直接探测和相干探测.
VPI大作业题目V3
VPI大作业题目V3验证型题目（10题，每题只能有一组学生选择，组内不同学生设置参数要有差异）1.基于直接探测和相干探测装置的光发射机指标参数测量系统设计（第二章）说明与要求：搭建直接探测和相干探测装置，对光发射机的重要指标如激光器线宽、强度噪声、调制后信号的啁啾大小等进行测量。
根据光谱仪、射频频谱分析仪获得的测量结果，估计测量误差大小并提出改进方法。
注：线宽的测量主要针对窄线宽激光器（100kHz左右）进行。
参考例程：Chirp and Transfer Function Measurement；RIN Measurement MethodsSelf-Heterodyne Linewidth Measurement。
难度等级：B2.相同速率（比特率）不同调制格式的光信号时频域特征研究与抗色散性能分析（第三章）说明与要求：信号速率固定为100Gbps。
分析脉冲占空比分别为100%，66%和33%的OOK，DPSK，QPSK和16QAM的光信号。
研究不同调制格式时域波形和光谱形状的差别；研究不同调制格式随标准单模光纤色散值变化而引起的脉冲展宽变化规律，比较其色散容限大小。
参考例程：Differential Phase Shift Keying (DPSK) vs. Non Return-to-Zero (NRZ)for 40 Gbit/s over 5*90 km Terrestrial System。
BER vs. Accumulated Dispersion for ASK, DPSK and DQPSK modulation formats；BER vs OSNR for ASK, DPSK and DQPSK Modulation Formats。
难度等级：A3.光纤中受激布里渊散射效应的研究（第三章）说明与要求：通过测量背向散射功率获得不同有效面积光纤的SBS阈值，构建相关变化规律曲线；讨论使用标准单模光纤时, SBS效应对相同速率不同调制格式（如OOK，BPSK，QPSK等）光信号的传输损伤。
北京交通大学光电子学作业参考答案
变化．阴极在光照下发射光电子，光电子被极间电场加速聚焦，轰击倍增极，倍增极
在高速电子轰击下产生更多的电子，电子数目增大若干倍。
光敏电阻：
4. 光电倍增管的负高压供电方式\噪声特性? 负高压供电方式是指电源正极接地，使阳极输出直接接入放大器输入端而无需隔直流 电容。
优点是便于用直流法测量阳极输出电流，能响应变化非常缓慢的光信号。 缺点是地处于高电位，易受外界电磁干扰，噪声大。 对电磁屏蔽良好的光电倍增管来说，其噪声主要来源是暗电流、光信号电流、背景光 电流以及负载电阻的热噪声。如果光信号变化缓慢，还应考虑 1/f 噪声。
效率η则是对同一个问题的微观 ---宏观描述。现在把量子效率和灵敏度联系起来，
可得 η
=
hv e
Ri
光谱量子效率 η λ
=
hc eλ
Ri
通量阈 Pth 和噪声等效功率 NEP：实际情况告诉我们，当 p＝o 时，光电探测器的输出
电流并不为零。这个电流称为暗电流，记为 In=( im2 )1／2，它是瞬时噪声电流的有
1. 描述 CCD 的性能参数有那些?其含义是什么？ 一.转移效率：是指电荷包在进行一次转移中的效率，即电荷包从一个栅下势阱转移 到下一个栅下势阱时，有 V 部分电荷转移过去，余下 ε(称为失效率)部分没有转移， η 用公式表示为η＝1－ε 二 暗电流：是指在既无光注入又无电注入情况下输出的电流。 三 噪声：散粒噪声、转移噪声和热噪声 四 灵敏度(响应度)：指在一定光谱范围内，单位曝光量（光强与光照时间之积）的 输出信号电压(电流)。 五 分辨率：指摄像器对物像中明暗细节的分辨能力。用 MTF 表示分辨率 六 噪声等效功率 NEP：当入射辐射的功率为 NEP 时，则 CCD 输出的 S／N 为 1。NEP 又常常称为探测器的灵敏度。 七 动态范围：光敏元满阱信号／等效噪声信号。 八 峰值波长与截止波长：峰值波长(λp)表示探测器对入射光最灵敏的那个波长， 单位为μm(或 nm)。
直接探测和相干探测PPT课件
相干探测需要将待测光信号与参考光信号进行干涉，通过检测干涉图样的变化来提 取光信号的参数。
相干探测技术能够提供高精度和高灵敏度的测量结果，因此在光学测量、光谱分析、 激光雷达等领域得到广泛应用。
相干探测的应用场景
直接探测
常用于短距离光纤通信和 局域网。
适用于高精度和低噪声应 用场景。
适用于高速数据传输和低 成本应用场景。
相干探测
常用于长距离光纤通信、 卫星光通信和光雷达等领
域。
优缺点比较
直接探测的优点
结构简单、成本低、实时性好； 缺点是精度较低，容易受到噪声 和干扰的影响。
相干探测的优点
精度高、抗干扰能力强；缺点是 需要本振光信号和复杂的干涉结 构，成本较高。
直接探测和相干探测ppt课件
目录
• 引言 • 直接探测技术 • 相干探测技术 • 直接探测与相干探测的比较 • 未来展望
01 引言
主题简介
直接探测和相干探测是光通信领域中 两种重要的信号检测方式，它们在原 理、应用和优缺点等方面存在显著差 异。
相干探测则利用光干涉原理，通过比 较输入光信号与本振光的干涉结果来 获取信息。
05 未来展望
技术发展趋势
01
02
03
探测技术不断升级
随着科技的进步，直接探 测和相干探测技术将不断 升级，提高探测精度和稳 定性。
智能化发展
未来探测技术将更加智能 化，能够自动识别和判断 目标，减少人工干预。
多模态融合
将不同探测方式进行融合， 形成多模态探测系统，提 高探测效率和准确性。
应用领域拓展
第十一章直接探测系统
使光束直径小于光探测器得直径。
光电探测器接收到得功率 PS(为t) : PS (t)
P(单) :位波长,单位立体角得接收功率。
2
1 P()1 2
Ar L2
d
Ar / L接2 : 收系统对应得立体角。
对于被动系统: P由 普: 朗克公式给出
对于主动系统:
P()
2 hc2 5
1 e hc / kT
2hf
PS
△ 此为直接探测系统在理论上得极限信噪比,即直接探测
系统得量子极限。
△ 直接探测系统在理论上可测量得最小功率为:
( NEP)量
2hf
当f 1， 1时，(NEP)量 2h (理想值)
△实际探测系统不可能就是理想状态;
①实际系统得视场不能就是衍射极限对应得小视场。
②背景噪声不可能为零。
②另外光电探测器输出得光电流正比于光场振幅
得平方,即光强。
④如果入射信号光为强度调制光(IM),设调制信号为d(t) 则光电探测器输出得光电e流:
IP h P[1 d (t)] *特别注意:光电探测器响应得就是光场得包络,目前,没有 可以直接响应光场频率得探测器。 二、直接探测系统得信噪比 设信号得光功率为:PS 噪声功率为:PN 光电探测器输出得信号电功率为:SP 噪声功率为:NP
①像差
②大气扰动引起得跳动等 光斑比非理想状态下得爱里衍射斑 要大,但视场还就是要小
原因:①工艺上得限制
②Ad小,背景噪声小 2、背景功率:
经推导:
2
Pb (t)= 1 N()Ard1 2d
d
Ab L2
Ad fr2
限制背景功率得措施: ①空间上限制系统得视场角。 ②加光学滤光片时对背景进行光谱滤波。 二、扩展系统视场得方法 在不降低系统灵敏度和空间分辨率 得条件下扩大视场: 1、采用多元探测器列阵或采用摄像器件 对每个探测器,视场不大,噪声影响不大,作用距离长 空间分辨率高
第八章 外差(相干)探测系统
上页 下页 后退
外差探测系统
经推导
2 2
对中频周期求平均
PIF = 4α Ps PL cos [ωIF t + (φL − φs ) ] ⋅ RL = 2α 2 Ps PL RL
在直接探测中，探测器输出的电功率为： 在直接探测中，探测器输出的电功率为：
PL = is2 RL = α 2 Ps2 RL
上页 下页 后退
外差探测系统
直接检测接收机框图
外差检测接收机框图
上页 下页 后退
外差探测系统
外差原理图
相干光通信系统
上页 下页 后退
外差探测系统
8.1.1 光频外差探测的实验装置
光频外差探测的实验装置， 光频外差探测的实验装置，即光频外差多普勒测速的原 理装置。 理装置。
CO2激本探 fs－fL
Es(t)=As cos(ωst+φs) EL(t)=AL cos(ωLt+φL)
由光电探测器的平方律特性， 由光电探测器的平方律特性，其输出光电流为
i = a[ Es (t ) + EL (t ) ]
上页
2
下页
后退
外差探测系统
i = α As2 cos2 (ωst +φs )
eη hv
功率的时变项， 功率的时变项， 相当于探测器 的频率响应非 光谱响应
中频光电流振幅、频率和相位都随信号光的振幅、 中频光电流振幅、频率和相位都随信号光的振幅、频率和 相位成比例变化；因此，振幅调制、频率调制、相位调制 相位成比例变化；因此，振幅调制、频率调制、 的光波所携带的信息，通过光频外差探测均可实现解调。 的光波所携带的信息，通过光频外差探测均可实现解调。
第八章 外差(相干)探测系统
y
KL K Ly Ks
K Lx
y
θ θ
O
x l z
O
D
x
图8.3– 1
坐标关系
注意到在探测器面上x=0， 则有 es=Es cosωst eL=EL cos(ωLt+KL sinθ·y) 在(0,y)点上的中频电流 iIF (0,y,t)=α·EsEL cos(ωIFt+KL·y·sinθ) =α·E E =α Es·EL cos(ωIFt+KL·y·θ) y θ) (8.3 - 6) (8.3 - 4) (8.3 - 5)
∆f =
C
λ
∆λ = 3 × 109 Hz 2
(8.1 - 15)
在外差探测中， 情况发生了根本变化。 如果取差 频宽度作为信息处理器的通频带∆f， 即
ωs − ωL ∆ f IF = 2π
= fs − fL
(8.1 - 16)
外差探测具有更窄的接收带宽， 外差探测具有更窄的接收带宽，即对背景光有良好 的滤波性能。 的滤波性能。
这里c是光速。
ω IF
c
(8.3 - 16)
总的中频电流为
iIF (t ) =
α
D∫
D/2
−D / 2
iIF (0, x, y )dy
∆ K IF Dθ sin 2 = α Es E L cos ω IF t ⋅ ∆ K IF ⋅ Dθ 2
(8.3 - 17)
y
K
s
K
L
θ
Kcos θ
O l
θ
Ksin θ
D
x
图 8.3 - 2 两束光平行但不垂直于探测器
考虑到sinθ≈θ， y点产生的中频电流iIF (0，y，t)可 以写为 iIF (0,y,t)=αEsEL cos(ωIFt+∆KIFy sinθ) 式中 (8.3 - 15)
直接探测和相干探测
直接探测和相干探测概述直接探测和相干探测是两种常用的信号探测方法。
直接探测是通过直接测量信号的幅度或频率来判断信号的存在与否，而相干探测则是通过与参考信号进行干扰相消来提高探测性能。
本文将对这两种探测方法进行详细介绍，并对它们的优缺点进行讨论。
直接探测直接探测是一种简单直接的信号探测方法。
在直接探测中，我们直接测量信号的幅度或频率，并将其与一个预设的阈值进行比较。
如果信号的幅度或频率超过了阈值，则判定信号存在；否则，判定信号不存在。
直接探测在实际应用中非常常见，例如在无线通信中，接收机常常通过测量信号的功率来判断信道的质量。
另外，在雷达系统中，也可以使用直接探测来探测目标的存在。
然而，直接探测方法存在一些缺点。
首先，它对噪声非常敏感，噪声的存在往往会导致误判。
其次，直接探测方法通常无法提供对信号的相位信息的判断，这在某些应用中可能是十分重要的。
相干探测相干探测是一种基于相干性原理的信号探测方法。
在相干探测中，我们通过将接收到的信号与一个已知的参考信号进行干扰相消，从而提高探测性能。
相干探测的核心思想是利用干扰相消来减小噪声的影响，并提高信号与噪声之间的信噪比。
通过与参考信号进行相关运算，我们可以将信号的相位信息从噪声中提取出来，从而实现对信号的更准确的判断。
相干探测在很多应用中被广泛使用。
在通信系统中，相干解调可以大大提高接收机的性能。
在雷达系统中，相干处理可以提供目标的精确距离和速度信息。
然而，相干探测方法也存在一些限制。
首先，相干探测方法通常需要事先获得参考信号，这对于某些应用来说可能是十分困难的。
其次，对于复杂的信号，相干探测可能需要耗费大量的计算资源。
优缺点比较直接探测和相干探测具有不同的优缺点。
直接探测方法简单直接，适用于一些简单的探测问题。
然而，直接探测方法对噪声非常敏感，且无法提供对信号相位的判断。
相比之下，相干探测方法可以通过干扰相消来减小噪声的影响，并提高探测性能。
相干探测还可以提供对信号的相位信息的判断，这对于一些需要精确测量的应用非常重要。
第10章 相干探测
e iIF 2 h
PL Ps cos ( L S )t (L S )
三、良好的滤波性能
在直接探测过程中，光探测器除接收信号光以外，杂散背 景光也不可避免地同时入射到光探测器上。为了抑制杂散 背景光的干扰，提高信号噪声比，一般都要在光探测器的 前面加上孔径光阑和窄带滤光片。 相干探测系统对背景光的滤波性能比直接探测系统要高。 因为相干接收时要求信号光和本地振荡光空间方向严格调 准。而背景光入射方向是杂乱的，不能满足空间调准要求， 于是就不能得到输出。所以相干探测自身有很好的空间滤 波性能，无需像直接探测那样在系统中加孔径光阑和滤光 片。
四、有利于微弱光信号的探测
在直接探测中光探测器输出的光电流正比于信号光的平均 光功率，即光探测器输出的电功率正比于信号光平均光功 率的平方。 2
e 2 S p I RL Ps RL hν
2 p
在相干探测中光混频器输出的中频信号功率正比于信号光 和本振光平均光功率的乘积。通常，入射到光探测器上的 信号光功率是非常小的(尤其在远距离上应用，例如光雷 达、遥感、空间光通信等应用)，因而，在直接探测中光 探测器输出的电信号也是极其微弱的。在相干探测过程中， 尽管信号光功率非常小，但只要本振光功率足够大，仍能 得到可观的中频输出。相干探测对微弱光信号的探测特别 2 有利。 e
2
在同样信号光功率PS条件下，这两种探测方法所得到的信号 功率比G为
PIF 2 PL G SP PS
PL PS , G 107 ~ 108
二、可获得全部信息——振幅、频率、位相
• 在直接探测中，光探测器输出的光电流随信号光的振幅或 强度的变化而变化，光探测器对信号光的频率或相位变化 不响应。 • 在相干探测中，光电探测器输出的中频光电流的振幅、频 率和相位都随信号光的振幅、频率和相位的变化而变化。 这使我们能把频率调制和相位调制的信号光像幅度调制或 强度调制一样进行解调。
直接探测与相干探测
原理图
带通滤 波
一般情况：在同一方向上传播、振动方向相同、振 幅不同、频率差相差很小的两束单色光
双频（不同光波长）光波： 信号光ωs （异地）
参考光ωr（本地）
1)合成的光强得到信号输出
信号光 Es (t) as sin(st s )
参考光 Er (t) ar sin(rt r )
平方律探测器光混频电流信号为：
•解决方法：判别计数。当测量镜正向移动时所产生 的脉冲为加脉冲；反之为减脉冲 。
A1路
A路
A2路
移相 ＋/2
B1路
B路
B2路
46
A路
•判向计数：
B路
A1路 A2路 B1路 B2路
A1路 A2路 B1路 B2路
47
•正向移动：
正 向 ： 1 3 2 4
位移长度为：
LN
8
•反向移动：
反 向 ： 1 4 2 3
1.激光器 2.透镜 3.小孔光阑 4.透镜 5.反射镜 6.反射棱镜 7.位相板8. 角锥反射棱镜9．分束镜10.角锥反射棱镜 11.透镜 12. 光阑 13.光电探
测器 14. 透镜 15.光阑 16.光电探测器
45
•3）干涉信号的方向判别与计数
•误差原因：外界干扰因素的影响，使测量镜在正向 移动过程中产生一些偶然的反向移动。单纯计数， 测量结果是正反移动的总和。
(e
/
hv)2
2 s
in2S in2B in2D in2T
散粒噪声
热噪声
信号光电流、背景光电流和器件暗电流
仅考虑信号光电流引起的散粒噪声： in2S 2eISf
SNRd
s 2h
f
外差探测：
第五讲激光外差干涉测长与测振
主要内容 一、双频激光外差干涉 二、双频激光外差干涉的应用 三、条纹小数重合法原理 四、红外双线氦氖激光绝对干涉测长系统
一、双频激光外差干涉仪
光源: 双频He-Ne激光器
由于
t
0
fdt＝
t
2v
0
所以 L N f dt 在全内腔单频He—Ne激光器上加上约 300 ×10-4T 2 的轴向磁场 2 0
dt＝
0
t
2
t
2 vdt＝ L
由于塞曼效应 1/4波片 和频率牵引效 应，使该激光 双频激光器 f2 器输出一束有 f1 两个不同频率 检偏器 的左旋和右旋 圆偏振光 ，它 f2－f1 们的频率差△V 约为1．5MHz
准直系统 f2
偏振分光镜 v f1 可动角 隅棱镜
f1±Δf
f2 探测器 前置 放大器
1 2 干涉场中某点（x， 1 y） 2 Er 1 cos 2( )t Et 1 cos 2t φ( x,y) 2 2 处光强以低频Δω随 Er Et cos(时间呈余弦变化 2 )t φ( x,y) Er Et cost-φ( x,y)
f1±Δf
数 据 处 理
f2－（f1±Δf）
双频激光器外差干涉测长原理图
工作原理
双频激光器1发出双频激光束
通过1／4波片2变成两束振动方向互相垂直的线偏振 光(v1垂直于纸面，v2平行于纸面) ，
经光束扩束器3适当扩束准直后，光束被分束镜4分为两部分
根据马吕斯定律， 两个互相垂直的 线偏振光在450方 向上的投影，形 成新的同向线偏 振光并产生 “拍”，其拍频 就等于两个光频 之差，即△v＝ v1—v2＝1.5MHz
第10章 相干探测
As Ar cos[(ωr − ωs )t + (ϕr − ϕs )]}
<1010Hz
1014～1015Hz
北京理工大学光电学院
《光电技术与实验》
8
光探测器输出的光电流
ip (t) = β E 2 (t) = β[Es (t) + Er (t)]2
β = eη
hv
= β{As2 cos2 (ωst + ϕs ) + Ar2 cos2 (ωrt + ϕr ) + As Ar cos[(ωr + ωs )t + (ϕr + ϕs )] + As Ar cos[(ωr − ωs )t + (ϕr − ϕs )]}
有高度的单色性和频率
稳定性。
如何获得单频光和稳频光？
北京理工大学光电学院
《光电技术与实验》
16
为什么需要角准直？
探测器接收面上沿x方向各点的相位不同
信号光和本振光的波前在光混频器表面上 没有相同的位相关系
导致混频输出电流信号减小
北京理工大学光电学院
《光电技术与实验》
17
为什么需要角准直？
探测器表面各点 相位相同时：
北京理工大学光电学院
《光电技术与实验》
2
第10章 相干探测系统
10.1 相干探测原理 10.2 相干探测特性 10.3 影响相干探测灵敏度的因素
• 空间条件 • 频率条件
北京理工大学光电学院
《光电技术与实验》
3
10.1 相干探测原理
信号光和参考光在满足波前匹配条件下在光电探测器上进行 光学混频。探测器输出的是两光波光频之差的拍频信号，该 信号包含有调制信号的振幅、频率和相位等特征。通过检测 拍频信号可以解调出被传送的信息。
机载激光雷达的知识
机载激光雷达的知识发布日期:2009-09-04 我也要投稿!作者:网络阅读:309[ 字体选择：大中小 ]机载激光雷达特点、分类及其发展激光雷达可以按照所用激光器、探测技术及雷达功能等来分类。
目前激光雷达中使用的激光器有二氧化碳激光器，Er:YAG激光器，Nd：YAG激光器，喇曼频移Nd：YAG激光器、GaAiAs 半导体激光器、氦-氖激光器和倍频Nd：YAG激光器等。
其中掺铒YAG激光波长为2微米左右，而GaAiAs激光波长则在0.8-0.904微米之间。
根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。
其中直接探测型激光雷达采用脉冲振幅调制技术（AM），且不需要干涉仪。
相干探测型激光雷达可用外差干涉，零拍干涉或失调零拍干涉，相应的调谐技术分别为脉冲振幅调制，脉冲频率调制（FM）或混合调制。
按照不同功能，激光雷达可分为跟踪雷达，运动目标指示雷达，流速测量雷达，风剪切探测雷达，目标识别雷达，成像雷达及振动传感雷达。
激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达没有区别，即由雷达发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标的距离。
至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度，这是、也是直接探测型雷达的基本工作原理。
由此可以看出，直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近，相干探测型激光雷达又有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共同在所谓单稳态系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径。
并由发射/接收（T/R）开头隔离。
T/R开关将发射信号送往输出望远镜和发射扫描系统进行发射，信号经目标反射后进入光学扫描系统和望远镜，这时，它们起光学接收的作用。
T/R 开关将接收到的辐射送入光学混频器，所得拍频信号由成像系统聚焦到光敏探测器，后者将光信号变成电信号，并由高通滤波器将来自背景源的低频成分及本机振荡器所诱导的直流信号统统滤除。
现代通信光电子学
n 1
k a 0A 0n M 1 m 2 nc o s nt n
k a 0A 0n M 1 m 2 nc o s nt n
F(t) 的 频 谱
外差信号频谱
O
M
M
M
图5.2 调幅信号及其外差信号的频谱变换
在特殊的情况下，若使本振光频率和信号光频率相同，
Ihskasa0cos
Ps(t)E02[1ma cos(st s)]2 co2s(0t 0)
E02 2
(1
ma2 2
)E02ma
c
o
s(st
s)
E02ma2 4
cos2(st
2s)
E02 2
c
o
s2(0t
20)
E02ma 2
cos[2(0
s
)t
(20
s
)]
E02ma 2
cos[2(0
s)t
(20
s
)
]
E02ma 2
cos[2(0
2s
)t
(20
2s)]
E02ma 2
co
s[2(0
2s)t
(20
2s)]
测得调制信号的振幅、频率和相位
P s(t)E 0 2m acosts(0)
功率信噪比 SNRP=?
Is0
eps
hv
IN2 2eIsf
SNRP
I
2 s
I
2 N
1
2hvf
Pmin
直接探测调制信号的量子极限功率
8.1.2 外差探测的原理
这表明零差探测能无畸变地获得调制信号的原形，只是 包含了本振光振幅的影响。此外，在信号光不作调制时 ，零差信号只反映相干光振幅和相位的变化而不能反映 频率的变化，这就是单一频率双光束干涉相位调制形成 稳定干涉条纹的工作状态。
国防科学技术大学钱学森班选拔考试题
国防科学技术大学钱学森班选拔考试题一、选择（每题2分，共10题，共20分;每题只有唯一正确答案，多选计0分!)1. PbS的禁带宽度为0.67eV,其截止波长在（）A.可见光区B.近红外区C.中红外区D.远红外区2．设某目标辐射光的波长在中红外波段，下列探测器可供选择的最佳探测器有（）A.磷镉汞PV探测器B.PMTC.Si光电二极管D.Si-CCD3．直接探测和相干探测的比较，下列说法那种是不正确的（）A.直接探测可以用非相干光源（如各种自然光源、LED等），也可以用相干光源（如各种激光），相干探测只能用相干光源。
B.直接探测利用光束的强度去携带信息，相干探测用光波的振幅、频率和相位等来携带信息。
C.相干探测只要求满足波前匹配条件，系统结构较直接探测简单。
D.相干探测比直接探测具有更低的探测极限，前者的测量精度优于后者IO1~IO'倍数量级。
4.下列检测设备或者系统变得工作原理基于自相关检测的是（）A.锁定放大器B.取样积分器C.光子计数器D.相干探测系统5．若要检测宽度为10「七脉冲光信号，应选择最佳的光电探测器为（）A .PIN型光电二极管B.热电偶C.PN结型光电二极管D.2CR11硅光电池6.利用下列哪种调制器或者设备可以实现对光波的频率进行调制（）A.电光调制器B.迈克尔孙干涉仪C.激光陀螺D.日出式调制盘7.光伏探测器与光导探测器比较，下列说法不正确的是:（）A.光伏探测器不具有内增益（除APD和光电三极管外)。
B.光伏效应响应时间主要山载流子到结区的扩散时间决定，其扩散时间通常短于多数载流子寿命，所以它比用相同材料制成的光电导探测器响应更快。
C.光伏效应对光的吸收为本征吸收，而光电导效应可以是本征吸收，也可以是非本征吸收，所以光伏探测器光谱响应的长波限一般为中远红外区，而杂质光电导探测器可延伸到远红外区。
D.所有光伏探测器必须工作在一定的反向偏压条件下，才能发挥其正常功能。
激光雷达工作原理
激光雷达工作原理激光是 2 0世纪 6 0年代出现的最重大科学技术成就之一。
它的出现深化了人们对光的认识 ,扩大了光为人类服务的天地。
激光技术从它的问世到现在 ,虽然时间不长 ,但是由于它有着几个极有价值的特点 :高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性。
激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。
由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。
发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。
激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。
首先明白一下激光雷达，激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与被探测无相互作用的光波信号来遥感测量的．使用振动拉曼技术进行测量的激光雷达技术即为拉曼激光雷达，主要用于大气遥感测量。
拉曼激光雷达属于遥感技术的一种。
激光雷达作为一种主动遥感探测技术和工具已有近50 年的历史，目前广泛用于地球科学和气象学、物理学和天文学、生物学与生态保持、军事等领域。
其中，传统意义上的激光雷达主要用于陆地植被监测、激光大气传输、精细气象探测、全球气候预测、海洋环境监测等。
随着激光器技术、精细分光技术、光电检测技术和计算机控制技术的飞速发展，激光雷达在遥感探测的高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有独到的优势。
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。
从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。
根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。
第10章相干探测-精品
• 设信号光为： E S(t)A ScoS ts (S)
• 参考（本振）光为： E L (t) A LcoL ts L ()
• 合成：
E t( t) A S co S t s S ) ( A L co L t s L )(
光电信号检测 第十章 相干探测
第十章 相干探测
相干探测又称为光外差探测。其探测原理与微波及无线电 外差探测原理相似，但由于光波比微波的波长短103～104 倍，因而其探测精度比微波高103～104 倍。
相干探测与直接探测比较，其测量精度高107～108倍，它 的灵敏度达到了量子噪声限，可探测单个光子，进行光子 计数。
尽管信号光功率非常小，但只要本振光功率足够大，仍能
得到可观的中频输出。相干探测对微弱光信号的探测特别
有利。
PIF 2hνe2PSPLRL
§10－3 相干探测的空间条件和频率条件
一、相干探测的空间条件
为简化分析，假设信号光和本振光均为平面波，夹角为θ， 探测器为正方形（边长为d），有：
一、转换增益高
相干探测时，光电探测器经负载电阻输出的信号功率为
PIF 2hνe2PSPLRL
直接探测时，光电探测器经负载电阻输出的信号功率为
Sp Ip2RL ehν2Ps2RL
在同样信号光功率PS条件下，这两种探测方法所得到的信号
功率比G为
G PIF 2PL SP PS
相干探测系统对背景光的滤波性能比直接探测系统要高。 因为相干接收时要求信号光和本地振荡光空间方向严格调 准。而背景光入射方向是杂乱的，不能满足空间调准要求， 于是就不能得到输出。所以相干探测自身有很好的空间滤 波性能，无需像直接探测那样在系统中加孔径光阑和滤光 片。
工程测绘中激光雷达测绘技术的应用
工程测绘中激光雷达测绘技术的应用发表时间：2016-09-27T16:53:51.233Z 来源：《基层建设》2016年12期作者：刘金苹[导读] 摘要：激光雷达技术（LIDAR）由于具有快速、简单、准确获取空间三维信息等特点，而普遍受到人们的热心关注。
近几年来，激光雷达技术已经作为一项高新技术被广泛运用于工程测绘工作中。
伴随着经济的发展，激光雷达技术本身也在不断发展，其在各个领域内的运用也有了新的进步。
LIDAR技术在工程测绘中得到了比较广泛的应用。
山东省地质测绘院 250011摘要：激光雷达技术（LIDAR）由于具有快速、简单、准确获取空间三维信息等特点，而普遍受到人们的热心关注。
近几年来，激光雷达技术已经作为一项高新技术被广泛运用于工程测绘工作中。
伴随着经济的发展，激光雷达技术本身也在不断发展，其在各个领域内的运用也有了新的进步。
LIDAR技术在工程测绘中得到了比较广泛的应用。
本文在介绍激光雷达的分类与工作原理的基础上，探讨了激光雷达技术在工程测绘中的具体应用，以供大家参考。
关键词：激光雷达技术；测绘一、激光雷达技术的概念激光雷达测绘技术，即IIDAR，是一种高配置高原理集成系统，是当前数码测绘技术的典型代表。
激光雷达技术主要由记载GPS提供空间位置，这种技术的激光方向建立在惯性测量技术的基础上。
此外，激光系统主要供给激光脉冲，由计算机系统提供高速和大规模的数据存储空间与处理能力。
运用激光雷达技术可以同时快速的获得空间三维坐标。
实地拍摄的数码摄影像片，在计算机的处理后，可以重现大型实体及场景目标的3D数据模型，呈现设计生活中的事物的真实存在形态，确保快速获取空间信息的效果。
机载激光雷达系统则是一款高速度、高性能、长距离的航空测量设备，该系统由激光测高仪、GPS 定位装置、IMU（惯性制导仪）和高分辨率数码照相机组成，实现对目标物的同步测量。
测量数据通过特定方程解算处理，生成高密度的三维激光点云数值，为地形信息的提取提供精确的数据源。
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SNRdB 10lg
I RL i RL
2 s 2 n
20lg
i
2 n
Is
1/ 2
－－电信号功率和电噪声功率之比
信噪比是衡量光电探测系统质量好坏的一个 重要指标
模拟信号系统：3～5，
精度高时10～100
数字脉冲系统：例如，光通信误码率<10-9
要求信噪比～20dB
提高系统信噪比的基本途径：
基准精度 幅度 频率 10-3～10-4 10-6～10-8 测量精度 10-2～10-3 10-5～10-7 基准稳定方法
模拟量 稳定电路
晶振， 数字锁相环
现代光电测量中常优先考虑采用频率测量法！
9.1.3直接探测的应用举例
例3. 光电测距 发射光波
－－光电光波测距
0t 0 2D / c
应用于测量：
几何量（长度、位移· · · · ） 表面形状参量（工件粗糙度、伤痕· · · ） 光学参量（吸收、反射· · · ） 电磁量（电流、电场、磁场· · · ） · · · · · · · · · · · · · ·
应用于控制：
激光制导、飞行物自动跟踪 激光稳频、机器人视觉 · · · · · · · · ·
9.2.1 相干探测的基本原理
9.2.2 相干探测的条件
9.2.3 相干探测的应用举例
9.2.1 相干探测的基本原理
1. 相干探测的物理过程
接收光波
距离－－光通量（相位）
第09章 直接探测和相干探测 直接探测：（非相干探测）
装置简单，光源为相干光源或非相干光 源，只能探测光功率（光强）。
相干探测： （光学外差探测）
装置复杂，光源必须为相干光源，间接 探测光波的振幅、频率和相位等参数。
9.2 相干探测
－－Coherent Detection －－又称为光外差探测
2 2 s
最理想情况，只有信号光电流 引起的散粒噪声（忽略吗？）
s SNRd 2hv f
i
2 nS
2eISf
－－直接探测的量子极限
s SNRd 2hv f
2hv f
－直接探测的量子极限
量子极限的另一种表达是：
NEPd
－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
9.1.3直接探测的应用举例
特点：信息加载－－辐通量（光强）
几何量（长度、位移· · · · ） 表面形状参量（工件粗糙度、伤痕· · · ） 光学参量（吸收、反射· · · ） 电磁量（电流、电场、磁场· · · ） · · · · · · · · · · · · · ·
辐通量（幅度、频率、相位· · · ）
光－电信号变换 光信号
光电 探测器
电信号
E E0 cos(2 vt 0 )
人眼和探测器 可以响应平均光功率
ΦE
2 0
平方律器件
光－电信号变换 光信号
光电 探测器
电信号
E E0 cos(2 vt 0 )
光的频率：1014～1015Hz 探测器响应频率<1010Hz
光－电信号变换 光信号
－－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
2) 直接探测的信噪比极限：
以光电二极管为例
Psd (e / hv ) SNRd 2 2 2 2 Pnd inS inB inD inT
光场包络的 频率<1010Hz
例1 比较光场频率和光强度信号的变化频率 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 =890nm
光场频率 v =? 光强度信号的变化频率f = ？
9.1.1直接探测的基本原理
2.直接探测系统的信噪比
1)信噪比定义：
2 2 Is Us P I R I s s L s SNR 2 2 SNRI 2 或 SNRU 2 P i u i R i n n n n L n
能量hν。 实际上，几乎不可能？？？
9.1 直接探测
－－Drirect Detection ，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）
9.1.1直接探测的基本原理
9.1.2* 直接探测系统的视场和作用距离 9.1.3直接探测的应用举例
9.1.3直接探测的应用举例
2 2 s
散粒噪声
热噪声
信号光电流、背景光电流和器件暗电流 最理想情况，只有信号 2 光电流引起的散粒噪声 inS 2eIS f
s SNRd 2hv f
－－直接探测的量子极限
2.直接探测系统的信噪比
2) 直接探测的信噪比极限：
P ( e / hv ) sd SNRd 2 2 2 2 Pnd inS inB inD inT
光电 探测器
电信号
E E0 cos(2 vt 0 )
响应平均光功率 直接探测 响应光的频率 · · · 相干探测
第09章
直接探测和相干探测
光－电信号变换
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
9.1 直接探测
－－Drirect Detection ，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） 9.1.1直接探测的基本原理 9.1.2* 直接探测系统的视场和作用距离 9.1.3直接探测的应用举例
1.直接探测基本物理过程：
光波：
光功率：
2 s (t ) as
Es (t ) as sin(st S s (t ) as
人眼和探测器可以响应平均光功率
平方律器件：
－－光电探测器 响应光场包络 光场的频率 1014～1015Hz
I ds S s [1 V (t )]
9.1.3直接探测的应用举例
例1. 光电磁场测量
磁场
振动方向旋转角度
光通量幅度
磁场－－光通量（幅度）
9.1.3直接探测的应用举例
例2. 光栅莫尔条纹测位移
x Δ m cos(2π ) P
t
精度已可达±0.1μm/m
位移－－光通量（频率）
光通量的频率测量
光电转速表 光栅位移传感器
测“幅度”与“频率”方法，测量精度的比较：