光電檢測(cè) 直接外差探測(cè).ppt

1、直接檢測(cè)和外差檢測(cè)、光2、光1、光1-2、光檢測(cè)方法、直接檢測(cè)和外差檢測(cè)系統(tǒng)、光信號(hào)接收器、帶通濾波器、光檢測(cè)器、放大器、低通濾波器、直接檢測(cè)系統(tǒng)、光、本征激光器、外差檢測(cè)系統(tǒng)將入射到檢測(cè)器光功率轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的光電流是光檢測(cè)器相對(duì)于入射光功率的響應(yīng)，若傳遞信息作為光功率的變化出現(xiàn)，則利用光檢測(cè)器的直接光電轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行信息的直接解調(diào)，將光檢測(cè)器的平方律特性入射光的電場(chǎng)假定為等幅正弦變化光檢測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換規(guī)律， 設(shè)光電檢測(cè)器的負(fù)載電阻為RL，設(shè)光電檢測(cè)器的輸出、電輸出與入射光功率的平方成比例的光電流為光電場(chǎng)的振幅的平方，與信噪比成比例的入射到光電檢測(cè)器的信號(hào)功率為si，噪聲功率為ni，光電檢測(cè)器的輸

2、出功率為so，輸出噪聲功率為no，則總輸入功率為sini， 總輸出功率由sono或光檢測(cè)器的平方律特性信號(hào)與噪聲的獨(dú)立性，根據(jù)信噪比的定義，用于輸出信噪比的輸出信噪比等于輸入信噪比的一半，光電轉(zhuǎn)換后的信噪比損失不大，適用于強(qiáng)光檢測(cè)，直接檢測(cè)提高輸入信噪比的光學(xué)方法。 分光濾波器：基于目標(biāo)輻射的波長與背景輻射的波長之差，用分光濾波法去除背景輻射的干擾，減少檢測(cè)器的面積場(chǎng)鏡的光錐：起到減小檢測(cè)器面積的作用。 外差檢測(cè)，該方法是在滿足波前匹配條件的同時(shí)，在光檢測(cè)器上混合包含被測(cè)定信息的相干光調(diào)制波和作為基準(zhǔn)的本機(jī)振蕩光波。 檢測(cè)器輸出兩個(gè)光波的光頻率差的頻率的差拍信號(hào)，在此信號(hào)中包含調(diào)制信號(hào)的振幅、

3、頻率、相位。 通過檢測(cè)差拍信號(hào)而最終調(diào)制發(fā)射的信號(hào)利用光的干涉原理，fS-fL利用入射到探針的信號(hào)光場(chǎng)，入射到探針的總光場(chǎng)，基本原理，量化效率3360光子能量：差拍。 式中的第一、二項(xiàng)是侑弦函數(shù)的平方的平均值，等于12。 第三項(xiàng)(和頻率項(xiàng))是侑弦函數(shù)的平均值為零。 第4項(xiàng)(拍子項(xiàng))的頻率相對(duì)于光頻率相當(dāng)?shù)汀?當(dāng)差頻率低于光電檢測(cè)器的截止頻率時(shí)，光電檢測(cè)器有頻率的光電流輸出。光檢測(cè)器輸出的光電流、混合后的頻譜、兩光的頻率必須充分接近，差頻信號(hào)在檢測(cè)器的通帶內(nèi)，檢測(cè)能力強(qiáng)：光波的振幅、相位及頻率的變化引起光檢測(cè)器的輸出，因此外差檢測(cè)只能檢測(cè)振幅和強(qiáng)度調(diào)制的光波信號(hào)能夠檢測(cè)相位和頻率的調(diào)制的光信號(hào)變

4、換增益高：外差檢測(cè)時(shí)，受光器輸出的電流振幅為外差檢測(cè)和直接檢測(cè)的性能比較，在相同的信號(hào)光功率下，光外差檢測(cè)和直接檢測(cè)的信號(hào)功率比，g為變換增益相干檢測(cè)，遠(yuǎn)大于本征光的功率P0 g可以達(dá)到107108級(jí)，濾波性能可以形成外差信號(hào)，要求信號(hào)光與本征信號(hào)空間的嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，背景光的入射方向雜亂，偏振方向也不能確定，不滿足外差空間的對(duì)準(zhǔn)要求， 這種不能形成有效的外差信號(hào)的雜散光所引起的差拍信號(hào)也可以截?cái)?，并且通過將一定頻率(接近單一頻率)與具有一定相位的相干光混合而得到差拍信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)僅由激光引起的外差檢測(cè)。 如果信噪比損失小、檢測(cè)靈敏度高例如量子效率為f為Hz，則外差檢測(cè)的靈敏度極限為光子，系統(tǒng)是對(duì)檢

5、測(cè)器性能的要求，光外差檢測(cè)與直接檢測(cè)高響應(yīng)頻帶寬均勻性相比，動(dòng)作溫度高，在外差檢測(cè)的條件下， 假定光電檢測(cè)器的受光平面為邊長為d的正方形，本征光垂直入射，x、信號(hào)光在本征光波之前有一個(gè)配角，信號(hào)入射到光混頻器表面的總光場(chǎng)是光混頻器輸出的瞬時(shí)光電流，所以瞬時(shí)中頻電流的大小與配角有關(guān)， 實(shí)際上難以失去配角希望因子盡可能接近1，為了滿足該條件，配角不足與信號(hào)光波長s成正比，與光混頻器的尺寸d成反比的波長越長，光檢測(cè)器的尺寸越小，允許配角不足越大的波長越短，空間準(zhǔn)直的要求也越嚴(yán)格， 瞬時(shí)中頻電流達(dá)到最大值，光外差檢測(cè)的偏振條件要求信號(hào)光和本征光的偏振方向一致，這樣2束光可以根據(jù)光束疊加規(guī)則在通常的光電

6、元件前放置偏振片， 外差檢測(cè)的頻率條件如果兩者具有高的單色性和頻率穩(wěn)定度，則兩者的頻率差可能大大超過中頻濾波器的帶寬，通常，兩光從同一激光器中取出，通過頻移取得固有光，信號(hào)光通過調(diào)制而得到， 因?yàn)橥獠罘ǖ念l率調(diào)制方法形成外差檢測(cè)的光頻率差，所以采用頻率調(diào)制方法形成與參照光具有一定頻率差的信號(hào)光的頻率調(diào)制方法被稱為殘奧度量頻率調(diào)制法，光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)差頻率被稱為多普勒效應(yīng)運(yùn)動(dòng)物體入射的光波的頻率， 即頻率f0的單色光入射到速度v的運(yùn)動(dòng)物體，在物體上散射的光波頻率fs引起多普勒頻移，散射的多普勒速度的基本式、固定頻移的頻率調(diào)制，采用使用頻移器件使參考光波相對(duì)于信號(hào)形成一定的頻移的聲光效應(yīng)激光頻

7、移， 在聲光器件中，用頻率f的超聲波交變信號(hào)激發(fā)換能器，如果滿足在透明介質(zhì)內(nèi)形成折射率周期變化的布拉格衍射條件，就會(huì)產(chǎn)生一次衍射光。一次衍射光和零階衍射光頻率發(fā)生頻移，分別利用參考光和信號(hào)光、直接光頻率調(diào)制、可調(diào)頻激光產(chǎn)生隨時(shí)間變化的頻率調(diào)制參考光的頻率調(diào)制方法半導(dǎo)體激光器的直接頻率調(diào)制半導(dǎo)體激光器LD具有良好的工作特性，當(dāng)注入電流變化時(shí)，激光器的振蕩頻率直接變化， 如果直接頻率光干涉測(cè)定、光路差為，則兩光波的相位差為注入電流變化，光頻率變化中，兩相干光的附加相移為光檢測(cè)器輸出的光電流，干涉信號(hào)的強(qiáng)度隨時(shí)間變化，外差信號(hào)的檢測(cè)、光載波、光調(diào)制、外差檢測(cè)、頻率測(cè)定相光隔離器測(cè)量反射鏡、M4、M2

8、、M1、F1、F2，典型的光檢測(cè)系統(tǒng)，直接檢測(cè)系統(tǒng)莫爾條紋的原理是使兩個(gè)光柵(間距分別為P1和P2)重合，兩者的光柵線形成小角度，通過光柵可以看到圖示的明暗之間的莫爾條紋這是云紋的光強(qiáng)度調(diào)制作用長的光柵云紋的形狀的橫條紋：P1=P2，比較小。 豎條紋： P1P2，=0； 斜條紋： P1P2小，莫爾條紋的縱條紋、橫條紋、莫爾條紋的形成、莫爾條紋的特性、光柵的間距比光的波長大得多例如，=20，K=172，斜條紋，莫爾條紋測(cè)長器，兩個(gè)格子：一個(gè)格子，和表示固定了格子的長格子表的前后移動(dòng)距離的兩個(gè)格子構(gòu)成的莫爾條紋計(jì)數(shù)，莫爾條紋的變化一周或表示格子的移動(dòng)的距離表示：格子的移動(dòng)距離中所包含的格子線對(duì)數(shù)簡

9、單光柵讀取頭：燈、聚光透鏡、指示光柵、長光柵、光檢測(cè)器、波紋測(cè)長器、光檢測(cè)器接收的明暗變化的波紋直接測(cè)量，在可測(cè)量的光柵的位移量寬的波紋間隔內(nèi)設(shè)置細(xì)分裝置進(jìn)行細(xì)分，從而讀取位移的點(diǎn)數(shù)，提高測(cè)量的靈敏度和精度， 光柵輸出信號(hào)波形、波紋測(cè)長儀的應(yīng)用、工業(yè)自動(dòng)化中的核測(cè)長部件的小型智能長度試驗(yàn)機(jī)，用于長度、直徑、厚度、表面形狀、粗糙度等多種殘奧儀表的測(cè)量。 下一代校準(zhǔn)測(cè)量工具某幾何量校準(zhǔn)測(cè)量儀器的核變換系統(tǒng)某物理量校準(zhǔn)測(cè)量儀器的核變換系統(tǒng)納米校準(zhǔn)測(cè)量的重要儀器非接觸在線校準(zhǔn)測(cè)量控制儀器、激光多普勒速度、頻率調(diào)制：移動(dòng)體的反射和散射光多普勒頻移改變光的頻率。 光外差檢查：可見光的頻率高(Hz )，一般的光器件無法響應(yīng)，無法直接檢查多普勒頻移，因此需要光外差的方法：同一光源的兩個(gè)相干光在一定條件下投影到光檢測(cè)器表面進(jìn)行混合時(shí)， 另一光束(其中可獲得兩個(gè)光的頻率)被濾波器衰減后也通過透鏡聚焦到測(cè)量點(diǎn)上，一些通過測(cè)量點(diǎn)而變成參考光，并且頻率變成。 入射光圈由透鏡聚光到光電倍增管的光電陰極的2個(gè)接近頻率的光發(fā)生干涉。另外，關(guān)于參照光圖案，將兩光束的夾角設(shè)為光波波長，將干涉條紋的間距設(shè)為干涉條紋的空間頻率，取粒子移動(dòng)的速度，取移動(dòng)方向和條紋垂線的夾角，則粒子散射光的頻率，如果測(cè)定散射光的頻率，則可得到粒子的速度。