是本振光波可表示為： ? ? ? ?? ?xtjAtf LLLL ??? ??? e x p則檢測器上 x點(diǎn)的響應(yīng)電流為 ? ?? ?dxxtAAdi LscLs ????? ???? co s17 則整個(gè)光敏面總響應(yīng)電流為 光外差檢測的空間條件（空間調(diào)準(zhǔn)） ? ?? ? ? ?? ??????? ??????? ?22s i nco sco sllLscLsA LscLs tAAdxxtAAid???????????12sin2?ll??從式中可知，當(dāng) 時(shí)， 即 時(shí)，中頻電流 i最大。 22sin ll ?? ?即可得外差檢測的 空間相位條件 為： ???? sin2L?lL??? ??s in即： lL??? a r c s in??顯然：波長愈短或口徑愈大，要求相位差角 θ愈小，愈難滿足外差檢測的要求。 說明紅外光比可見光更易實(shí)現(xiàn)光外差檢測。 例：本振光波長為 1微米，檢測器光敏面長度為 1mm，則θ（ ）。 實(shí)驗(yàn)證實(shí)，穩(wěn)頻的 CO2激光器做外差檢測實(shí)驗(yàn)，當(dāng) θ，才能看到清晰的差頻信號(hào)。
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