[物理]第七章光辐射的探测及成像技术.ppt

第七章 光辐射的探测及成像技术 光电探测技术基础 光电探测的物理效应 光电探测的物理效应 外光电效应——光电发射效应 外光电效应——光电发射效应 外光电效应——光电发射效应 外光电效应——光电发射效应 外光电效应——光电发射效应 内光电效应 内光电效应 内光电效应 内光电效应 内光电效应 内光电效应 光热效应 光热效应 光热效应 光热效应 光探测器性能参数 光探测器性能参数 光探测器性能参数 光探测器性能参数 光探测器性能参数 光探测器性能参数 光探测器性能参数 光电探测方式 直接探测与外差探测 直接探测与外差探测 两种探测方式性能分析 两种探测方式性能分析 两种探测方式性能分析 两种探测方式性能分析 两种探测方式性能分析 光电探测器 光电探测器类型 光电探测器类型 光电探测器类型 光电探测器类型 光电探测器类型 光电探测器类型 典型光电探测器 典型光电探测器 典型光电探测器 典型光电探测器 典型光电探测器 典型光电探测器 典型光电探测器 典型光电探测器 很多情况下直接探测只响应光功率的时变信息，而不考虑直流部分，则有 又由于 对应于光探测器的频率响应，而不是光谱响应，频率 太高，光电探测器根本不能响应，因而考虑自增益后，直接探测光探测器的实际输出电流为： 其功率信噪比 式中，G为光探测器的内部增益， 为背景光电流， 为光电阴极暗电流。 ， ， 和 分别是光电倍增管的信号光噪声功率、背景光噪声功率、暗电流产生的噪 声功率和热噪声功率。 对于光电倍增管， ， ， 和 ，其信噪比 对于光电二极管， ， ， ， ， ，其信噪比 由此可推得，在只存在光信号噪声，不考虑其他噪声时的信号极限噪声为： 2.外差探测方式性能分析 光频外差探测的原理和无线电波外差接收原理完全一样，其中必须有两束满足相干条件的光束。光外差探测系统中的光电探测器起着光学混频器的作用，它响应信号光与本振光的差频分量，输出一个中频光电流。由于探测量利用信号光和本振光在光电探测器光敏面上干涉得出，因而外差探测又称相干探测。 光外差探测中的光电转换过程不是检波过程，而是一种“转换”过程，其中的被测信号 与第二个光场，即本地振荡场 混频，从而产生频移 ，即把以 为载频的光频信息转换到以 为载频的中频电流上。这一转换是本地振荡光波的作用，它使光外差探测天然地有一种转换增益G。以直接探测为基准加以描述为 式中， 为信号光功率， 为本振光功率， 为探测器输出电功率， 也就是中频光功率 由此推得 若不考虑其中的直流部分，则有 外差探测中，本振散粒噪声远远大于热噪声及其他散粒噪声，于是可推得外差探测极限灵敏度为 此 即为光外差探测的量子极限。 入射到光电阴极上的总电场为： 比较外差探测与直接探测的极限灵敏度可得，二者形式十分相似。但由于外差探测中的 远远小于直接探测中的值，因而外差探测的极限灵敏度远远大于直接探测的极限灵敏度。这主要是因为外差探测中的高质量本振光束不仅给信号光束提供了转换增益，而且还清除了探测器内部噪声。 返回 本节首先在前述光电探测物理基础上综合分析了各类光电探测器，接着介绍几种典型光探测器。 光电探测器类型 1.光电探测器分类 光探测器的分类可以按其工作时所利用的物理效应来划分，也可以根据探测器结构形式来分，还可以根据探测方式来分。 根据探测器结构形式，可将探测器分为单元