第8章 相干检测方法与系统
8.0相干检测解析
南京理工大学 何勇
相干检测
2．干涉测量中的调制和解调
从信息处理的角度来看，干涉测量实质上是被测信息对光频载波的调 制和解调的过程。各种类型的干涉仪或干涉装置是光频载波的调制器和解 调器。所谓光调制是将一个携带信息的信号叠加到光载波上。能完成这一 调制作用的装置称作光调制器。光调制器能使光载波的特征参量如振幅、 相位、频率、偏振、波谱分布等随被测信号的变化而改变。相对应的光调 制技术分为光振幅调制（AM）、相位调制（PM）、频率调制（FM）、 偏振调制（POM）和光波谱调制（SM）。解调是调制的相反过程，它能 从被调制的光载波中以与被测参量成比例的光强信号或电信号形式检测出 被测参量。解调器可以是光学的、电子的或光电混合的。
南京理工大学 何勇
相干检测
当二光束光频相同即单频光相干时，有 ω1＝ω2或Δω＝0，此时干涉条纹不随时 间改变，呈稳定的空间分布，上式变成 I(x,y)＝A(x,y){1+γ(x,y)cos[φ(x,y)]}
表明单一频率双光束干涉时，随着相 位差的变化，干涉条纹强度的分布表 现为有偏置的正弦分布如下图a所示。 以此为基础的干涉测量形成了干涉条 纹检测技术。图b为多光束干涉时的 条纹光强分布
终解算出被测几何参量和物理参量的技术统称作光电干涉测量技术。随着现代光
学和光电子技术的发展，光电干涉技术以其潜在的生命力在信息科学中崭露头角， 取得了长足的进展。本章将介绍几种物理变换的光电方法，着重讨论相干光信息 的调制和检测技术。
南京理工大学 何勇
相干检测
光学干涉和相干光信息分类 外差探测 相干光的相位调制和检测 相干光的频率调制和检测
单频光束干涉条纹的强度分布 a) 双光束干涉 b) 多光束干涉
精品文档-数字通信原理(李白萍)-第8章
11
第 8 章 同步原理
平方变换法实现载波提取的原理方框图如图8-1所示。
图 8-1 平方变换法提取同步载波原理方框图
12
第 8 章 同步原理
如果基带信号m(t)=±1， 那么该抑制载波的双边带信号为 二进制相移键控信号(2PSK信号)， 这时已调信号sm(t)经过平方 律部件后得
sm2
(t)
1 2
1 2
cos
2ct
(8-3)
13
第 8 章 同步原理
(2) 平方环法。 为了改善平方变换法的性能， 使恢复的相 干载波更为纯净， 可以在平方变换法的基础上， 把窄带滤波器 改为锁相环， 这种实现的载波同步的方法就是平方环法。 其原 理方框图如图8-2所示。 由于锁相环具有良好的跟踪、 窄带滤 波和记忆功能， 因此平方环法比一般的平方变换法具有 更好的性能， 在载波提取中得到了广泛的应用。
v6
1 2
m(t ) s in
v5、v6经过乘法器后得到
(8-6)
v7
v5
v6
1 m2(t)sin
4
cos
1 m2(t)sin 2
8
(8-7)
20
第 8 章 同步原理
当θ较小时， (t)
(8-8)
式中，v7的大小与相位误差θ成正比。v7相当于一个鉴相器的 输出， 通过环路滤波器后就可以控制压控振荡器的输出相位，
图 8-6 DSB信号的导频插入示意图
28
第 8 章 同步原理
图 8-7 (a) 发送端; (b) 接收端
29
第 8 章 同步原理
设基带信号为m(t)， 且无直流分量; 被调载波为acsinωct;
插入导频为被调载波移相90°形成的， 为－accosωct。 其中
第8章 OFDM调制 for student
为了删除ICI，加入循环前缀
为了删除ICI，OFDM符号被周期地扩展到保护 间隔中，这样在FFT间隔中，总是存在整数倍 的周期，如下图：
保护时间/ 循环前缀
2015-1-17
FFT积分时间=1/载波间隔
天津大学电子信息工程学院通信系 25
多径延时对OFDM的影响
2015-1-17
天津大学电子信息工程学院通信系
系统参数
– Bit Rate – Tolerable delay spread – Bandwidth
系统设计
20Mbps 200ns <15MHz
– Guard time: 200ns 4 = 0.8 s – Symbol duration: 800ns 6 = 4.8 s – Subcarrier spacing: 1/(4.8-0.8)=1/4 s=250kHz
N 1
为了恢复出di,可以对s(n)进行DFT变换，有：
di
n 0
2015-1-17
N 1
in s(n) exp( j 2 ) (0 i N 1) T
天津大学电子信息工程学院通信系 18
在一个OFDM符号中，4个子载波
ห้องสมุดไป่ตู้
在这个例子中，所有的子载波有相同的相位和幅度。 2015-1-17 19 天津大学电子信息工程学院通信系 在实际应用中，每个子载波的相位和幅度可以不同。
由上式可以得到OFDM调制器
1
Input Signal
2015-1-17
Serial To parallel
e
天津大学电子信息工程学院通信系
j 2 ( N 1) ( t t s ) T
第八章-数字信号的最佳接收
E1 s (t )dt E2 s 2 2 (t )dt
0 2 1 0
T
T
（8-19）
s(t) n(t)
+
最佳接收机
输出
图8-3 接收机基本原理框图
根据上面的分析可知，在加性高斯白噪声条件下，最小差错概率准 则与似然比准则是等价的。可以直接利用似然比准则对确知信号做出 判决。在观察时间(0，T)内，接收机输入端的信号为s1(t)和s2(t)，信号 与噪声的混合波形为 发送s1(t) y(t ) s1 (t ) n(t ) 时 发送s2(t)时 由前面分析可知，当出现s1(t)或s2(t)时，观察空间的似然函数分别为
判为s1 判为s2
ps1 ( y) ps2 ( y)
（8-12）
在实际接收时，如果将信号与噪声的混合波形直接送入判决器， 接收端的判决器采用一次判决显然不可靠。从概念上来说，只要能 够看出接收到的信号与噪声的混合波形的“形态”更像哪个信号， 就该能够判决为哪个信号。采用多次判决能增加可靠性，且要求多 次抽样值必须是统计独立的。
根据式（8-10）判决规则，似然比为
T
T
0
y (t )[ s2 (t ) s1 (t )]dt}
式中，利用了式（8-19）的假设条件。进一步可得
2 exp{ n0
2 exp{ n0
0
P ( s2 ) y(t )[ s2 (t ) s1 (t )]dt} P( s1 )
y(t )[ s2 (t ) s1 (t )]dt} P ( s2 ) P( s1 )
若
2 e12 (t ) e2 (t )
则说明接收信号x(t)与s1(t)的均方误差更小，即更“像”s1(t)，因此，接 收判决时应判为s1(t)。反之，若
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)
第八章 外差(相干)探测系统
}
后退
和频频率太高， 和频频率太高，光混频 器不响应， 器不响应，故均值为零
上页 下页
外差探测系统
从数学运算和相应物理过程考虑， 从数学运算和相应物理过程考虑，用平均信号光功率 Ps和平均本振光功率 L表示： 和平均本振光功率P 表示; Ps PL cos ωIF t + (φL − φs ) 2 2
∞ Es ( t ) = A0 1 + ∑ cos ( Ωn + φn ) cos(ωst + φs ) 调幅系数 n=1 ∞ mn A0 = A0 cos(ωst + φs ) + ∑ cos (ωs + Ωn ) t + (φs + φn ) 2 n =1 ∞ mn A0 +∑ cos (ωs − Ωn ) t + (φs − φn ) 2 n =1
2 IF
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
若调幅信号光E 与本振光 与本振光E 相干后，瞬时中频电流为： 若调幅信号光 s(t)与本振光 L(t) 相干后，瞬时中频电流为：
iIF = α A0 AL cos (ωL −ωs ) t + (φL −φs ) mn A0 +α AL ∑ cos (ωL −ωs −Ωn ) t + (φL −φs −φn ) 2 n=1 ∞ mn A0 +α AL ∑ cos (ωL −ωs +Ωn ) t + (φL −φs +φn ) 2 n=1
通信原理(张会生)课后习题答案
思考题1-1 什么是通信？常见的通信方式有哪些？1-2 通信系统是如何分类的？1-3 何谓数字通信？数字通信的优缺点是什么？1-4 试画出模拟通信系统的模型，并简要说明各部分的作用。
1-5 试画出数字通信系统的一般模型，并简要说明各部分的作用。
1-6 衡量通信系统的主要性能指标是什么？对于数字通信具体用什么来表述？1-7 何谓码元速率?何谓信息速率?它们之间的关系如何?习题1-1 设英文字母E出现的概率=0.105，X出现的概率为＝0.002，试求E和X的信息量各为多少？1-2 某信源的符号集由A、B、C、D、E、F组成，设每个符号独立出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，试求该信息源输出符号的平均信息量。
1-3 设一数字传输系统传送二进制信号，码元速率RB2=2400B，试求该系统的信息速率Rb2=？若该系统改为传送16进制信号，码元速率不变，则此时的系统信息速率为多少？1-4 已知某数字传输系统传送八进制信号，信息速率为3600b/s，试问码元速率应为多少？1-5 已知二进制信号的传输速率为4800b/s，试问变换成四进制和八进制数字信号时的传输速率各为多少（码元速率不变）？1-6 已知某系统的码元速率为3600kB，接收端在l小时内共收到1296个错误码元，试求系统的误码率=？1-7 已知某四进制数字信号传输系统的信息速率为2400b/s，接收端在0.5小时内共收到216个错误码元，试计算该系统=？l-8 在强干扰环境下，某电台在5分钟内共接收到正确信息量为355Mb，假定系统信息速率为1200kb/s。
（l）试问系统误信率=？（2）若具体指出系统所传数字信号为四进制信号，值是否改变？为什么？（3）若假定信号为四进制信号，系统传输速率为1200kB，则＝？习题答案第一章习题答案1-1 解：1-2 解：1-3 解：1-4 解：1-5 解：1-6 解：1-7 解：1-8 解：思考题2-1 什么是狭义信道？什么是广义信道？（答案）2-2 在广义信道中，什么是调制信道？什么是编码信道？2-3 试画出调制信道模型和二进制无记忆编码信道模型。
第八章-相干变换与检测
如果把信号的测量限制在差频的通带范围内，则可得到通过以IF 为中心频率的带通滤波器的瞬时中频电流为
iIF 2 AS AL cos L S t L S
在中频滤波器输出端，瞬时中频电压为
VIF 2 AS ALRL cos L S t L S
在中频滤波器输出端输出的有效中频功率就是瞬时中频功率在中 频周期内的平均值，即
举例：如果取差频信号宽度(S L ) / 2 为探测器后面放大器的通 频带 f ，即f (S L ) / 2 fS fL ，那么只有与本地振荡光束混
频后相干信号落在此频带内所对应的杂光才可以进入系统，其它
杂光所形成的噪声均被放大器滤掉。因此，相干探测系统中不加
光谱滤光片其效果仍比加滤光片的直接探测系统好得多。例如，
写成等式并展开，则有
iP Et2 t AS 2 cos2 St S AL2 cos2 Lt L
AS ALcos L S t L S AS ALcos L S t L S
用平均信号光功率PS 和平均本振光功率 PL 表示
iP
2
PS 2
PL 2
PS PL cos L S t L S
LS L S
相干探测的特点
从理论上讲，在探测能力方面相干探测与直接探测相比，有如 下几个特点。
1. 转换增益高 相干探测时，光电探测器经单位电阻输出的信号
功率为
PIF
2
e
hv
2
PS
PL
直接探测时，光电探测器经单位电阻输出的信号功率为
SP
e 2
hv
PS 2
在同样信号光功率条件下，这两种探测方法所得到的信号功率 比G（转换增益）为
PIF
VIF 2
精品文档-通信原理(朱海凌)-第8章
第8章 同步原理
8.1 载波同步技术
在前面讲到过的调幅、 调频和调相系统中， 如果接收端 采用相干解调， 就需要一个与发送端同频、 同相的载波。 如何获得这个由接收端产生且与发送端载波同频、 同相的载 波， 就是载波同步技术要解决的问题。
第8章 同步原理
1． 所谓频域插入导频法， 就是在信号中增加导频。 导频包 含接收端载波同步需要的信息，这样导频信号和有用信号同时 传输， 接收端通过滤波等手段提取导频信息， 恢复载波， 从而达到载波同步的目的。 显然， 插入的导频信息不能影响 有用信号， 否则导频与信号的频谱会混在一起， 无法分离， 所以插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置。 图8.1.3所 示是频域插入导频法的频谱示意图。
第8章 同步原理
锁相环路是一种反馈控制电路， 简称锁相环(PhaseLocked Loop， PLL)。 锁相环的特点是： 利用外部输入的参 考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。 锁相环可以实 现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。 在工作过程中， 当输出信号的频率与输入信号的频率相等时， 锁相环输出信 号与输入信号的相位差保持固定， 即输出信号与输入信号的 相位被锁住， 这就是锁相环名称的由来。
锁相环通常由鉴相器(Phase Detector， PD)、 环路滤波 器(Loop Filter， LF)和压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator， VCO)3部分组成， 锁相环组成的原理框图如图 8.2.5所示。
第8章 同步原理 图8.2.5 锁相环原理图
第8章 同步原理
时间和同步保持时间等。 效率： 用于衡量同步方法消耗的功率。 由于直接法没有
第8章相干检测方法与系统
第8章相干检测方法与系统在无线通信领域，相干检测方法和系统被广泛应用于信号调制和解调、通道估计和均衡、干扰和噪声抑制等方面。
在信号调制和解调中，相干检测方法可以用于确定信号中包含的调制方式和参数，从而实现信号的解调和恢复。
在通道估计和均衡中，相干检测方法可以用于估计信道的频率响应和时延，从而实现信道的均衡和抗干扰能力的提高。
在干扰和噪声抑制中，相干检测方法可以用于区分信号和干扰或噪声，从而实现干扰和噪声的抑制或消除。
在雷达领域，相干检测方法和系统被应用于目标检测和跟踪、目标参数估计等方面。
在目标检测和跟踪中，相干检测方法可以用于确定目标的存在和位置，从而实现雷达系统对目标的监测和追踪。
在目标参数估计中，相干检测方法可以用于估计目标的距离、速度、角度等参数，从而实现雷达系统对目标的定位和识别。
在光纤通信领域，相干检测方法和系统被应用于光信号的调制和解调、光纤传输的估计和修复等方面。
在光信号的调制和解调中，相干检测方法可以用于确定光信号的相位和振幅，从而实现光信号的调制和解调。
在光纤传输的估计和修复中，相干检测方法可以用于估计光纤传输中的噪声和损耗，从而实现光纤传输的估计和修复。
相干检测方法和系统主要包括相干检测算法、相干检测设备和相干检测系统。
相干检测算法是用于计算信号的相干度和相关性的数学算法，常见的相干检测算法包括相关函数法、功率谱法和自相关函数法等。
相干检测设备是用于采集和处理信号的硬件设备，常见的相干检测设备包括功率谱仪、频谱分析仪和相关仪等。
相干检测系统是将相干检测算法和相干检测设备结合起来，实现对信号相干性的检测和分析。
总之，相干检测方法和系统是一种重要的技术，可以应用于无线通信、雷达、光纤通信等领域，用于检测信号的相干性。
通过相干检测，可以实现信号调制和解调、通道估计和均衡、干扰和噪声抑制、目标检测和跟踪、目标参数估计、光信号调制和解调、光纤传输的估计和修复等功能，从而提高通信和信号处理系统的性能和可靠性。
大学物理智慧树知到课后章节答案2023年下三峡大学
大学物理智慧树知到课后章节答案2023年下三峡大学第一章测试1.某质点的运动方程为x=3t-5t３+6(SI)，则该质点作( )。
A:变加速直线运动，加速度沿x轴正方向。
B:匀加速直线运动，加速度沿x轴负方向。
C:匀加速直线运动，加速度沿x轴正方向。
D:变加速直线运动，加速度沿x轴负方向。
答案:变加速直线运动，加速度沿x轴负方向。
2.一质点作直线运动，某时刻的瞬时速度，瞬时加速度，则一秒钟后质点的速度（）。
A:等于-2m/s B:不能确定 C:等于零 D:等于2m/s 答案:不能确定3.某物体的运动规律为，式中的k为大于零的常数．当t=0时，初速为v０，则速度v与时间t的函数关系是( )。
A: B:C: D:答案:4.某质点沿半径为1米的圆周运动，运动方程为，2秒末质点的切向加速的大小为（）。
A:6 B:24 C:12 D:48 答案:245.曲线运动一定有加速度（） A:错 B:对答案:对6.讨论地球公转时可视为质点，而讨论地球自转时不能视为质点。
（）A:对 B:错答案:对7.位移的大小等于路程。
（）A:对 B:错答案:错第二章测试1.某质点在力（SI）的作用下沿x轴作直线运动。
在从x=0移动到x=5m的过程中，力做功为（）。
A:125J B:75J C:50J D:25J 答案:75J2.质点系的内力可以改变（）。
A:系统的总动量 B:系统的总质量 C:系统的总动能 D:系统的总角动量答案:系统的总质量3.力作用在质量为１kg的物体上，使物体由静止开始做直线运动，则它在２s末的动量大小为（）。
A:54 B:28 C:24 D:56 答案:244.一质量为M的斜面原来静止于水平光滑平面上，将一质量为m的木块轻轻放于斜面上，如图．如果此后木块能静止于斜面上，则斜面将（）A:保持静止 B:向右加速运动 C:向左加速运动 D:向右匀速运动答案:保持静止5.对于一个物体系来说，在下列的哪种情况下系统的机械能守恒？( )A:外力和保守内力都不作功 B:外力和非保守内力都不作功 C:合外力为0 D:合外力不作功答案:外力和非保守内力都不作功6.质点做匀速圆周运动时，它的动量变化，而相对于圆心的角动量不变。
光子学技术的相干光与非相干光实验教程
光子学技术的相干光与非相干光实验教程在光子学领域中，相干光和非相干光是两个基础概念。
相干光是指波源发出的具有相同频率、相位相同或相关的光波，而非相干光则指波源发出的频率、相位无关或者相位随机的光波。
相干光与非相干光在光子学领域的实验中有着重要的应用。
本文将介绍相干光与非相干光的实验教程。
一、相干光实验1. 实验目的：通过实验观察相干光的干涉现象，了解相干光的特性和应用。
2. 实验器材：激光器、分束镜、反射镜、半透镜、干涉仪、干涉滤光片、干涉条纹图纸等。
3. 实验步骤：Step 1: 调整激光器，使其发出单色、相干的光源。
Step 2: 将激光光束分成两个光束，一个经过分束镜，一个经过反射镜，使它们相交在接收屏上。
Step 3: 调整反射镜的角度，观察干涉条纹的变化。
Step 4: 在一束光路上添加半透镜，改变光路的相位差，观察干涉条纹的变化。
Step 5: 将干涉滤光片插入光路中，观察干涉条纹的变化。
4. 实验结果：通过实验观察到干涉条纹的现象，初步了解了相干光的特性。
可以观察到干涉条纹的变化与光路中的相位差、光路长度等因素有关。
二、非相干光实验1. 实验目的：通过实验观察非相干光的特性和现象，了解非相干光的应用。
2. 实验器材：白光源、准直器、分束镜、反射镜、干涉滤光片、干涉仪、干涉条纹图纸等。
3. 实验步骤：Step 1: 调整白光源，使其发出非相干的光源。
Step 2: 将白光光束分成两个光束，一个经过分束镜，一个经过反射镜，使它们相交在接收屏上。
Step 3: 调整反射镜的角度，观察干涉条纹的变化。
Step 4: 插入干涉滤光片，观察干涉条纹的变化。
Step 5: 改变光源的颜色，观察干涉条纹的变化。
4. 实验结果：通过实验观察到干涉条纹的现象，了解了非相干光的特性。
与相干光实验相比，干涉条纹的变化更加复杂，颜色也更丰富多样。
相干光和非相干光是光子学领域中重要的概念，它们在光学干涉、成像等方面有着广泛的应用。
光的干涉与衍射
一切顺利
祝您一切顺利
期待再见
期待下次见面
91%
希望启发
希望内容能够激 发思考
感谢观看
在本次内容中，我们深入学习了光的干涉与衍射 的原理及应用。通过这些知识的学习，我们对光 学有了更加深刻的理解。再次感谢您的关注和支 持，希望我们的学习能够为您带来一些收获。祝 您一切顺利，期待下次再见！
● 05
第5章 光的相干性
光的相干性概念
光的相干性是指光波 在空间和时间上的一 致性。光的相干时间 表示光波保持相干状 态的时间长度，而光 的相干长度则表示光 波的相干区域长度。
干涉仪中的相干性
干涉光源
干涉仪中的相干 光源
相干度计算
干涉仪中的相干 度计算
91%
相干条件
干涉仪中的相干 条件
光的相干性测量
总结
光的干涉与衍射在各个领域的应用展示了光学技 术的广泛应用前景。随着光学科技的不断发展， 光的干涉与衍射将会在更多领域发挥重要作用， 推动科学技术的进步。
● 07
第7章 总结与展望
光的干涉与衍射 研究现状
在光的干涉与衍射的 研究历史回顾中，人 们逐渐认识到光的波 动性质。目前，光的 干涉与衍射研究处于 一个蓬勃发展的阶段， 科学家们正在探索新 的应用领域和技术手 段，为未来的发展奠 定基础。
偏振显微镜观察晶体结构 显微镜中的偏振光源
光学仪器中的应用
偏振片在激光器中的应用 偏振控制器的使用
91%
总结
01 光的偏振
光波在传播时只能沿特定方向振动的现象
02 波片
能够改变或分析偏振状态的光学元件
03 偏振测量
测量光波中偏振分量的比例
结尾
第八章-相干变换与检测
直接探测时，光电探测器经单位电阻输出的信号功率为
e 2 SP S P hv
在同样信号光功率条件下，这两种探测方法所得到的信号功率 比G（转换增益）为
2
G PIF SP 2PL PS
2. 可获得全部信息 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 AS AL 、频率L S 和相位 L S 都随信号光的振幅、频率和相 位的变化而变化。
d /2 d /2
2
经中频滤波器后输出端瞬时中频电流为
2 sin iIF t AS AL cos L S t L S d / 2 d / 2 S
d /2 d /2
x dxdy
2
中频滤波器输出端的信号噪声（功率）比为
PIF S N IF N P G 2 ef e P P P I R 2kT f S L B D L IF IF hv
当本振光功率 PL 足够大时，上式分母中由本振光引起的散粒 噪声远远大于所有其它噪声，则上式简化为
fS
2 f L 1 c
则信号光束与本地振荡光束的差频为
2 c 2 2 fS fL fL c L c L
可以求得
f S f L 310 Hz
6
若取放大器的带宽 f相为最大频移，则
f相 3MHz
如果直接探测加光谱滤光片，滤波片带宽为1.0nm,所对应的带 宽为
为了研究两光束波前不 重合对相干探测的影响， 假设信号光和本振光都 是平面波，信号光波前 和本振光波前之间有一 夹角，如图8－58所示。 为简化分析，假定光混 频器的光敏面是边长为 d的正方形。在分析中， 假定本振光沿垂直于光 混频器表面的方向入射， 因此，令本振光电场为
8.0相干检测
单频光束干涉条纹的强度分布 a) 双光束干涉 b) 多光束干涉
南京理工大学 何勇
相干检测
当两光束频率不同时，由于光频率约1015Hz，而目前光电检
测器件的频率响应不超过1010Hz，因此对频率相差较大的二束相
干光，将观察不到干涉的交流分量，但频差较小的二束双频光相 干，检测器可检测到干涉条纹以Δω的角频率在波动，形成了光 学拍频信号。这就是外差干涉现象。采用电信号处理器可以直接 测量光拍信号的各种参量，从而能以极高的灵敏度测量出相干光
南京理工大学 何勇
相干检测
干涉仪是光学调制器和解调器的组合 a) 原理示意图 b) 等效方框图
南京理工大学 何勇
相干检测
以最常见的迈克尔逊干涉仪来说明干涉仪是光学调制器和解调器的组合。 干涉仪中的单色光源是相干光载波的信号发生器，它产生振幅为a0，频率为ν0， 初相位为φ0的光载波信号，用U0(a0,ν0,φ0)表示，载波信号分两路引入干涉仪。 在参考光路中光载波作为基准保持其原有的参量。在测量光路中，U0(a0,ν0,φ0) 受到被测信号的调制。如果被测信号是位移δ(x)，则引起光频载波的相位变化 Δφ，称作相位调制，形成Us(a0,ν0,φ0±Δφ)的调相信号。若被测信号是运动 速度υ(t)，则引起光频载波的频率偏移Δν，称作频率调制，产生 Us(a0,ν0±Δν,φ0)的调频信号。 已调制的光频波在干涉面上和来自参考光路的参考光波重新合成，形成具有稳 定干涉图样（在测位移情况下）或确定光拍频率（在测速情况下）的输出信号。 以干涉条纹的相位分布或光拍的时序变化表征出被测量的特征。
南京理工大学 何勇
相干检测
3．相干光信息分类
光学干涉形成了各种各样的光学现象，这种以光波的时空相干 性为基础，在被测量（传输或处理）信息的调制下，光载波所表 现出的各种形式的光强度空间分布或时间变化统称为相干光信息。 它的形成和检测过程实质上是光载波受信息调制和已调制光被解
第8章 相干检测方法与系统
光学多普勒效应示意图
8.4.5光外差检测方法与应用 8.4.5光外差检测方法与应用
1.直接频率调制的外差检测
–迈克尔逊干涉仪 –双频切换干涉法 –线性扫描调频干涉法
零差检测和超外差检测
�
第8章 相干检测方法与系统
相干检测就是利用光的相干性对光载波 所携带的信息信号进行检测和处理,它 只有采用相干性好的激光器作为光源才 能实现. 干涉测量技术
8.1 相干检测的基本原理
8.1.1光学干涉和干涉测量 光学干涉和干涉测量
E1 ( x, y ) = a1 exp{ j[ω1t + 1 ( x, y )]} E2 ( x, y ) = a2 exp{ j[ω 2t + 2 ( x, y )]}
= 2π
λ0
( L n + nL )
8.3.2 同频相干信号的检测方法
1. 干涉条纹光强检测法 2.干涉条纹比较法 3.干涉条纹跟踪法
8.4光外差检测方法与系统 8.4光外差检测方法与系统
8.4.1光外差检测原理
8.4.2 光外差检测的特性
1.探测能力强 2.高的转换增益 3.良好的滤波性能 4.小的信噪比损失 5.光电探测器的外差检测极限灵敏度 6.良好的空间和偏振鉴别能力 7.稳定性和可靠性
I ( x, y ) = a + a + 2a1a2 cos[ωt + ( x, y )]
2 1 2 2
ω = 0 ω ≠ 0
外差干涉
差动干涉仪
8.1.2 干涉测量技术中的 调制和解调
光调制器能使光载波的特征参量随被测信 号的变化而变化,成为调制光 .
8.2 基本干涉系统及应用
8.2.1典型的双光束干涉系统
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
8.2.2 多光束干涉系统
利用多光束干涉原理的多光束干涉仪由于 具有干涉条纹细锐,分辨率高等特点 .
– F-P干涉仪
8.2.3光纤干涉仪 8.2.3光纤干涉仪
= 2π
λ0
( L n + nL )
8.3.2 同频相干信号的检测方法
1. 干涉条纹光强检测法 2.干涉条纹比较法 3.干涉条纹跟踪法
8.4光外差检测方法与系统 8.4光外差检测方法与系统
8.4.1光外差检测原理
8.4.2 光外差检测的特性
1.探测能力强 2.高的转换增益 3.良好的滤波性能 4.小的信噪比损失 5.光电探测器的外差检测极限灵敏度 6.良好的空间和偏振鉴别能力 7.稳定性和可靠性
光学多普勒效应示意图
8.4.5光外差检测方法与应用 8.4.5光外差检测方法与应用
1.直接频率调制的外差检测
–迈克尔逊干涉仪 –双频切换干涉法 –线性扫描调频干涉法
零差检测和超外差检测
�
光纤干涉仪的几种基本型式由上述几种干 涉仪变化而形成. 由于光纤具有径细,可挠曲性好,抗电磁 干扰能力强,可以进行远距离传送,以及 适用于易燃,易爆等复杂环境下工作等独 特特点 .
8.3 同频率相干信号的相位调制 与检测方法
当两束相干光束的频率相同时,若被测量 变化使相干光波的相位发生变化,再通过 干涉作用把光波相位的变化变换为干涉条 纹的强度的变化,这个过程称为单频光波 的相位调制. 8.3.1 相位调制与检测的原理
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
8.4.4光外差检测的调频方法 8.4.4光外差检测的调频方法
1.直接光频调制
–塞曼效应(磁光调制)激光频移 –半导体激光器的直接频率调制 –机械直接光频调制
2.外光频调制
–旋转波片(偏振调制)法 –声光效应法 –旋转光栅法 –多普勒频移法 –萨古纳克效应和转动差频
I ( x, y ) = a + a + 2a1a2 cos[ωt + ( x, y )]
2 1 2 2
ω = 0 ω ≠ 0
外差干涉
差动干涉仪
8.1.2 干涉测量技术中的 调制和解调
光调制器能使光载波的特征参量随被测信 号的变化而变化,成为调制光 .
8.2 基本干涉系统及应用
8.2.1典型的双光束干涉系统
8.4.3光外差检测条件 8.4.3光外差检测条件
信号光波和本征光波必须具有相同的模式结构. 信号光和本振光束在光混频面上必须相互重合. 信号光波和本振光波的能流矢量必须尽可能保持 同一方. 在传播方向一致的情况下,两束光的波前面还必 须曲率匹配,即或者是平面,或者有相同曲率的 曲面. 在上述条件都得到满足时,有效的光混频还要求 两光波必须同偏振,因为在光混频面上它们是矢 量相加.
第8章 相干检测方法与系统
相干检测就是利用光的相干性对光载波 所携带的信息信号进行检测和处理,它 只有采用相干性好的激光器作为光源才 能实现. 干涉测量技术
8.1 相干检测的基本原理
8.1.1光学干涉和干涉测量 光学干涉和干涉测量
E1 ( x, y ) = a1 exp{ j[ω1t + 1 ( x, y )]} E2 ( x, y ) = a2 exp{ j[ω 2t + 2 ( x, y )]}