光外差探测原理

光外差探测原理

光外差探测的的原理如下图:

图中E S(t)为信号光波，E L(t)为本振光波，这两束光波在探测器表面形成相干光场。

设入射到探测器上的入射光场为：

E s(t) A s COS(W s t s)

本振光场为：

E l (t) A| cos(W|t J

式中A s , A分别是信号光场与本振光场的振幅，W s,W|分别是信号光场和本振光场的角

频率，s，l分别是信号光场和本振光场的初相位。

两束光在探测器表面上的叠加后的总光场为：

E(t) A s cos(w s t s) A l cos(w l t l)

由探测器输出的电流为：

2

i(t) E (t)

[A s cos(W s t s) A cos(W l t J]2

[A s2 cos2 (w s t s) A2 cos2(W l t J 2A s Acos(w s t s) cos(W l t J]

{A s cos (W s t s) A cos (W l t I)A s Acos[(W s W I )t I s] A S A|C OS[(W|W s)t I s]}

e

式中的上横线表示在一个周期内求平均值，为比例因子。上式第一项和第二项

h

是定值1/2。第三项(和频项)频率太高，探测器不会响应，第四项(差频项)比光频要低得多。如果设计探测器只通过差频项，则探测器输出电流为：

i if (t) A s A i cos[(W| W s) I s]

由此可知，光外差探测中输出的电流不仅与信号光波和本振光波的振幅成正比，而且输

出电流的的频率和相位和合成光波的频率和相位相等。因此，光外差探测不仅可以检测

振幅调制的光信号，还可以检测频率调制和相位调制的光信号。