1、關于相干探測第一張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測 由于兩個光電場矢量彼此平行，為簡化，用兩個光電場的標量來替代矢量。假定信號光電場Es(t)和本振光電場EL(t)分別為 式中，As和AL分別是信號光電場和本征光電場的振幅，s和L分別是信號光和本振光的角頻率S和L分別是信號光和本振光的初相位第二張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測 于是在光混頻器光敏面上總的光電場為 由于光混頻器的輸出與入射的光強或光電場的平方成正比，所以光混頻器輸出的光電流為 將上式展開寫成等式并展開，則有第三張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測 如果用平均

2、信號光功率和平均本振光功率表示，則上式可表示為如果把信號的測量限制在差頻的通帶范圍內，則可得到通過以IF為中心頻率的帶同濾波器順勢中頻電流為中頻濾波器的輸出端，瞬時中頻電壓為第四張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測 在中頻濾波器輸出端出的有效中頻功率就是瞬時中頻功率在中頻周期內的平均值，即有效中頻功率與信號光平均光功率和本振光信號平均光功率乘積有關。第五張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測信號信息載在頻率為s的光波振幅上，信息信號的調制頻率為，則調幅波振幅由各次諧波的合成波構成。調幅光波表示為第六張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干

3、探測第七張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測當調幅信號光與平面本振光相干后，其瞬時中頻電流為第八張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測第九張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測10-2相干探測的特點一、轉換增益高 相干探測時，光電探測器經單位電阻輸出的信號功率為 直接探測時，光電探測器經單位輸出的功率信號為 在同樣信號光功率條件下這兩種探測方法得到的信號功率比G為第十張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測 G為轉換增益。相干探測中本地振蕩功率PL遠大于接受到的信號光功率Ps，高幾十個數量級是很容易達到的，所以G可

4、以高達 ，可見相干探測的轉換增益是非常高的。二、可獲得全部信息 相干探測中，我們能把頻率調制和相位調制的信號光像幅度調制或強度調制一樣進行解調第十一張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測三、良好的濾波性能 相干探測系統對背景光的濾波性能比直接探測系統要高 相干系統中不加光譜濾光片其效果比加濾光片的直接探測系統好得多 例如，目標沿光束方向的運動速度v=0-15m/s對于10.6m的CO2激光，經目標反射后回波的多普勒頻率fs為第十二張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測則信號光束與本地振蕩光束的差頻為帶入L和v的數值，得 若取放大器通帶寬度f相等于最大頻移

5、值，則差頻放大器帶寬f相=3MHz第十三張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測 如果直接探測加光譜濾光片，濾光片帶寬若為1.0mm，所對應的帶寬f濾為上述兩種情況帶寬之比可見，相干探測對背景光譜有很好的抑制作用第十四張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測四、有利于微弱光信號的探測在相干探測中，信號光信號功率非常小，但只要本振光功率足夠大，仍能得到可觀的中頻輸出。這就是相干探測對微弱光信號的探測特別有利的原因另一方面，從理論上講，相干探測可能達到更低的探測極限，可以從極限信噪比來說明這個問題第十五張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測

6、假定光譜混頻器具有內部增益G，光混頻器的中頻輸出功率為 在帶寬為fIF的帶通濾波器輸出端，電噪聲功率為 根據信噪比的定義，中頻濾波器輸出端的信號噪聲比為第十六張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測 當本振光功率足夠大時，分母中有本振光引起的散粒噪聲遠遠大于所有其他噪聲，則上式變為 對于熱噪聲為主要噪聲源的系統來說，要實現量子噪聲限探測，必須滿足 由此得到第十七張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測10-3 相干探測的空間條件和頻率條件一。相干探測的空間條件 由于光輻射的波長比光混頻器的實際尺寸得多，實際上光混頻是在一個個小面積元上發生的，及總的中頻電流等

7、于光混頻器表面上每一微分面積元所產生的微分中頻電流值和。很顯然，只有當這些微分中頻電流保持恒定的相位關系時，總的中頻電流才會達到最大值。第十八張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測 這就要求信號光和本振光的波前必須重合，也就是說，必須保持信號光和本振光在空間上的角準直。第十九張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測二、相干探測的頻率條件 為了獲得高靈敏度的相干探測，還要求信號光和本振光具有高度的單色性和頻率穩定度。從物理光學的觀點來看，相干探測是兩束光波迭加后產生干涉的結果。顯然，這種干涉取決于信號光束和本振光束的單色性。所謂光的單色性是指這種光只包含一種頻率或光譜線極窄的光。第二十張，PPT共二十四頁，創作于2022年6月第十章 相干探測10-4 相干探測系統舉例 相干探測系統在通信、雷達、精密計量等方面應用較為普遍。第二十一張，PPT共二十四頁，創作于2022年6