改 10直接探测和相干探测

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1、00cos(2)EEvt光光电电信号变换信号变换 光电光电探测器探测器光信号光信号电信号电信号 220cos2I tEt光的频率：光的频率：10141015Hz 探测器响应频率探测器响应频率1010Hz 00cos(2)EEvt光光电电信号变换信号变换 光电光电探测器探测器光信号光信号电信号电信号 220cos2I tEt人眼和探测器可以人眼和探测器可以响应平均光功率响应平均光功率220012dIAEE 平方律器件平方律器件00cos(2)EEvt光光电电信号变换信号变换 光电光电探测器探测器光信号光信号电信号电信号 220cos2I tEt响应平均光功率响应平均光功率 直接探测直接探测响应光

2、的频率响应光的频率 相干探测相干探测第第1010章章 直接探测和相干探测直接探测和相干探测 直接探测直接探测 （平均光功率）（平均光功率） 相干探测相干探测 （光的波动参数）（光的波动参数）光电信号变换光电信号变换10.1 10.1 直接探测直接探测10.1.1直接探测的基本原理直接探测的基本原理10.1.2直接探测系统的信噪比直接探测系统的信噪比Drirect Detection ，又称为非相干探测，又称为非相干探测装置简单，光源为装置简单，光源为相干光源相干光源或或非相干光源非相干光源，只能探测平均只能探测平均光功率（光强）光功率（光强）10.1.3直接探测系统的探测极限及趋近方法直接探测

3、系统的探测极限及趋近方法22sdsdssA IA aa1.1.直接探测的基本原理：直接探测的基本原理： ssss( )sin()E tat光波：光波： 光功率：光功率： 2d sssISS a恒定光信号恒定光信号 2d ssseeIahh光功率被调制：光功率被调制： ass1( )ISVtss( )1( )tVt光场包络光场包络的的频率频率1010Hz 调制光信号调制光信号 ass1( )eIVth设光栅的栅距P40m相对移动的速度V =1cm/s半导体激光器,波长 =890nm8914s/3 10 /890 103.37 10cHz 例例1 1 比较光场频率和光强度信号的变化频率光强度信号的

4、变化频率f = ？光场频率 v =? mmm1 cos(2)21 cos(2)21 cos(2 )2PPvtxVt250VvHzP2.直接探测系统的光子信噪比直接探测系统的光子信噪比(光信号输出光信号输出/光噪声输出光噪声输出)经推导得经推导得(江月松江月松P255)，输出电信号信噪比为：，输出电信号信噪比为：22sn2sn/12/PLoutNLI RSNRIR若若s/ n1，则，则sn/ 2outSNR 光电转换后信噪比减半光电转换后信噪比减半结论：直接探测不能改善输入信噪比结论：直接探测不能改善输入信噪比3.直接探测系统的探测极限及趋近方法直接探测系统的探测极限及趋近方法信号光电流、背景光

5、电流和器件暗电流信号光电流、背景光电流和器件暗电流热噪声热噪声 散粒噪声散粒噪声以光电二极管为例以光电二极管为例 222s22222nSnBnDnT(/)PLoutNLehvI RSNRI Riiii其重要噪声为散粒噪声和热噪声其重要噪声为散粒噪声和热噪声 光电信噪比光电信噪比(光信号输出光信号输出/探测器噪声输出探测器噪声输出)最理想情况，只有最理想情况，只有信号光电流引起的散粒噪声信号光电流引起的散粒噪声22sdsout2222ndnSnBnDnT(/)PehvSNRPiiiisout2SNRhvf2nSS22seieIfeIfh s2outhvfNEPSNR例：例：为为1，f 为为 1H

6、z， 可探测可探测 2hv光学方法光学方法减小探测器面积减小探测器面积，如场镜、光锥、，如场镜、光锥、浸没透镜浸没透镜电学方法电学方法，如滤波、低噪声放大器、弱信号检测方法，如滤波、低噪声放大器、弱信号检测方法 热力学方法热力学方法，制冷降低探测器噪声制冷降低探测器噪声 两个光子能量的探测极限是理想状态，因为：两个光子能量的探测极限是理想状态，因为：实际系统视场不可能是衍射极限的小视场，则背景光实际系统视场不可能是衍射极限的小视场，则背景光电流引起的噪声及器件的噪声不能忽略电流引起的噪声及器件的噪声不能忽略实际器件总有暗电流实际器件总有暗电流, ,则暗电流引起的噪声不能忽略则暗电流引起的噪声不