光波的探測與解調(diào)

1、光波的探測與解調(diào)第1頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一按光電相互作用分類按響應區(qū)域分類探測機理及其分類第2頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光電效應內(nèi)光電效應：光電導器件紅限光電流響應速度特點：必須施加電壓才能工作第3頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一內(nèi)光電效應（續(xù)）光伏效應載流子的激發(fā)光子載流子的分離內(nèi)建電場光電流：第4頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一內(nèi)光電效應（續(xù)）光伏器件的電流電壓特性（5-5）對應的工作模式及其特點：開路、短路、正偏、反偏。第5頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期

2、一內(nèi)光電效應（續(xù)）其他光伏器件及其特性：PIN光電二極管頻響高、暗電流小，常用APD（雪崩光電二極管）增益高、對偏壓和溫度敏感穩(wěn)定增益的方法肖特基勢壘光電二極管響應速度快，紫外特性好第6頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一外光電效應特點：載流子離開材料表面電子的動能：常見的幾種器件：真空光電二極管（電流容量大、可以有一定的增益）光電倍增管靈敏度高、一般要冷卻才能工作、對偏壓和溫度非常敏感、注意避光保存第7頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一探測器中的噪聲意義：探測器位于接收系統(tǒng)的第一級，其噪聲水平直接影響到系統(tǒng)的性能。半導體中的噪聲熱噪聲G-R噪聲：與器

3、件的制作工藝有關(guān)發(fā)射噪聲低頻噪聲第8頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一探測器中的噪聲（續(xù)）外光電效應中的噪聲發(fā)射噪聲暗電流噪聲倍增噪聲：光電倍增管各個倍增極的增益有一定的起伏第9頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一探測器中的噪聲（續(xù)）光電探測器中的噪聲分布第10頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光電探測器的特性指標光譜響應響應范圍峰值響應響應度R探測器輸出與輸入光功率的比值單位一般為該值是直流狀態(tài)下、峰值波長時的測試值第11頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光電探測器的特性指標（續(xù)）等效噪聲功率（NEP）產(chǎn)生

4、單位信噪比所需的入射功率對帶寬和輸入頻率都有限制頻率響應上升和下降時間3dB帶寬截止頻率（單位增益）第12頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光電探測器的特性指標（續(xù)）暗電流極限參數(shù)擊穿電壓幾何參數(shù)有源區(qū)面積結(jié)電容溫度系數(shù)第13頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光電探測器的特性指標（PIN）第14頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光電探測器的特性指標（APD）第15頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光波的解調(diào)強度調(diào)制的解調(diào)輸入：輸出：振幅調(diào)制的解調(diào)輸入：輸出：第16頁，共30頁，2022年，5月20日，4點1

5、2分，星期一光波的解調(diào)（續(xù)）偏振調(diào)制的解調(diào)偏振分光棱鏡的原理第17頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光波的解調(diào)（續(xù)）未調(diào)制的輸入光沿450偏振入射兩路光的振幅為：當偏振面轉(zhuǎn)動后：第18頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光波的解調(diào)（續(xù)）可以證明，兩路信號的光強與角度有如下關(guān)系：特點：測量范圍限制可以消除光源波動和傳輸通道的干擾的影響第19頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一光波的解調(diào)（續(xù)）頻率及相位調(diào)制的解調(diào)信號預處理：將頻率或相位信息轉(zhuǎn)化為光強信息。干涉光路（5-19）第20頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一

6、光波的解調(diào)（續(xù)）輸出光強：相位解調(diào)零差檢測外差檢測頻率解調(diào)第21頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一靈敏度極高對光源的要求也非?？量谈鞣N穩(wěn)定和補償系統(tǒng)復雜系統(tǒng)成本高應用舉例光纖水聽器（聲納）干涉解調(diào)的特點第22頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一特殊探測方法弱信號探測的意義考慮問題的關(guān)鍵抑制噪聲分析噪聲和信號的特點，尋找可供分離的依據(jù)幾種方法的特點光子計數(shù)法相關(guān)探測法取樣積分法第23頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一特殊探測方法之光子計數(shù)法光電倍增管的脈高分布曲線（5-21）窗口電平的選擇光子堆積現(xiàn)象原因修正方法加權(quán)計數(shù)減小入射功率第24頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一特殊探測方法之相關(guān)探測相關(guān)的定義：輸入信號：參考信號：相關(guān)運算結(jié)果：特點：能夠剔除信號內(nèi)包含的噪聲！第25頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一相關(guān)探測的應用例一：振幅調(diào)制例二：鎖定放大器的原理（5-23）第26頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一特殊探測方法之取樣積分輸入信號及其信噪比為：經(jīng)過M次迭加后：輸出信號的信噪比：特點：能夠從強噪聲中提取信息第27頁，共30頁，2022年，5月20日，4點12分，星期一取樣積分的應用OTDR（光時域反射計的工作原理）第28頁，共30