文档介绍：第五章光电直接检测系统
相干检测,
光源:相干光源
原理:利用光的振幅、频率、相位携带信息,
检测时需要用光波相干原理。
调制方法:光振幅调制、相位调制,频率调制
测量精度(灵敏度)更高,作用距离更远。
非相干检测,
光源:非相干或相干光源
原理:利用光强度携带信息,将光强度转换为
电信号,解调电路检出信息。
调制方法:光强度调制、偏振调制。
直接检测是一种简单实用的方法。
光外差检测
直接检测
光电检测系统
光电直接检测系统的基本工作原理
光电直接检测系统是将待光信号直接入射到光检测器光敏面上,光检测器响应光辐射强度(幅度)并输出相应的电流和电压。
检测系统经光学天线或直接由检测器接收光信号,前端还可经过频率滤波和空间滤波等处理。
强度
调制器
光学天线
光学通道
接收天线及光电检测器
光电信号处理器
光源
信号
发射机
背景噪声场
接收机
电路噪声
回收的信息
强度调制直接检测模型
光电直接检测系统的基本工作原理
假定入射光信号电场为:
5-1
光场平均光功率为:
表示
的时间平均值;
5-2
光检测器输出电流为:
称为光电变换比例常数
5-3
光检测器的平方律特性:光电流正比于光电场振幅的平方,电输出功率正比于入射光功率的平方。
光电直接检测系统的基本工作原理
若光检测器负载电阻RL,则光检测器输出电功率为:
5-4
如果入射光是调幅波,即
其中d(t)为调制信号,可推导出光检测器的输出电流为:
5-5
式中第一项为直流项,若光检测器输出端有隔直电容,则输出光电流只包含第二项,称为包络检测。
5-6
光电直接检测系统的基本特性
直接检测系统的信噪比—衡量模拟系统好坏及灵敏度
光检测器输出的总功率包括信号电功率和噪声功率,可表示为:
5-7
考虑到信号和噪声的独立性,有:
5-8
由信噪比定义,输出功率信噪比为:
5-9
直接检测系统的信噪比
说明输出信噪比是输入信噪比的平方,可见,直接检测系统不适用于输入信噪比小于1或微弱光信号的检测。
输出信噪比是输入信噪比的一半。即经过光电转换,信噪比损失了3dB。实际应用中可以接受。
可见,直接检测方法不能改善输入信噪比,适宜不是很微弱的光信号检测。但这种方法简单,易于实现,可靠性高,成本低,得到广泛应用。
(1)若
,则有:
5-10
(2) 若
,则有:
5-11
在数字式光电系统中,噪声对系统的影响常使用“误码率”来衡量。误码率仍然与信噪比有关。信噪比高,误码率低。由噪声的概率分布规律考虑“概率问题”来衡量。
直接检测系统的检测极限及趋近方法
考虑直接检测系统中存在的所有噪声,则输出噪声总功率为:
分别为信号光、背景光和暗电流引起的散粒噪声。
为负载电阻和放大器的热噪声之和。
5-12
输出信噪比为:
5-13
直接检测系统的检测极限
决定扫描热检测系统的理论极限
①当热噪声是直接检测系统
的主要噪声源时,直接检测系统受热噪声限制,信噪比为:
5-14
②当散粒噪声远大于热噪声时,直接检测系统受散粒噪声限
制,信噪比为:
5-15
③当背景噪声是直接检测系统的主要噪声源时,直接检测系统
受背景噪声限制,信噪比为:
5-16