光电信号检测

2、光电系统大致可分作下列几种类型。
（1）光-电型（应用最广泛）： 被测量对象经过光机系统产生光信号，其通过光电转
换成电信号进入电子系统，光学仪器的自动化常采用这种 方式。若经AD转换，进一步传输到计算机处理，可组成部 分代替人的视觉和思维活动的机器视觉系统。例如：智能 化的工业在线检测。
（2）光-电-光型： 由光机系统采集到的光信号通过光电转换（A/D）成电
（4）光电混合型： 其主要特点是使传统光路实现光路器件的“有源化”
和封闭的光束网络，例如光导纤维、空间调制器等。这将 最终组成有源可控的光学系统和集成光路。和现有的无源 光路比较，这是光学技术的根本变革。
（5）电光混合型
这种系统的目标是将电路系统元器件的功能用光学方 法来实现，即所谓的电路元件的“光子化”，例如光学晶 体管和光学双稳态器件等，目前许多单元器件已相继问世 或正在研制中。
（1）光电能量系统：太阳能发电、激光加工、激光医疗、 激光核聚变等。主要是解决有关大功率光辐射能量的产生、 控制、利用及向其他能量形式的转换。
（2）光电信息系统：以光辐射和电子流为信息载体，通过 光电或电光相互转换，综合利用光学或电子学的方法进行 信息的传输、采集、处理、存储或显示、以实现确定目标 的混合系统，简称光电系统。
1.2 光电检测与光电传感器概念
• 1、检测与测量 检测：通过一定的物理方式 ，分辨出被测参量并归属到某
一范围带，以此来判别被测参数是否合格或是否存在。
测量：将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测
量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。
测量方式：
直接测量：温度计，电压表 间接测量：由电压和电流数值，通过关系计算出功率
处 理
存储 显示 控制
光学变换：通过各种光学元件和光学系统，如平面镜、狭缝、透镜、棱
镜、光栅、成像系统等来实现 ，作用是将被测量转换为光参量（振幅、 频率、相位、偏振态，传播方向变化等）。
光电转换：由各种光电器件来实现，如光电检测器件、光电摄像器件、
光电热敏器件等。
•光电系统的分 类
1、光电系统的分类：广义的光电系统包括两个分 支，即光电能量系统、光电信息系统
1.1 信息技术及光电检测技术
• 信息技术： 微电子技术、光子信息技术和光电信息技术
传统的电子技术
微电子技术
光子信息技术
光电信息技术
传统的电子技术
微电子技术
光子信息技术
光电检测技术
光电信息技术
微电子技术：通过控制固体内电子的微观运动来实现对信息的加工处理，并在 固体的微区（小到几个晶格）内进行，将一个电子功能部件甚至一个系统 集成在一个很小的芯片上。
光电信号检测
内容
绪论 光电检测器件工作原理及特性 半导体光电检测器件及应用 光电信号检测电路 光电直接检测系统 光外差检测系统 光纤传感检测技术 光电检测技术的典型应用
第一章 绪论
• 1.1 信息技术及光电检测技术 • 1.2 光电检测与光电传感器概念 • 1.3 光电检测系统的组成及特点 • 1.4 光电检测方法及应用发展趋势
光学通道：大气、空间、水下和光纤等
光接收机：收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波信息
•光接收机的基本结构
接收到的 光场
接收透镜系统
光电检测器
后继检测处理器
接收透镜系统：对光信号进行滤波、聚焦，入射到光检测器上
光电检测器：完成光电信号的转换
检测处理电路：完成电信号的放大、调理及滤波，恢复信号。
•光接收机的分 类
•功率检测接收机—直接检测或非相干检测 外差检测接收机—相干检测（空间相干）
•光接收机的分类图示
空间滤波器
透镜
接收到 的光场
光电检测器
频率滤波器
直接检测接收机
外差检测接收机
透镜
合束镜
接收到 聚焦光场 的光场
光电检测器
本地光场
本地激 光器
•光电系统框图
电
光
被
光
光
信
光
学
测
学
电
号
源
系 统
对 象
变 换
转 换
• 2、光电传感器与敏感器的概念
光电传感器
传
非电量
电量（确定对应关系）
感
器
能量控制型---有源传感器：光敏电阻，光电二极管三极管
能量转换型---无源传感器：光电池
• 2、光电传感器与敏感器的概念
敏
敏感器
被测非
可测非
光电传感器
电量
感 电量
电量
器
（确定对应关系）
光电传感器---光电效应：将光信号转换为电信号
信号，经电信号处理后再经过电光变换形成光信号输出。 例如：电视技术中的摄像管，显像管以及声像光盘的录制 和再现都是这类系统的代表。
（3）电-光-电型： 电信号经过电光变换得到可在光路中传输的光信号，
在经过光电变换为电信号后作进一步处理或输出。典型应 用如光纤通讯，其主要利用光纤对光信号进行传输。像光 纤立靶的应用。
光电检测技术的特点
• 高精度。各种检测技术中最高。如激光干涉仪法检测长度的精度达
0.05um/m；光栅莫尔条纹法测角可达0.04秒；用激光测距法测量地球 到月球之间距离分辨率可达1m。
后两种光电系统是光电技术未来的发展方向，其中 的光电混合式或全光学式的光学计算机是这些系统最有吸 引力的发展目标。
通过上面的学习我们可以看出，光电系统的共同特点是通过光电检 测——所有被研究的信息都将通过各种效应（机、热、声、电、磁）调 制到光载波上，然后将携带被研究的信息光载波转换为电信号，并通过 电子线路和计算机的综合处理，实现光学仪器的自动化。因此，光电检 测作为光电系统的一种共性技术具有重要的意义。所谓光电检测，指的 是对光信号的调制变换和接收解调两个主要方面。
光子信息技术：以光集成技术为核心的有关光学元器件制造的应用技术，利用 传统工艺将有源和无源光学器件集成在一起，构成能完成光学信息采集处 理和存储等功能的系统
光电信息技术：光与电子转换及其应用技术，光频段微电子技术。
光电检测技术：利用光电传感器实现各类检测，即将被测量量转换成光通量， 再将光通量转换成电通量，并综合利用信息传输技术和信息处理技术，最 终完成对各类物理量进行在线和自动检测。
1.3 光电检测系统的组成及特点
• 一般电子检测系统
传感器
信号变换器
输出环节
传感器：从被测对象中提取被测信号，转化成便于测量的 电参数
信号变换电路：完成信号的转换、滤波和放大
一般光电系统
光发射机
Leabharlann Baidu光学通道
光接收机
光发射机：分为主动式和被动式
主动式：光源（或加调制器） 被动式：无自身光源，来自被测物体的光热辐射发射