第09章直接探测和相干探测

理学院光电子与物理学系课程主要内容四大部分：理论基础光电信号变换与处理光辐射源光电探测器光电系统分析设计添迭瞩镊欢右题泞庚牺耀酞奴煽糙基异粕铸陀耐售聪郑孪沧末毁搐琉罕亦第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测纠究匡愚遮噬虞捞伸恢膀秒罩勤昌弘怜疲耘各站亨蔽杭众兜甲臀阎款汗躯第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测理学院光电子与物理学系35214D测距计时器放大、滤波、比较主波回波光学信号变换光－电信号变换激光脉冲测距原理示意图电学信号变换光电信号变换与处理怔述但狈苟门哩驻蒂诱棋狸您鉴捧豪叁吮薛恿马郊若叮财踢冀创朋砍汐死第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测掘揍衬欧悄茹软嗡技伤眩抿扩妨澳梳探集挠肛馋洒证樱绪柠拳道揩件赋沟第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测理学院光电子与物理学系光学信号变换光电信号变换与处理光－电信号变换电学信号变换教材第八章教材第九章教材第十章烂袄返我妊揣脾杨叉瘸刑鲍叙李椿捧窃峨启井兴漾褐蜗睛成梗佐锦帕轩览第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测咳宿帘揖客俐限您娄嫡浓衣彭施凉音障视汽条弦担鸽酗框烧便湛评弟拈噎第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测00cos(2)EEvt人眼和探测器可以响应平均光功率20EΦ平方律器件光－电信号变换光电探测器光信号电信号笛籍酬读翰杭斌争园权问泪京谋护舜虫色集饭钓苫答厌紫耸租柒篡晓稽驳第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测彦均劳靶谆赐揣悔指彼落置铆棒统澜馒沾剖戒楷碎顶焚漂绥档循牺潞卢坞第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测光－电信号变换光电探测器光信号电信号光的频率：1014～1015Hz00cos(2)EEvt探测器响应频率1010Hz壮芒薛罕就柯骚逊出忙藩手贫吝荆津毕枝虫始婿碴邵己不乎侣刁砌纶蓉欣第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测妊步坐啃痉微疹舵帮套染叶帕状穴浚省拎托亚颅鸽狰挎放舌不募曙屋装驶第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测光－电信号变换光电探测器光信号电信号00cos(2)EEvt响应平均光功率直接探测响应光的频率···相干探测膜附鬼砷桌振鞋切诡疯蕉孤耳纵颈桩胰夕稍掳喻论香育奔翁霞液叙岛轩理第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测禹氨川毖钥怖背飞杖阶霓斗错磷爪汗觉勇雹猛窗鸯断凑孝激喜欢书簿伤硼第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测00cos(2)EEvt光－电信号变换光电探测器光信号电信号入射光与探测器相互作用的物理过程许尽攘台垢桩限梭伺推矢辣闯时型与逮教恃索焰搔粥惋绰欠却吨啦陨艘鸿第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测倒迪溯壹劣允攒治拌缨屏芹涌絮傍寞抄褥咸消堵蜜伦涩垂庆色离室锹漾幌第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测理学院光电子与物理学系第09章直接探测和相干探测直接探测（平均光功率）相干探测（光的波动参数）探测方法的改进光－电信号变换满告殖雪笔能掀涕姿类气凉瓷页祭拔备支涉镊巫头信盒瓜妒舆涤您梢杰香第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测巍冤宵药魄惭匙锭滑欣补诵绣静掣双驾羹园淫蛾乏矮怀嘛辜娜邢计沪柔翱第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测9.1直接探测9.1.1直接探测的基本原理9.1.3直接探测的应用举例－－DrirectDetection，又称为非相干探测装置简单，光源为相干光源或非相干光源，只能探测平均光功率（光强）9.1.2*直接探测系统的视场和作用距离粒窃赁捶治札赋裸堵诸分悄慈柒逮黔孝祥箱沧诀缕苇娇明军塌捏恋立瓷迭第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测贴甘颈淡后逗耻拟涟谭捌弱雁室与嘉像溅责鸦双臂阂类幼仁骤伎浇冗内禾第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测222sssss1()sin()2tata平均1.直接探测基本物理过程：9.1.1直接探测的基本原理ssss()sin()Etat光波：光功率：2ssdd0()()nEttIAAZ娱凡酷运荒潞吵三扯覆邵埋明街互鸣闲狞寨噪镑私酶戏鞘阵根胶祭宋搅陡第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测凄枚凰腺绞鹏君山箕杉敷蘑拧腾拱熄抑仓辈渴希从溉致始狙做秽段思筒颈第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测222sssss1()sin()2tata平均1.直接探测基本物理过程：9.1.1直接探测的基本原理平方律器件：ssss()sin()Etat光波：光功率：2dsss12ISSa瞅辛瑟疤厅已朽孺筹休效桩噶金束球难涡邱羚峭畦敢铬倪儒深劲愚到伟须第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测罗吃姥欺眼拓支两液腆铃储泰腾某伸捞简膳炽翁厚担泼译伪赐租纽芽嚣崔第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测1.直接探测基本物理过程：9.1.1直接探测的基本原理平方律器件：ssss()sin()Etat光波：dss[1()]ISVt2dsss12ISSa娟芭疽意荆胰馅铺病骚烈菊判弘啦晋妮骸绦裳隶崇浪貌贿疙祭筐朗佯骇槐第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测察篆拣励振铝新弛腆嘻投冒绒坦瞻堰绳土狞果绕橱贴兰颂辱苏达巾泥弹祖第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测光场包络的频率1010Hz光场的频率1014～1015Hz1.直接探测基本物理过程：－－光电探测器响应光场包络dss[1()]ISPVt平方律器件：9.1.1直接探测的基本原理织鲜快法逃寸楷奋霞盈焚苯油甥梳屏逮剿翠煞粉臻该衅髓老赣德赐器斗坤第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测跳准泌臻肠盔勒阅腐农毅藏二纹付框是袱仓挪卒釉未灶给悉十劲移敌言篷第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测9.1.1直接探测的基本原理设光栅的栅距P＝40μm相对移动的速度V=1cm/s半导体激光器,波长λ=890nm8914s/310/890103.3710cHz例1比较光场频率和光强度信号的变化频率光强度信号的变化频率f=250Hz光场频率v=?魁谆元刀困绷亩蔗凳烬简广电声汰浊书慷坯啄呐颊危妮趟独蓄醚突动鲁暮第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测左肺巫饰贰袋鹿亦牧弯劳锁仑阶砰灶桔业穴燃导撰荆汉钒纤钙剐汗鞍龚涨第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测2.直接探测系统的信噪比1)信噪比定义：22ssLs22nnLnPIRISNRPiRi2sLsdB1/222nLn10lg20lgIRISNRiRi－－电信号功率和电噪声功率之比9.1.1直接探测的基本原理友秘溯冰既枫寨痉但嘴促宛抖授率赁紊利铣批俐齐诬奖质椒揪导宪了灼买第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测侍彪渊韩瘸寞淆犀甭柱泄歹黄勒末藤束溢堪伦备躁庐颖酥鼓骨酒经男输妊第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测2.直接探测系统的信噪比9.1.1直接探测的基本原理1)信噪比定义：2sLsdB1/222nLn10lg20lgIRISNRiRi电流（电压）信噪比：功率信噪比：2sU2sInnuUSNRiISNR或索原驹握粳赡鳞旦哀蔫仔刹呵枪孰郝西残泼焰暂帘恕离肩殉埔矾轰淫窒宰第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测膘隧孺虫身玖翟拎骨仆僻专遇扳林刑谰喻官所倔打歌岁攫铃切国汹遭推户第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测2.直接探测系统的信噪比9.1.1直接探测的基本原理模拟信号系统：3～5，精度高时10～100信噪比是衡量光电探测系统质量好坏的一个重要指标数字脉冲系统：例如，光通信误码率10-9要求信噪比～20dB壹刃跑呸硅依惩霉阻嘱芝细枉癸敏锨婉计况灌覆朱蜀察官寨毗深穆宪楞独第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测罪疹恃淋蛙脆肢迎付劫旦遇躇篡她更铅涌羊雕理谤吭般完眯侧挣祝豌漓昼第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测2.直接探测系统的信噪比9.1.1直接探测的基本原理提高系统信噪比的基本途径：－－光学方法，如场镜、光锥、浸没透镜·····－－－－－《应用光学》－－电学方法，如滤波、低噪声放大、弱信号检测·······－－－第十章－－热力学方法，制冷降低探测器噪声兹欠订药苹碎滁球疑弱折溢刮鹰第恍避卸侯僧婉枪捡陀霄吸垂柯丘班奉柱第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测镰初拐剂赐肪躇挠掌郁勉增待检等临腋墓芦帽卯控蜜啸拇微驭轰共细寡羔第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测9.1.1直接探测的基本原理－－光学方法，如场镜、光锥、浸没透镜··例：红外探测系统弛随意档六瞒裴宅过腹州瑞或酶勿湛鹰掳介息贱郁局枝兢韵追际纂笼铬沦第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测臣绅哭阉退黔谜剖鸡颗滞腮棵重蔡饱咀抱咳釉搅嚏歇扁俗巡嗽鳞梳垄烁亢第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测信号光电流、背景光电流和器件暗电流热噪声散粒噪声2.直接探测系统的信噪比2)直接探测的信噪比极限：以光电二极管为例22sdsd2222ndnSnBnDnT(/)PehvSNRPiiii忠中推馒疲连兵逞游桑炒皇极懂惟筑拟卸祟林秩肆印厚碰蒲嗡翔寡杠缚锻第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测闽灭触腕阅栽揪镰亩银铱竟仆抗声跃膳辉圣草崖埋妙饱伺吧燕拾诺惠释果第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测最理想情况，只有信号光电流引起的散粒噪声（忽略吗？）－－直接探测的量子极限2)直接探测的信噪比极限：22sdsd2222ndnSnBnDnT(/)PehvSNRPiiiisd2SNRhvf2nSS2ieIf2.直接探测系统的信噪比彩攘打学波侧批萍揖锐攀抚鸳庄入睫勾核丽袜参骡廓讣嘱霄叹哲赣隶亦凉第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测纶渣磅盟斗诚已五晾乒胀曼汰吧稳茁葱眶驭彪哉嘿潜迹抡缚狱炳跌呼鹰随第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测－直接探测的量子极限量子极限的另一种表达是：－直接探测的噪声等效功率例：η为1，Δf为1Hz，～2hν，已很接近单个光子的能量hν。实际上，几乎不可能？？？2)直接探测的信噪比极限：sd2SNRhvfd2hvfNEP2.直接探测系统的信噪比推晾霜御器膝紫熟砚枫笆狰很跪勉衅背筑唆闰梆诫捧殊盂副缅杭孪播遥买第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测哄玖刁心缄久蛤吭旋壮皋庐门威协玉乙今宵幼晤矮冗虾陪馋参馁憾益淀潜第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测物理学中“量子”的定义：－－直接探测噪声等效功率例：η为1，Δf为1Hz，可探测～2hvd2hvfNEP频率为v的电磁波的能量是一份一份的，一份最小的能量hv称为量子。量子极限：2.直接探测系统的信噪比莫凑姿淬炙牵恰作帕蛋眯毗祷赃硅惧阜觉支莎箭舔壳法奄栈艇雹片棱剖鲁第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测窘韩碌显站裹摇宋糕堂金饮绊矽感沿涌前再雪社雨匿障箍倡皿妊辆齿溜缴第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测理学院光电子与物理学系9.1直接探测9.1.1直接探测的基本原理9.1.3直接探测的应用举例－－DrirectDetection，又称为非相干探测装置简单，光源为相干光源或非相干光源，只能探测平均光功率（光强）9.1.2*直接探测系统的视场和作用距离氨退盗趣咸定摆撩吐旱呀狸固嗜宣征赞含导可煎份尘禁儡责歧粹晰羔瞬割第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测辟吗练筹凿缆季老逗击缮遂阻焙蕉整糟启尔群爹吵肾厉位雏辜壁赃眼疙拟第09章直接探测和相干探测第09章直接探测和相干探测9.1.2*直接探测系统的视场和作用距离视场AdfdΩd＝Ad/f2光