第五章光波的探测与解调.ppt

第五章光波的探测与解调 主要内容 光电探测器的工作原理 性能指标 使用技巧 系统及器件的噪声分析各种调制对应的解调方法及其特点特殊探测方法 极弱信号的探测和解调 提高信噪比的方法 按光 电相互作用分类按响应区域分类 探测机理及其分类 光电效应 内光电效应 光电导器件红限光电流响应速度特点 必须施加电压才能工作 内光电效应 续 光伏效应载流子的激发 光子载流子的分离 内建电场光电流 内光电效应 续 光伏器件的电流电压特性 5 5 对应的工作模式及其特点 开路 短路 正偏 反偏 内光电效应 续 其他光伏器件及其特性 PIN光电二极管频响高 暗电流小 常用APD 雪崩光电二极管 增益高 对偏压和温度敏感稳定增益的方法肖特基势垒光电二极管响应速度快 紫外特性好 外光电效应 特点 载流子离开材料表面电子的动能 常见的几种器件 真空光电二极管 电流容量大 可以有一定的增益 光电倍增管灵敏度高 一般要冷却才能工作 对偏压和温度非常敏感 注意避光保存 探测器中的噪声 意义 探测器位于接收系统的第一级 其噪声水平直接影响到系统的性能 半导体中的噪声热噪声G R噪声 与器件的制作工艺有关发射噪声低频噪声 探测器中的噪声 续 外光电效应中的噪声发射噪声暗电流噪声倍增噪声 光电倍增管各个倍增极的增益有一定的起伏 探测器中的噪声 续 光电探测器中的噪声分布 光电探测器的特性指标 光谱响应响应范围峰值响应响应度R探测器输出与输入光功率的比值单位一般为该值是直流状态下 峰值波长时的测试值 光电探测器的特性指标 续 等效噪声功率 NEP 产生单位信噪比所需的入射功率对带宽和输入频率都有限制频率响应上升和下降时间3dB带宽截止频率 单位增益 光电探测器的特性指标 续 暗电流极限参数击穿电压几何参数有源区面积结电容温度系数 光电探测器的特性指标 PIN 光电探测器的特性指标 APD 光波的解调 强度调制的解调输入 输出 振幅调制的解调输入 输出 光波的解调 续 偏振调制的解调偏振分光棱镜的原理 光波的解调 续 未调制的输入光沿450偏振入射两路光的振幅为 当偏振面转动 后 光波的解调 续 可以证明 两路信号的光强与角度 有如下关系 特点 测量范围限制可以消除光源波动和传输通道的干扰的影响 光波的解调 续 频率及相位调制的解调信号预处理 将频率或相位信息转化为光强信息 干涉光路 5 19 光波的解调 续 输出光强 相位解调零差检测外差检测频率解调 灵敏度极高对光源的要求也非常苛刻各种稳定和补偿系统复杂系统成本高应用举例光纤水听器 声纳 干涉解调的特点 特殊探测方法 弱信号探测的意义考虑问题的关键 抑制噪声分析噪声和信号的特点 寻找可供分离的依据几种方法的特点光子计数法相关探测法取样积分法 特殊探测方法之光子计数法 光电倍增管的脉高分布曲线 5 21 窗口电平的选择光子堆积现象原因修正方法加权计数减小入射功率 特殊探测方法之相关探测 相关的定义 输入信号 参考信号 相关运算结果 特点 能够剔除信号内包含的噪声 相关探测的应用 例一 振幅调制例二 锁定放大器的原理 5 23 特殊探测方法之取样积分 输入信号及其信噪比为 经过M次迭加后 输出信号的信噪比