第10章--相干探测.ppt

1、第1.0章相干检测、相干检测也被称为光外差接收检测。 其检测原理与微波和无线电的外差接收检测原理类似，但光波比微波的波长短103104倍，因此其检测精度比微波高103104倍。 相干检测相比直接检测，其测量精度高达到量化噪声限制，并且可以检测单光子，并且进行光子计数。 相干检测方式中，营销对象和相干通讯的作用距离比直接检测要远得多。 相干探针需要高相干性的光源来进行测量。 相干光源激光器受大气湍流效应的影响很大，会损害激光器的相干性。 因此，虽然目前远距离的干扰作用探测在大气中的应用受到限制，但外层空间，特别是卫星间的通信联络已经达到实用阶段。 101的相干检测原理为，偏振方向相同、传播方向平

2、行且重叠的2个光垂直入射到光混频器时，一方为频率l的本地光，另一方为频率s的信号光，光混频器能够以频率l、s的和频率(L S )、差频率(L -S )生成输出但是，实际上，光频率l、s的和频率(L S )极高，远远超过了干扰作用检测系统的频率响应范围。 因此，在光学混频器的输出中，仅考虑频率低的差动项，即，中频信号iIF。 该中频(差额)信号包含了信号光具有的所有信息。 将信号光作为参照光：合成：光混频器输出光电流：展开：展开：PS :平均信号光功率； PL :平均本地光功率可以解调强度调制、频率调制和调相运行光信号，同时截断直流，截断射频波，并且保留中间频率的相干检测器能够在没有任何失真的情

3、况下将光波振幅上的调制信号(频率s )转移到频率LSL S的电流。 另外，102相干检测的特征，另一方面，在转换增益高的相干检测的情况下，在直接检测出半导体光检测器经由负载电阻输出的信号功率的情况下，半导体光检测器经由负载电阻输出的信号功率为相同的信号光功率PS条件，通过这两种检测方法得到的信号电功率比g，分别表示二、所有的信息振幅、频率， 在可得到相位的直接检测中，半导体光检测器输出的光电流会随着信号光的振幅和强度的变化而变化，半导体光检测器也不会响应信号光的频率和相位的变化。 在相干检测中，半导体光检测器输出的中频光电流的振幅、频率和相位根据信号光的振幅、频率和相位的变化而变化。 因此，可

4、以以振幅调变或强度调制的方式解调频率调制或调相运行的信号光。 三、良好的过滤性能是直接检测过程，除半导体光检测器接收信号光外，不需要的背景光必然入射到半导体光检测器中。 为了抑制不需要的背景光的干扰作用、提高信噪比，一般设置开口光圈和窄带滤光片。 相干检测系统对背面光的滤波性能比直接检测系统高。 这是因为在相干接收时，需要使信号光和局部振荡光的空间方向严格一致。 背景光的入射方向杂乱，不能满足空间对准的要求，得不到输出。 因此，相干探针本身具有良好的空间滤波性能，不需要像直接探针那样在系统中加入孔径光阑和滤波。 另外，在有利于检测微弱光信号的直接检测中，半导体光检测器输出的光电电流与信号光的平

5、均光功率成比例，即，半导体光检测器输出的功率与信号光的平均光功率的平方成比例。 在相干检测中，光学混频器输出的中频信号功率与信号光与局部振荡光的平均光功率的乘积成比例。 由于通常入射到半导体光检测器的信号光的功率非常小(尤其是在远距离的应用，例如光学雷达、遥感、空间光通讯等的应用)，所以即使直接检测，半导体光检测器输出的电信号也极其微弱。 相干检测过程中，尽管信号光功率非常小，但只要局部振荡光功率一盏茶大，就可获得相当大的中频输出。 相干检测对微弱光信号的检测特别有利。103相干检测的空间条件和频率条件，另一方面相干检测的空间条件可以简化分析，信号光和局部振荡光都是平面波，角度，检测器是正方形(边的长度是d )，有的：iIF(t) iIF(t )最大可以实际使用的是数值例： d=1mm 该干扰作用依赖于信号光束和局部振荡光束的单色性。 激光光源要求良好的单色性(单纵模式运转的激光)。 信号光和本地光的频率漂移会使干扰作用检测系统的性能劣化。 信号光与局部振荡光的频率的相对漂移较大时，两者的频率差有可能大大超过中间频率滤波器带宽，所以光混频器后的前置放大器与中频