第10章+非相干检测方法与系统
合集下载
相关主题
- 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)。
成
5
一、 光电信号变化及检测系统概述
根据光电信号的时空特点，在光电系统院中常用的各种 信号大致可分作下面的两种类型： 学
1）随时间变化的光电信号。这技类术信号的变换通常集 中发生于局部的空间范围，它的电特征参量只随时间缓慢 地，或周期性或瞬时地变化，光因此是时间的一维函数而 与空间坐标无关，可用函数院F(t)表示。
息 在直接检测中，光电倍增管、雪崩管的检测能力较高，采 信 用有内部高增益的检测器可使直接检测系统趋近于检测极限。 都 对于光电导器件，主要噪声为产生复合噪声（极限散粒噪声）， 成 光电导器件极限信噪比低，NEP较大。
16
二、 直接检测系统
直接检测系统的视场角
物镜
检测器
视场角表示系统能检测到的
院
空间范围，是检测系统的性能指
例如，直接测量来自学被测物体的光辐射进行的光谱 分 体 物析液体和 体 的辐 的 表射 浓 面测 度 状信温 或 态息； 薄 等通 膜 。工过 厚 下程检 度 面测 ； 介被 以 绍测 及 直物 通 接体 过 随的 测 信透 量 息光 反 改率 射 变测 率 的量 检 光气 测 通 量测量方法都。
成
18
三、 时间变化的光电信号检测
光通量的幅度测量
院
学
1．单通道测量系统
术
2．双通道测量系统
技 电
光通量的频率测量
光 院
1．波数测量 学
2．频率测量
程 工
光通量的相位和信时息间测量
1．相位都测量
成
2．时间测量
19
三、 时间变化的光电信号检测
光通量的幅度测量
院
1．单通道测量系统
学
术
技
电
光
院
学
程
工
息
信
都 单通道测量系统和直读法 成 a) 原理示意图 b) 方框图
1-辐射源 2-被测样品（或标准样品） 3-检测器
4-光电信号放大器 5-指示仪表
20
三、 时间变化的光电信号检测
院 被测光通量沿单一光学通道传送到光电接收器，经由读出装置 学 进行测量的系统称作单通道测量系统。图中，由辐射源1产生的 术 光通量Φ0，经布置于光路上的被测样品或标准样品2的部分吸收
LOGO
www.themegallery.com
院
光电检术测学 技术 技 电 光 院 学 程 工 息 信 都 成
第10章 非相干检测方法与系统
院 学 光电信号变换及检术测系统概述 技 直接检测光系电统 院 时间学变化的光电信号检测 程 息调工制盘及空间滤波 都信直接检测系统举例 成
习题作业
2
一、 光电信号变化及检测系统概述
(2)若 Ps
Pn >> 1 ，则工有程：学(SNR
息
) p
1 2
Ps Pn
输出信噪比是信输入信噪比的一半。即经过光电转换，信噪
比损失了3d都B。实际应用中可以接受。
可见成，直接检测方法不能改善输入信噪比，适宜
不是很微弱的光信号检测。但这种方法简单，易于实
现，可靠性高，成本低，得到广泛应用。 12
通常在要光借电助系于统几的何信光号学形的成、、物传理送光、学检术的测学或和院光处电理子过学程的中方， 法对信号的组编形式和能量状态进技行人为的变换，包括 将一种光量转换为另一种光量，电将非光量转换为光量或 将连续光量变换为脉冲光量等光。
这 将种待变处换理的信目息的载在荷于到程：光学载院波上进而形成光电信号； 改善系统的时间空工间分辨能力和动态品质，提高传输 适和应检改能测善力精系。度成统；都的信检息测信噪比，提高工作可靠性和对环境的
学
标之一。对于检测系统，被测物
术 看作是在无穷远处，且物方与像 技 方介质相同。当检测器位于焦平 电 面上时，其半视场角为：
院光 w = d
D
w
w
f'
u'
d
2f 或视场角立体角Ω为：
程学=
Ad f2
直接检测系统视场角
息工 从观察角度讲，希望视场角愈大愈好，即大检测器面积或减小光学系
信 统的焦距，但对检测器会带来不利影响：
学 制，信噪比为： 程 ( ) ( ) SNR
p散
=
eh
____
hn 2 . Ps2
____ ____
工i
2 NS
+
i
2 NB
+
i
2 ND
信息 ③ 当背景噪声是直接检测系统的主要噪声源时，直接检测系统
受背景噪声都限制，信噪比为：
成
(SNR
) p
背
=
(eh
2eDf
hn )2
.
eh hn
. Ps2 . PB
或散射，投射到检测器3的光敏表面上。利用光电信号放大器4可
测量精度（灵敏度）更高，作用距离更远。
7
一、 光电信号变化及检测系统概述
光电直接检测系统的基本工作原院理
光源 强度 调制器
光学 天线
信号
光学 通道
学 接收天线 术 及光电检
技 测器 电
光电信 号处理
器
光 背景噪声场
电路噪声
回 收 的 信 息
发射机
院 学
接收机
强度调工制程直接检测模型
息 光电直接检测系统是将待光信号直接入射到光检测器光敏面
院 学
直
术 原理：利用光强度携带信息，将光强度转换为
接
检
光
测
电
检
技 电信号，解调电路检出信息。 电 调制方法：光强度调制、偏振调制。 光 直接检测是一种简单实用的方法。
院
测
学
系
统
光
外
差
程 工 相干检测， 息 光源：相干光源
检 测
信 原理：利用光的振幅、频率、相位携带信息， 都 检测时需要用光波相干原理。 成调制方法：光振幅调制、相位调制，频率调制
_______
学Es2 (t) 表示 E 2 ( t) 程s 工 光检测器输出电流为：
的时间平均值；
息 Is 都=信aPs = 成
eh hn
______
Es2 (t )=
eh 2 hn
A2
a = eh hn
称为光电变换比例常数
9
二、 直接检测系统
若光检测器负载P电o 阻=RIL，s2 R则L 光= 检 he测hn技器术输2 P学出s2院电RL功率为： 光检测器的平方律特性：光电流电正比于光电场振幅的平 方，电输出功率正比于入射光光功率的平方。 如果入射光是调幅波，即学E院s (t ) = A[1 + d (t )]cos w t 其中d(t)为调制信号，程可推导出光检测器的输出电流为:
都 ① 增加检测器面积意味着增大系统噪声。因为对大多数检测器，噪
成 声功率和面积的平方根成正比。
② 减小焦距使系统的相对孔径加大，引入系统背景辐射噪声，使系
统灵敏方式下降。
因此在系统设计时，在检测到1信7 号的基础上尽可能减小系统视场角。
三、 时间变化的光电信号检测
时变光信号的直接测量 院 学
光电系统所处理的输入信号有一类术是辐射光通量直 接 在 这随光些被 通参测 量量信 的可息 幅以变度测化 大量的 小出。 、所这 变需种 化要院情 频的光况 率信电下 或息技的 变。被 化测 相信 位息 上是 ，载 检荷 测
信 上，光检测器响应光辐射强度（幅度）并输出相应的电流和电压。
都 检测系统经光学天线或直接由检测器接收光信号，前端还可 成 经过频率滤波和空间滤波等处理。
8
二、 直接检测系统
假定入射光信号电场为：
院
Es
(t
)=
Acos wt
学 术
光场平均光功率为：
技
_______
电
Ps = Es2 (t )院= 光A2 2
.
RL电. (技Ps 光
+
) Pn 2
Hale Waihona Puke Baidu
考虑到信号和噪声的独立性，院有：
学
息工程 Po
=
eh hn
2
.
RL
. Ps2
Pno
=
eh hn
2
.
RL
. 2 Ps Pn
+
Pn2
由信噪比定义都，信输出功率信噪比为：
成 (SNR
) p
=
Po Pno
=
Ps2 2 Ps Pn + Pn2
=
学 i 2 分别为信号光、背景光和暗电流引起的散粒噪声。 ND
____
程
工 i 2 为负载电阻和放大器的热噪声之和。
息 NT
信
( 成)都 ( ) SNR
p=
Po Pno
=
eh hn 2 . Ps2
____ ____ ____ ____
i
2 NS
+
i
2 NB
+
i
2 ND
+
i
2 NT
13
二、 直接检测系统
( ) 式中第一都项信i为s息直=工流12 a项A，2若+光a检A2测d器t 输出端有隔直
电容，则输成出光电流只包含第二项，称为包络检测。
10
二、 直接检测系统
直接检测系统的信噪比—衡量模拟系院统好坏及灵敏度
光检测器输出的总功率包括信号电功率术和学噪声功率，可为：
Po
+
Pno
=
eh hn
2
① 当热噪声是直接检测系统
( ) 院 ( ) SNR
p
=
Po Pno
=
eh hn 2 Ps2
____ ____ ____ ____
iN2S + iN2B + iN2D + iN2T
的主要噪声源时，直接检测系统受热噪声学限制，信噪比为：
② 当散粒噪声远大于(S热N噪R声)p时热，院=直光(接电e4h检技kT测术h系Dn f统)2受R. P散Ls2粒噪声限
3
一、 光电信号变化及检测系统概述
典型光电信号变换方法的光学原理和应用
院
变换方法
光学原理
学 术
应用
几何光学
技 直进、遮光；反射、折 电 射；光学成象等非相干 院光 光的光学现象。
光开关、光学编码、光学扫 描、瞄准定位、准直定向、 测长测角、测距、成象测量 等。
学
程 衍射、干涉、光谱、波 莫尔条纹、干涉计量、外差
二、 直接检测系统
直接检测系统的检测极限及趋近方法
功率为考：虑直接检测系统中存在的所有噪术声学，院则输出噪声总
电技 Pno
=
____
i
2 NS
+
____ ____ ____
i
2 NB
+
i
2 ND
+
i
2 NT
. RL
光
____
____
____
院
i2 , i2 和
NS
NB
输出信噪比为：
工 物理光学 长变换、光学拍频等相 通讯、光谱分析、散斑全息
息 干光的光学现象。
测量等。
成都信 光电子学
电声光电光束现光效 纤 象效应应 维 。、、 传空磁 输间光 传光效 感调应 等制、 光、光 光 传调 记 光制 录 、、、传光光象束存、偏储传转、感、等光光。显通示讯、、
4
一、 光电信号变化及检测系统概述
术 背景限信噪比可以在激光检测系统中实现，是因为激光光 技 谱窄，加滤光片很容易消除背景光，实现背景限信噪比。
电 系统趋近于量子极限意味着信噪比的改善，可行方法是在 光 光电检测过程中利用光检测器的内增益获得光电倍增，如光电 院 倍增管。当倍增很大时，热噪声可忽略，同时加致冷、屏蔽等 学 措施减小暗电流及背景噪声，光电倍增管可达到散粒噪声限。 程 在特殊条件下可趋近于量子限。但倍增管也会带入噪声，增益 工 过程中使噪声增加。
1
(Ps Pn + 2(Ps
)2
Pn
)
11
二、 直接检测系统
学院 (1)若Ps
Pn
<< 1
，则有：
(SNR)p
=
Po Pno
=
Ps2 2Ps Pn +
Pn2
=
1
(Ps Pn + 2(Ps
)2
Pn
)
( ) ( 技)术 SNR
p
Ps
Pn 2
说 统明不输 适出 用信 于噪 输比 入是 信输 噪入 比信 小噪 于院比 1光或的电微平弱方光，信可号见的，检直测接。检测系
若用等效噪声功率NEP值表学示，在量子极限下，直接检测系
统理论上可测量的最小功工率程为：
息
(NEP
信
)量
=
2 hn D f h
Δ假f=定1光，波由长上λ式成=得0都.到7系µm统，在检量测子器极的限量下子的效最率小η可=1检，测测功量率带为宽
Pmin = 10 -18 W
15
二、 直接检测系统
院 在实际直接检测系统中，很难达到量子极限检测。实际系 学 统总会有背景噪声、检测器和放大器的热噪声。
几何变换的光电方法是基于将光学学现院象看作是直 线光束传输的结果，是在几何光学的术意义上利用光 束传播的直线性、透光、反射、折技射、成象等光学 方法进行的信号变换。物理变换电的光电方法是将光 学 学 等 的发现 的 光展象 意 学，看 义 现出作 上 象现是 利 和了用 参电光 量 各磁工种的 进波程新行振衍学型的荡射院信的传、光光号播干控变涉的制换、结。器光果件随谱，，着、是它光波在电们长物为子变理光学换光 信号的实时变换息和光路的集成化提供了广阔的发展 前景。这些变信换方法常常单独或者若干组合后应用 于不同目的都的光电系统中。
=
h . Ps2 2 hn D f . PB
14
二、 直接检测系统
④ 要 为噪：当声入源射时信，号直光接波(检S所N测引R系)起p统信的受=散信粒2h号h电噪.n噪P技D声s声f术为限直学制接院，检这测时系信统噪的比主
该式为直流检测在理论上的极光限信噪比，称为直接检测系统
的量子极限，又称量子极限灵敏院度。
2）随空间变化的光程电学信号。这类信号发生在一定的 空间坐标范围内，光工电信号的参量随空间位置而改变。 因此是二维或三维息空间的函数，用函数F(x,y,z)表示，其 中随时间变化的信信号称作时空变化的光电信号，用函数 F(x,y,z,t)表成示都。
6
一、 光电信号变化及检测系统概述
非相干检测， 光源：非相干或相干光源
5
一、 光电信号变化及检测系统概述
根据光电信号的时空特点，在光电系统院中常用的各种 信号大致可分作下面的两种类型： 学
1）随时间变化的光电信号。这技类术信号的变换通常集 中发生于局部的空间范围，它的电特征参量只随时间缓慢 地，或周期性或瞬时地变化，光因此是时间的一维函数而 与空间坐标无关，可用函数院F(t)表示。
息 在直接检测中，光电倍增管、雪崩管的检测能力较高，采 信 用有内部高增益的检测器可使直接检测系统趋近于检测极限。 都 对于光电导器件，主要噪声为产生复合噪声（极限散粒噪声）， 成 光电导器件极限信噪比低，NEP较大。
16
二、 直接检测系统
直接检测系统的视场角
物镜
检测器
视场角表示系统能检测到的
院
空间范围，是检测系统的性能指
例如，直接测量来自学被测物体的光辐射进行的光谱 分 体 物析液体和 体 的辐 的 表射 浓 面测 度 状信温 或 态息； 薄 等通 膜 。工过 厚 下程检 度 面测 ； 介被 以 绍测 及 直物 通 接体 过 随的 测 信透 量 息光 反 改率 射 变测 率 的量 检 光气 测 通 量测量方法都。
成
18
三、 时间变化的光电信号检测
光通量的幅度测量
院
学
1．单通道测量系统
术
2．双通道测量系统
技 电
光通量的频率测量
光 院
1．波数测量 学
2．频率测量
程 工
光通量的相位和信时息间测量
1．相位都测量
成
2．时间测量
19
三、 时间变化的光电信号检测
光通量的幅度测量
院
1．单通道测量系统
学
术
技
电
光
院
学
程
工
息
信
都 单通道测量系统和直读法 成 a) 原理示意图 b) 方框图
1-辐射源 2-被测样品（或标准样品） 3-检测器
4-光电信号放大器 5-指示仪表
20
三、 时间变化的光电信号检测
院 被测光通量沿单一光学通道传送到光电接收器，经由读出装置 学 进行测量的系统称作单通道测量系统。图中，由辐射源1产生的 术 光通量Φ0，经布置于光路上的被测样品或标准样品2的部分吸收
LOGO
www.themegallery.com
院
光电检术测学 技术 技 电 光 院 学 程 工 息 信 都 成
第10章 非相干检测方法与系统
院 学 光电信号变换及检术测系统概述 技 直接检测光系电统 院 时间学变化的光电信号检测 程 息调工制盘及空间滤波 都信直接检测系统举例 成
习题作业
2
一、 光电信号变化及检测系统概述
(2)若 Ps
Pn >> 1 ，则工有程：学(SNR
息
) p
1 2
Ps Pn
输出信噪比是信输入信噪比的一半。即经过光电转换，信噪
比损失了3d都B。实际应用中可以接受。
可见成，直接检测方法不能改善输入信噪比，适宜
不是很微弱的光信号检测。但这种方法简单，易于实
现，可靠性高，成本低，得到广泛应用。 12
通常在要光借电助系于统几的何信光号学形的成、、物传理送光、学检术的测学或和院光处电理子过学程的中方， 法对信号的组编形式和能量状态进技行人为的变换，包括 将一种光量转换为另一种光量，电将非光量转换为光量或 将连续光量变换为脉冲光量等光。
这 将种待变处换理的信目息的载在荷于到程：光学载院波上进而形成光电信号； 改善系统的时间空工间分辨能力和动态品质，提高传输 适和应检改能测善力精系。度成统；都的信检息测信噪比，提高工作可靠性和对环境的
学
标之一。对于检测系统，被测物
术 看作是在无穷远处，且物方与像 技 方介质相同。当检测器位于焦平 电 面上时，其半视场角为：
院光 w = d
D
w
w
f'
u'
d
2f 或视场角立体角Ω为：
程学=
Ad f2
直接检测系统视场角
息工 从观察角度讲，希望视场角愈大愈好，即大检测器面积或减小光学系
信 统的焦距，但对检测器会带来不利影响：
学 制，信噪比为： 程 ( ) ( ) SNR
p散
=
eh
____
hn 2 . Ps2
____ ____
工i
2 NS
+
i
2 NB
+
i
2 ND
信息 ③ 当背景噪声是直接检测系统的主要噪声源时，直接检测系统
受背景噪声都限制，信噪比为：
成
(SNR
) p
背
=
(eh
2eDf
hn )2
.
eh hn
. Ps2 . PB
或散射，投射到检测器3的光敏表面上。利用光电信号放大器4可
测量精度（灵敏度）更高，作用距离更远。
7
一、 光电信号变化及检测系统概述
光电直接检测系统的基本工作原院理
光源 强度 调制器
光学 天线
信号
光学 通道
学 接收天线 术 及光电检
技 测器 电
光电信 号处理
器
光 背景噪声场
电路噪声
回 收 的 信 息
发射机
院 学
接收机
强度调工制程直接检测模型
息 光电直接检测系统是将待光信号直接入射到光检测器光敏面
院 学
直
术 原理：利用光强度携带信息，将光强度转换为
接
检
光
测
电
检
技 电信号，解调电路检出信息。 电 调制方法：光强度调制、偏振调制。 光 直接检测是一种简单实用的方法。
院
测
学
系
统
光
外
差
程 工 相干检测， 息 光源：相干光源
检 测
信 原理：利用光的振幅、频率、相位携带信息， 都 检测时需要用光波相干原理。 成调制方法：光振幅调制、相位调制，频率调制
_______
学Es2 (t) 表示 E 2 ( t) 程s 工 光检测器输出电流为：
的时间平均值；
息 Is 都=信aPs = 成
eh hn
______
Es2 (t )=
eh 2 hn
A2
a = eh hn
称为光电变换比例常数
9
二、 直接检测系统
若光检测器负载P电o 阻=RIL，s2 R则L 光= 检 he测hn技器术输2 P学出s2院电RL功率为： 光检测器的平方律特性：光电流电正比于光电场振幅的平 方，电输出功率正比于入射光光功率的平方。 如果入射光是调幅波，即学E院s (t ) = A[1 + d (t )]cos w t 其中d(t)为调制信号，程可推导出光检测器的输出电流为:
都 ① 增加检测器面积意味着增大系统噪声。因为对大多数检测器，噪
成 声功率和面积的平方根成正比。
② 减小焦距使系统的相对孔径加大，引入系统背景辐射噪声，使系
统灵敏方式下降。
因此在系统设计时，在检测到1信7 号的基础上尽可能减小系统视场角。
三、 时间变化的光电信号检测
时变光信号的直接测量 院 学
光电系统所处理的输入信号有一类术是辐射光通量直 接 在 这随光些被 通参测 量量信 的可息 幅以变度测化 大量的 小出。 、所这 变需种 化要院情 频的光况 率信电下 或息技的 变。被 化测 相信 位息 上是 ，载 检荷 测
信 上，光检测器响应光辐射强度（幅度）并输出相应的电流和电压。
都 检测系统经光学天线或直接由检测器接收光信号，前端还可 成 经过频率滤波和空间滤波等处理。
8
二、 直接检测系统
假定入射光信号电场为：
院
Es
(t
)=
Acos wt
学 术
光场平均光功率为：
技
_______
电
Ps = Es2 (t )院= 光A2 2
.
RL电. (技Ps 光
+
) Pn 2
Hale Waihona Puke Baidu
考虑到信号和噪声的独立性，院有：
学
息工程 Po
=
eh hn
2
.
RL
. Ps2
Pno
=
eh hn
2
.
RL
. 2 Ps Pn
+
Pn2
由信噪比定义都，信输出功率信噪比为：
成 (SNR
) p
=
Po Pno
=
Ps2 2 Ps Pn + Pn2
=
学 i 2 分别为信号光、背景光和暗电流引起的散粒噪声。 ND
____
程
工 i 2 为负载电阻和放大器的热噪声之和。
息 NT
信
( 成)都 ( ) SNR
p=
Po Pno
=
eh hn 2 . Ps2
____ ____ ____ ____
i
2 NS
+
i
2 NB
+
i
2 ND
+
i
2 NT
13
二、 直接检测系统
( ) 式中第一都项信i为s息直=工流12 a项A，2若+光a检A2测d器t 输出端有隔直
电容，则输成出光电流只包含第二项，称为包络检测。
10
二、 直接检测系统
直接检测系统的信噪比—衡量模拟系院统好坏及灵敏度
光检测器输出的总功率包括信号电功率术和学噪声功率，可为：
Po
+
Pno
=
eh hn
2
① 当热噪声是直接检测系统
( ) 院 ( ) SNR
p
=
Po Pno
=
eh hn 2 Ps2
____ ____ ____ ____
iN2S + iN2B + iN2D + iN2T
的主要噪声源时，直接检测系统受热噪声学限制，信噪比为：
② 当散粒噪声远大于(S热N噪R声)p时热，院=直光(接电e4h检技kT测术h系Dn f统)2受R. P散Ls2粒噪声限
3
一、 光电信号变化及检测系统概述
典型光电信号变换方法的光学原理和应用
院
变换方法
光学原理
学 术
应用
几何光学
技 直进、遮光；反射、折 电 射；光学成象等非相干 院光 光的光学现象。
光开关、光学编码、光学扫 描、瞄准定位、准直定向、 测长测角、测距、成象测量 等。
学
程 衍射、干涉、光谱、波 莫尔条纹、干涉计量、外差
二、 直接检测系统
直接检测系统的检测极限及趋近方法
功率为考：虑直接检测系统中存在的所有噪术声学，院则输出噪声总
电技 Pno
=
____
i
2 NS
+
____ ____ ____
i
2 NB
+
i
2 ND
+
i
2 NT
. RL
光
____
____
____
院
i2 , i2 和
NS
NB
输出信噪比为：
工 物理光学 长变换、光学拍频等相 通讯、光谱分析、散斑全息
息 干光的光学现象。
测量等。
成都信 光电子学
电声光电光束现光效 纤 象效应应 维 。、、 传空磁 输间光 传光效 感调应 等制、 光、光 光 传调 记 光制 录 、、、传光光象束存、偏储传转、感、等光光。显通示讯、、
4
一、 光电信号变化及检测系统概述
术 背景限信噪比可以在激光检测系统中实现，是因为激光光 技 谱窄，加滤光片很容易消除背景光，实现背景限信噪比。
电 系统趋近于量子极限意味着信噪比的改善，可行方法是在 光 光电检测过程中利用光检测器的内增益获得光电倍增，如光电 院 倍增管。当倍增很大时，热噪声可忽略，同时加致冷、屏蔽等 学 措施减小暗电流及背景噪声，光电倍增管可达到散粒噪声限。 程 在特殊条件下可趋近于量子限。但倍增管也会带入噪声，增益 工 过程中使噪声增加。
1
(Ps Pn + 2(Ps
)2
Pn
)
11
二、 直接检测系统
学院 (1)若Ps
Pn
<< 1
，则有：
(SNR)p
=
Po Pno
=
Ps2 2Ps Pn +
Pn2
=
1
(Ps Pn + 2(Ps
)2
Pn
)
( ) ( 技)术 SNR
p
Ps
Pn 2
说 统明不输 适出 用信 于噪 输比 入是 信输 噪入 比信 小噪 于院比 1光或的电微平弱方光，信可号见的，检直测接。检测系
若用等效噪声功率NEP值表学示，在量子极限下，直接检测系
统理论上可测量的最小功工率程为：
息
(NEP
信
)量
=
2 hn D f h
Δ假f=定1光，波由长上λ式成=得0都.到7系µm统，在检量测子器极的限量下子的效最率小η可=1检，测测功量率带为宽
Pmin = 10 -18 W
15
二、 直接检测系统
院 在实际直接检测系统中，很难达到量子极限检测。实际系 学 统总会有背景噪声、检测器和放大器的热噪声。
几何变换的光电方法是基于将光学学现院象看作是直 线光束传输的结果，是在几何光学的术意义上利用光 束传播的直线性、透光、反射、折技射、成象等光学 方法进行的信号变换。物理变换电的光电方法是将光 学 学 等 的发现 的 光展象 意 学，看 义 现出作 上 象现是 利 和了用 参电光 量 各磁工种的 进波程新行振衍学型的荡射院信的传、光光号播干控变涉的制换、结。器光果件随谱，，着、是它光波在电们长物为子变理光学换光 信号的实时变换息和光路的集成化提供了广阔的发展 前景。这些变信换方法常常单独或者若干组合后应用 于不同目的都的光电系统中。
=
h . Ps2 2 hn D f . PB
14
二、 直接检测系统
④ 要 为噪：当声入源射时信，号直光接波(检S所N测引R系)起p统信的受=散信粒2h号h电噪.n噪P技D声s声f术为限直学制接院，检这测时系信统噪的比主
该式为直流检测在理论上的极光限信噪比，称为直接检测系统
的量子极限，又称量子极限灵敏院度。
2）随空间变化的光程电学信号。这类信号发生在一定的 空间坐标范围内，光工电信号的参量随空间位置而改变。 因此是二维或三维息空间的函数，用函数F(x,y,z)表示，其 中随时间变化的信信号称作时空变化的光电信号，用函数 F(x,y,z,t)表成示都。
6
一、 光电信号变化及检测系统概述
非相干检测， 光源：非相干或相干光源