第八章相干变换与检测精要.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * 在用一维正弦光栅实现两个图象相加或相减的相干处理系统中，设图象A、B置于输入平面P1原点两侧，其振幅透过率分别为：tA（x1- l，y1）和 tB（x1+ l，y1）；P2平面上光栅的空间频率为f0，它与l的关系为：f0 = l /λf，其中λ和f 分别表示入射光的波长和透镜的焦距；又设坐标原点处于光栅周期的1/4处，光栅的振幅透过率表示为： 试从数学上证明： 1）在输出平面的原点位置得到图象A、B的相减运算； 2）当光栅原点与坐标原点重合时，在输出平面得到它们的相加运算。 * 证明： 1）输入函数的频谱为 透过光栅得到 * 在输出面上得到 * 2）当光栅原点与坐标原点重合时，在输出平面得到它们的相加运算 透过光栅得到 在输出面上得到 一、光学外差检测原理二、外差检测的调频方法三、外差检测方法 一、光学外差检测原理 (一)光学外差检测原理(二)光外差检测的特性(三)光外差检测的条件 一、光学外差检测原理 图8-12　光学外差探测原理a)原理图　b)频谱分布图 (一)光学外差检测原理 图8-13　调幅信号及其外差信号的频谱变换a)调幅信号频谱　b)相干探测后电信号频谱 (二)光外差检测的特性 1)探测能力强：光波的振幅、相位及频率的变化都会引起光电探测器的输出，因此外差探测不仅能够检测出振幅和强度调制的光波信号，而且可以检测出相位和频率调制的光波信号，是测试光的波动性的一种非常有效的方法。2)转换增益高：外差探测时经光电接收器输出的电流幅值Ihsm为3)信噪比高：由式(8-40)可知，外差信号电流均方功率为4)滤波性好：为了形成外差信号，要求信号光和本振光空间方向严格对准。5)稳定性和可靠性高：外差信号通常是交变的射频或中频信号，并且多采用频率和相位调制，即使被测参量为零，载波信号仍保持稳定的幅度。 (三)光外差检测的条件 1.光外差检测的空间条件2.光外差检测的频率条件3.光外差检测的偏振条件 三、外差检测方法 (一)零差检测(二)双频干涉和外差平面干涉法(三)直接光频率调制的外差检测 (一)零差检测 图8-21　零差检测信号流程图 1.多普勒信号的接收 图8-22　差分检测的多普勒信号接收系统a)原理示意图　b)多普勒信号　c)差分接收信号 2.频率跟踪器 图8-23　利用频率跟踪器检测多普勒信号电子系统示意图 (二)双频干涉和外差平面干涉法 图8-24　光学超外差探测信号流程图 (二)双频干涉和外差平面干涉法 图8-25　双频激光干涉仪原理示意图 (二)双频干涉和外差平面干涉法 图8-26　改进的泰曼-格林干涉仪示意图a)原理示意图　b)探测器位置　c)波形图 (三)直接光频率调制的外差检测 1.双频切换干涉法2.线性扫描调频干涉法 1.双频切换干涉法 图8-27　直接光频率调制信号流程图 1.双频切换干涉法 图8-28　双频切换干涉法信号解调示意图 2.线性扫描调频干涉法 图8-29　线性扫描调频干涉示意图a)原理示意图　b)波形图①注入电流　②参考信号　③外差信号 * * * * * * * * * * * 由于 ，所以瞬时中频电流的大小与失配角?有关。 显然 时瞬时中频电流达到最大值，此时要求 亦即要求失配角 。即要求失配角 ， 由于实际原因， ?角很难调整到零，为了得到尽可能大的中频输出，总是希望因子 尽可能接近于1，要满足这一条件，只有 即 失配角?与信号波长成正比，与光混频器的尺寸成反比。相干探测的空间准直要求是非常严格的。在红外波段光外差探测比在可见光波段有利的多。 2、相干探测的频率条件 为了获得高灵敏度的相干探测，还要求信号光和本振光具有高度的单色性和频率稳定度。从物理光学的观点来看，相干探测是两束光波叠加后产生干涉的结果。显然，这种干涉取决于信号光束和本振光束的单色性。所谓光的单色性是指这种光只包含一种频率或光谱线极窄的光。激光的重要特点之一就是具有高度的单色性。 信号光和本振光的频率漂移如不能限制在一定范围内，则相干探测系统的性能就会变坏。这是因为，如果信号光和本振光的频率相对漂移很大，两者频率之差就有可能大大超过中频滤波器带宽，因此，光混频器之后的前置放大和中频放大电路对中频信号不能正常地加以放大。所以，在光相干探测中，需要采用专