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光电检测方法2.1直接探测2.1.1基本物理过程直接探测是将待检测的光信号直接入射到光探测器的光敏面上，由光探测器将光信号直接转化为电流或电压，根据不同的要求，再经后续电路处理，最后获得有用的信号。
一般，光探测器前可采用光学天线，在其前端还可经过频率滤波和空间滤波处理。
这是为了进一步提高探测效率和减小杂散的背景光。
信号光场可表示为()cos S E t A t ω=，式中，A 是信号光电场振幅，ω是信号光的频率。
则其平均功率P 为（2.1.1）光探测器输出的光电流为（2.1.2）若光探测器的负载电阻为L R ,则光探测器输出的电功率为（2.1.3）光探测器输出的电功率正比于入射光功率的平方。
从而可知，光探测器对光的响应特性包含两层含意，其一是光电流正比于光场振幅的平方，即光的强度；其二是电输出功率正比于入射光功率的平方。
如果入射信号光为强度调制（TM ）光，调制信号为()d t 。
从而得式中第一项为直流项，若光探测器输出有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，这就是直接探测的基本物理过程，需强调指出，探测器响应的是光场的包络，目前，尚无能直接响应光场频率的探测器。
2.1.2信噪比设入射到光探测器的信号光功率为S P,噪声功率为n P，光探测器输出的信号电功率为P S，输出的噪声功率为P N。
可得（2.1.5）根据噪声比的定义，则输出功率信噪比为（2.1.6）从上式可以看出I.若，则有（2.1.7）输出信噪比等于输入信噪比的平方。
由此可见，直接探测系统不适于输入信号比小于1或者微弱光信号的探测。
II.若，则输出信噪比等于输入信噪比的一半，即经光—电转换后信噪比损失了3dB ，在实际应用中还是可以接受的。
由此可见，直接探测方法不能改善输入信噪比。
如果考虑直接探测系统存在的所以噪声，则输出噪声总功率为（2.1.9）式中，222NS NB ND i i i ++分别为信号光，背景光和暗电流引起的散粒噪声。
光外差探测技术及其应用摘要：光外差探测又称为相干探测，其探测原理与微波及无线电外差探测原理相似，但是其探测精度亦比微波高3410~10数量级。
相干探测与直接探测[1]相比，其测量精度高7810~10数量级，它的灵敏度达到了量子噪声限。
关键字： 光外差探测、光子计数、量子噪声限[2]、激光测距、多普勒[6]测速1. 引言光外差检测在激光通信、雷达、测长、测速、测振和光谱学等方面都很有用途。
光外差检测的灵敏度达到了量子噪声限[2]，其NEP [3]值可达2010 W 。
可以检测单个光子，进行光子计数。
在光电信息检测中，当光波频率很高时，每个光子的能量很大，很容易被检测出来，这时光外差检测技术并不特别有用。
相反，由于直接检测[1]不需要稳定激光频率，也不需要本振激光器，在光路上不需要精确的准直，因此，在这种情况下直接检测[1]更为可取。
在波长较长的情况下，已经有了高效率、大功率的光源可利用。
但在这个波段缺少像在可见光波段那样极高灵敏度的检测器。
因此，用一般的直接检测[1]方法无法实现接近量子噪声限[2]的检测，光外差检测技术就显示了它的优越性。
2. 原理光外差检测是有别于直接检测[1]的另一种检测技术。
光外差检测原理方框图示于图1－1。
图中，s f 为信号光波，l f 为本机振荡（本振）光波，这两束平面平行的相干光，经过分光镜[4]和可变光阑[4]入射到检测器表面进行混频，形成相干光场。
经检测器变换后，输出信号中包含c f ＝s f －L f 的差频信号，故又称相干检测。
图1－1. 外差检测原理示意图2co 激光器反射镜图1－2 外差检测实验装置图1－2是外差检测的实验装置，光源是经过稳频的2CO 激光器[5]。
由分束镜把入射光分成两路：一路经过反射的作为本振光波，其频率为L f ；另一路经过偏心轮[4]反射，并由透镜[4]聚焦到可变光阑[4]上作为信号光束。
偏心轮[4]转动相当于目标沿光波方向并有一运动速度，光的回波就产生了多普勒频移[6]，其频率为s f 。
光纤通信重要知识点总结第一章1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。
通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。
2.光纤：由绝缘的石英（2）材料制成的，通过提高材料纯度和改进制造工艺，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。
3.光纤通信系统的基本组成:以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统，主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。
输入到光发射机的带有信息的电信号，通过调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。
系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。
光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
它一般由光电检测器和解调器组成。
光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，将光信号由一处送到另一处。
中继器分为电中继器和光中继器（光放大器）两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。
为提高传输质量，通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号，最后把这种已调信号输入光发射机。
还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机，由光载波进行传输。
在这个过程中，受调制的电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。
目前大都采用强度调制与直接检波方式。
又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。
数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。
发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件，则就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”。
1.直接探测、直接探测原理直接探测：将感应元件置放于测量位置上，直接测量大气要素的变化。
直接探测原理：根据元件的物理、化学性质受大气某种作用而产生反应的特点。
例子：温度表，水银液体的热胀冷缩性质。
2.遥感探测、遥感探测原理遥感探测：探测元件不放置于测量物体上，间接反演大气要素的变化遥感探测原理：是根据大气中声、光、电等信号传播过程中性质的变化，反演出大气要素的时空变化例子：鸽子照相，胶片对光的感应，卫星，辐射传输的变化3.主动遥感、被动遥感？主动遥感（发射能量）：设备具有声、光、电磁波发射源，在其测量空间中大气特性对其传播信号产生相应的吸收、散射、反射形成带有大气特征的回波信号。
如：测云雨雷达被动遥感（不发射）：直接探测来自大气的声、光、电磁波信号。
如：一些气象卫星传感器4.几个概念：灵敏度，精确度，惯性，稳定性灵敏度：指单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化，仪器的灵敏度与它的感应原理有关。
精确度：是指测量值与实际值（真值）接近的程度，可以通过仪器误差的数值进行衡量。
惯性：指仪器的响应速率，它与电子仪器常用的时间常数的意义相同。
稳定性：主要指被测量与输出信号（读数）之间的检定关系的年变化率。
5. 大气探测代表性、准确性和比较性的含义。
代表性：观测记录不仅要反映测点的气象状况，而且要反映测点周围一定范围内的平均气象状况。
气象站的暴露状况是决定其代表性的关键因素。
气象站的代表性误差要远大于单纯的仪器系统设定的代表性误差。
在丘陵或滨海地区的气象站，对于较大尺度或中尺度来说，基本不具代表性。
准确性：观测记录应真实地反映实际气象状况。
在气象观测中应使用良好的仪器系统并进行正确操作，以达到所规定的准确度。
在气象观测实际业务中，观测准确性需要熟练的人员、技能培训、良好的装备和技术支持等方面的支撑。
比较性：不同地方的地面气象观测站在同一时间观测的同一气象要素值，或同一个气象站在不同时间观测的同一气象要素值能进行比较，从而能分别表示出气象要素的地区分布特征和随时间的变化特点。
光电信号检测的技术方法在光电系统中，通常要借助于几何光学、物理光学和光电子学的方法对信号进行变换，包括将一种光量变换为另一种光量，将非光量转换为光量或将连续光量转换为脉冲光量等。
光电探测系统具有传感信息，传递信息，测量信息（未知的光学量或非光学量），存储信息的多种功能和用途，对各种系统具有不同的技术要求。
但是，它们的共同特点都是接受光信号，并最终以电信号形式将信息输出。
其输出电学量是模拟信号或数字信号。
光电转换与测量系统的目的在于：1）将待测信息加载到光载波上进而形成光电信号；2）改善系统的时间或空间分辨力和动态品质，提高传输效率和检测精度； 3）改善系统的检测信噪比，提高工作可靠性和系统对环境的适应能力。
光电信号的变换方法从光学原理来看，可分为几何光学法、物理光学法和光电子学方法。
表6—1给出了典型的光电信号变换方法和应用范围。
表6—1 光电信号变换方法和应用范围检测系统的分类：1、主动系统与被动系统（按携带信息的光源来分，由光源是否受到人工干预决定）；2、可见光系统与红外探测系统（按光谱范围分）；3、点探测系统与面探测系统（按被探测目标的相对面积大小来分）；4、模拟探测系统与数字探测系统（按信号调制方法与信号处理类型分）；5、直接探测与相干探测系统（按光波对信息信号的携带方式来分）。
不论光源是相干光源还是非相干光源，光电器件只能对接收到的光强度产生响应。
光载波所携带的被测光信息有多种，若光信息为光强，即被测信息携带于光载波的强度之中，这时光电器件直接接收光强度变化，然后用解调的方法检出被测信息称为直接检测光电系统。
如果光信息加载于相干光源的光载波的振幅、频率或相位变化之中，通过光学相干的方法检测出被测信息，则称为相干检测系统。
6.1光电检测系统的工作原理6.1.1光电检测的物理过程待测光直接（或经光学成象系统会聚后）照射到光探测器的光敏面上，光探测器将其光强信号（光通量）直接转化为相应的电压或电流，经后续处理（放大、滤波、信号处理）后输出。
