光电测试技术激光外差干涉.ppt

光谱滤波性能如果取差频信号宽度ωc/2π=ωL-ωs/2π为信息处理器的通频带Δf，那么只有与本机振荡光束混频后在此频带内的杂光可以进入系统，其他杂光所形成的噪声均被信号处理器滤掉。因此，外差探测系统中不需要加光谱滤光片，其效果甚至比加滤光片的直接探测系统还好得多。外差探测对背景光有强抑制作用。这是光外差探测的第三个优点。010302外差探测信噪比如果入射到探测器上的光场不仅存在信号光波Ps，还存在背景光波Pb，输出信噪比为说明外差探测的输出信噪比等于信号光波和背景光波振幅的比值，输人信噪比等于输出信噪比，输出信躁比没有任何损失。这是外差探测的第四个优点。但是，当本振光功率足够大时，本振光产生的散粒噪声远大于其他噪声。本振光功率继续增大时，由本振光所产生的散粒噪声随之增大，从而使光外差探测系统的倍噪比降低。所以，在实际的光外差探测系统中要合理选择本振光功率的大小，以便得到最佳信噪比和较大的中频转换增益。稳定性和可靠性较高即使被测参量为0，载波信号仍保持稳定的幅度激光外差干涉测试技术**激光外差干涉测试技术应用①激光外差干涉测长数据处理双频激光器1/4波片准直系统可动角隅棱镜检偏器v探测器前置放大器f2f1f1±Δff2f1f2f1±Δf图4-33双频激光器外差干涉测长原理图偏振分光镜f2－f1f2－（f1±Δf）**激光外差干涉测试技术光电检测系统分类**01主动系统/被动系统(按信息光源分)03点探测/面探测系统(按接受系统分)05直接检测系统/光外差检测系统(按光波对信号的携带方式分)02红外系统/可见光系统(按光源波长分)04模拟系统/数字系统(按调制和信号处理方式分)直接检测的基本原理**直接检测(非相干检测): 都是利用光源发射的光强携带信息,直接把接受到的光强变化转换为电信号的变化。激光外差干涉测试技术**单频激光干涉仪的光强信号及光电转换器件输出的电信号都是直流量，直流漂移是影响测量准确度的重要原因，信号处理及细分都比较困难。为了提高光学干涉测量的准确度，七十年代起有人将电通讯的外差技术移植到光干涉测量领域，发展了一种新型的光外差干涉技术。概念：光外差干涉是指两只相干光束的光波频率产生一个小的频率差，引起干涉场中干涉条纹的不断扫描，经光电探测器将干涉场中的光信号转换为电信号，由电路和计算机检出干涉场的相位差。特点：克服单频干涉仪的漂移问题；细分变得容易；提高了抗干扰性能。123456光外差探测系统**光外差探测在激光通信、雷达、测长、测速、测振、光谱学等方面都很有用。其探测原理与微波及无线电外差探测原理相似。光外差探测与光直接探测比较，其测量精度要高7~8个数量级。激光受大气湍流效应影响严重，破坏了激光的相干性，因而目前远距离外差探测在大气中应用受到限制，但在外层空间特别是卫星之间通信联系已达到实用阶段。12光外差探测原理光外差探测与直接探测相比较有许多优点，在直接探测中由于光的振动频率高达2×1013~7.5×1014Hz，振动周期T为5×10-14~1.3×10-15s(可见光到中近红外)，而探测器响应时间最短10-10s,它只能响应其平均能量或平均功率。平均功率**在直接探测中，设光波动的圆频率为ω，振幅为A，则光波f(t)写成光外差检测**fs为信号光波，fL为本机振荡(本振)光波，这两束平面平行的相干光，经过分光镜和可变光阑入射到探测器表面进行混频，形成相干光场。经探测器变换后,输出信号中包含fc＝fs–fL的差频信号．故又称相干探测.，入射到探测器上的总光场为由于光探测器的响应与光电场的平方成正比，所以光探测器的光电流为基本原理**设入射到探测器上的信号光场为：本机振荡光场为：入射到探测器上的总光场为：光探测器输出的光电流**；:量子效率；:光子能量；:差频。第三项（和频项）是余弦函数的平均值为零。而第四项（差频项）相对光频而言，频率要低得多。式中第一、二项为余弦函数平方的平均值，等于1／2。当差频低于光探测器的截止频率时，光探测器就有频率为的光电流输出。2341光学外差探测利用一个频率与被测相干辐射的频率相近的参考激光辐射在探测元件（通常由光电导材料、光生伏打材料或光电发射材料制成）中与被测辐射混频而产生差频。光学外差探测只受到散粒噪声的限制，因而探测率比直接探测或零差探测高几个数量级。零差探测的本振信号经