光学相干层析系统的信噪比分析及优化
精密仪器中的信噪比测量与优化
精密仪器中的信噪比测量与优化在科学研究和工程领域中，精密仪器扮演着重要角色。
无论是天文望远镜、核磁共振仪还是激光测距仪，这些仪器都需要高精度的测量结果来支撑各种研究和应用。
然而，与任何测量设备一样，精密仪器在实际使用时面临一个重要的考虑因素：信噪比。
信噪比是指在测量中信号强度与噪声强度之间的比例关系。
信号代表我们所关注的实际物理量，而噪声则代表测量过程中的干扰和误差来源。
信噪比的测量和优化对于确保仪器准确性和可靠性至关重要。
首先，为了进行信噪比的测量，我们需要了解信号和噪声的定义和特性。
信号可以是电流、电压、光强等等，而噪声则是来自环境、仪器本身或测量过程的任何非期望信号。
通常，我们可以使用功率来表示信号的强度和噪声的级别。
在测量中，信号功率和噪声功率的比值即为信噪比。
测量信噪比的一种常见方法是通过“噪声阻尼”技术。
该技术基于假设，即噪声是随机变化的，并且在足够多的采样和平均操作下，其均值为零。
因此，通过对信号进行多次采样和平均，可以减小噪声对最终测量结果的影响。
这样，我们可以通过计算信号均值与噪声标准差之比来得到信噪比的估计值。
然而，测量信噪比并不仅限于直接测量信号和噪声的功率。
更常见的做法是使用信号处理技术来提高仪器的信噪比。
一种常用的方法是通过滤波器来去除噪声。
滤波器可以根据噪声的特性选择不同的工作频率范围，并抑制这些频率范围内的噪声成分，从而增强信号的清晰度。
此外，还可以使用数字信号处理技术，如小波变换和傅里叶变换，进一步提高信噪比。
除了提高信噪比，优化仪器性能还可以通过改进测量环境和仪器硬件来实现。
首先，保持良好的地面和电源连接可以减少干扰和噪声源。
其次，改进仪器的灵敏度和动态范围也能提高测量精度。
这可以通过优化仪器的电路和接收器设计来实现。
另外，仪器校准也是确保信噪比的关键步骤。
由于仪器使用过程中可能存在漂移、老化和非线性等问题，周期性的校准可以修复这些问题，并提高仪器长期稳定性。
校准可以通过使用标准参考物质或通过与其他仪器进行校对来完成。
OCT系统对比(Thorlabs)
Thorlabs 公司提供各种光学相干层析（OCT）系统。我们注意到每种成像应用都有特定的需求。随着 OCT 系统数量的增加，要提供符合用户应用要求的系统具 有很大的挑战性。下面我们列出了一项选择指南，大致列出了本公司出售的 OCT 系统的一些关键技术规格，并简略说明了如何选择最合适 OCT 系统的方法。
110 kHz Up to 91 kHz
29 kHz
16 kHz
1.2 kHz
视场（FOV）
OCS1300SS
FOV 的长度（L）和宽度（W）是由
扫描透镜的特性限制的。我们提供的
所有 OCT 系统都具有 10 毫米 x 10 GANYMEDE
毫米（L x W）的 FOV。OCT 系统可
以探测的最大深度（D）由系统设计 HYPERION
选择指南
OCT System
Center Wavelength
A-Scan/Line Rate
Axial Resolution in Air
Lateral Resolution
Minimum FOV (L x W x D)
Sensitivity
Key Performance Feature
CALLISTO
纳米的系统相比，具有更高的成像
分辨率。如果需要对较强光散射特 CALLISTO
性的样品成像时，如生物组织，我 GANYMEDE
们推荐使用工作波长较长的系统。
较长的中心工作波长不会被散射影 HYPERION
响，因此，光能够穿透到样品更深
处并返回探测器。
1325 nm
930 nm
OCT 光源的光谱宽度与成像系统的 轴向（深度）分辨率间接成比例关 系。因此，可以用宽带光源来提供 高轴向分辨率。
图像编码中的信噪比分析与优化(八)
图像编码是一项重要的技术，它可以将图像通过压缩算法转换为更小的数据大小，这样可以在存储和传输时节省带宽和空间。
在图像编码中，信噪比是一个重要的指标，它衡量了图像的清晰度和质量。
本文将探讨信噪比在图像编码中的分析与优化。
信噪比是指信号与噪声的比值，通常用dB（分贝）为单位来表示。
在图像编码中，信号是指图像的原始信息，而噪声是指编码过程中引入的一些不可避免的失真。
当信噪比较高时，说明图像的质量较好，失真较小。
而当信噪比较低时，说明图像质量较差，失真较大。
因此，提高信噪比是图像编码中的一个重要目标。
在图像编码中，常用的压缩算法有有损压缩和无损压缩。
有损压缩算法通过舍弃一些细节和冗余信息来降低图像的数据量，从而实现压缩。
而无损压缩算法则通过重新编码来保留图像的所有信息，但相对于有损压缩算法来说，无损压缩得到的文件大小通常更大。
在实际应用中，我们需要权衡图像质量和文件大小，选择合适的压缩算法。
在信噪比的分析中，我们可以通过信号与噪声的功率来计算信噪比。
功率与能量的关系为P = E / T，其中P为功率，E为能量，T为时间。
对于图像信号，我们可以将其划分为不同的空间频率，即低频、中频和高频。
而噪声则可以分为量化噪声、编码噪声和传输噪声等。
通过对不同频率范围内的信号和噪声进行功率计算，我们可以得到图像在不同频率范围内的信噪比。
在图像编码中，我们可以通过优化编码算法来提高信噪比。
常用的优化方法有以下几种。
首先是量化方法的优化。
量化是指将连续的图像像素值转换为离散的量化值。
在量化过程中，误差会引入到图像中，从而降低信噪比。
为了减小这种误差，我们可以采用更精细的量化步长，这样可以获得更高的信噪比。
但是要注意，过小的量化步长会导致编码复杂度增加和文件大小增大。
其次是编码方法的优化。
不同的编码方法会对图像质量和信噪比产生不同的影响。
在图像编码中，常用的编码方法有哈夫曼编码、算术编码和熵编码等。
这些编码方法都有自己的优缺点。
光学相干层析技术
光学相干层析技术光学相干层析技术（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种高分辨、无创、非侵入性的光学成像技术，主要用于生物医学和材料科学领域。
该技术通过测量光波的干涉，能够生成高分辨的三维组织结构图像，对组织的微观结构进行观察和分析。
以下是光学相干层析技术的主要原理和特点：原理：1.干涉原理：光学相干层析技术基于干涉原理，利用光波的干涉现象来获取样本内部结构的信息。
2.光源：一般使用窄带光源，如激光。
3.分束器：将光源发出的光分成两束，一束用于照射样本，另一束用作参考光。
4.光学延迟：样本内部的不同深度处反射回来的光与参考光发生干涉，形成干涉图案。
5.探测器：使用光谱探测器记录干涉信号。
特点：1.高分辨率：光学相干层析技术具有高分辨率，可达到微米级别，使得可以观察到生物组织和细胞的微观结构。
2.无创性：对于生物样本，OCT是一种无创性的成像技术，不需要对样本进行切割或注射对比剂。
3.实时成像：OTC具有实时成像的能力，适用于动态变化的生物过程的观察，如眼部结构的实时监测。
4.三维成像：通过对不同深度的光反射信号的采集，OCT可以生成三维组织结构图像，提供更全面的信息。
5.广泛应用：在医学上，OCT广泛应用于眼科学，用于视网膜和角膜等结构的成像；在材料科学中，用于观察材料内部的微观结构。
应用领域：1.眼科学：视网膜、角膜等眼部组织的高分辨成像。
2.心血管学：血管结构的成像，用于冠脉疾病的诊断。
3.皮肤学：皮肤组织的结构成像，用于皮肤病变的检测。
4.生物医学研究：对小动物器官和细胞的高分辨成像。
5.材料科学：对材料内部结构的观察，用于材料性能的研究。
总体而言，光学相干层析技术在医学和材料科学领域有着广泛的应用前景，为微观结构的研究提供了一种高效、精确的手段。
(完整版)光学相干层析技术的图像信息处理毕业论文
毕业设计论文光学相干层析技术的图像信息处理【摘要】光学相干层析技术(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是近年来继共焦扫描显微镜之后发展起来的光学成像技术，它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对弱相干光的背向散射信号，通过扫描可得到生物组织的二维或三维图像。
由于OCT系统探测方法的特性以及被探测生物组织本身的高散射性，使得OCT图像存在各种噪声以及对比度低等特点，而OCT检测最终是通过图像信息进行诊断，因此提高OCT的成像质量非常重要。
本文主要对OCT图像处理做研究，具有实际的应用价值。
本论文在现有实验室OCT系统的基础上，从图像处理的角度，结合国内外研究现状，讨论了OCT技术的基本原理和图像处理技术，从图像的噪声着手，研究了减小图像噪声的算法。
小波变换在图像去噪中具有很好的效果，随着近几年的发展，双树复小波被广泛的应用于图像去噪。
双树复小波具有移不变性、多维取向、更小的冗余度，可以保持图像的相位信息不受损坏。
本论文讨论了双树复小波变换，并利用此算法消除噪声，大大改善了图像的质量，可以基本满足对OCT图像初步分析判断。
但是此算法不能有效的保护图像的边缘特征，需要进一步改进。
【关键词】光学相干层析技术；图像处理；去除噪声；双树复小波变换The Image Processing Techniques inOptical Coherence TomographyAbstract: Optical Coherence Tomography is a new developing optical image technique following the confocal scanning microscopy. It uses weak coherent basic principle of the interferometer to detect the feeble coherent light back-scattered from the different depths of biological tissue, and then the two or three-dimensional tomographic image can be obtained by the scanning.Owing to the weak inherent nature of the imaging system and the detection method, OCT system suffers from different noises which degrade the quality of the images. The OCT diagnosis is finally realized from the image information, therefore, there is a great significance in improving the quality of the image.Based on the experimental OCT system in our laboratory, the OCT image processing techniques are discussed in the thesis.With the discussion of the available image processing techniques and theories, the noise reduction and contrast enhancement methods have been proposed.Wavelet transform has a good effect on image denoising, with the development in recent years, double-tree complex wavelet transform(DTCWT) is widely used in image denoising. Double-tree complex wavelet transform possesses shift invariant, multi-dimensional approach, smaller redundancy and phase information preserving without image damage. The principle of the DTCWT algorithm is discussed and the validity of the algorithm is verified by the experiments. The algorithm of the DTCWT, however, can not effectively protect the image edge features, should be further improved.Keywords: Optical Coherence Tomography(OCT); image processing; noise reduction; double-tree complex wavelet transformation目录1. 绪论 ................................................................................................................1.1 OCT技术的国内外研究现状与发展趋势.................................................................1.2 OCT图像信息处理技术的研究意义与现状.............................................................1.3 本文的主要工作..........................................................................................................2. 光学相干层析技术 ........................................................................................2.1 OCT技术的基本原理.................................................................................................2.2 外差探测技术..............................................................................................................2.3 OCT系统的光源选择 (1)2.4 OCT系统的性能评价参数 (1)3. OCT图像的去噪 (1)3.1 OCT系统的噪声分析 (1)3.1.1 扫描噪声 (2)3.1.2 探测器噪声 (2)3.1.3 散斑噪声 (2)3.2 OCT图像去噪的算法及实现 (2)3.2.1 空间域滤波法 (2)3.2.2 变换域滤波 (2)3.2.3 OCT图像处理实验 (2)结论 (3)致谢 (3)参考文献 (3)1. 绪论OCT作为一种可靠的活体组织层析成像方法，它可以对活体组织内部微结构产生高分辨率层析图像，是继X射线CT、MRI、超声诊断技术之后的又一种新的医学层析成像方法，它集半导体激光技术、光学技术、超灵敏探测技术和计算机图像处理技术于一身，能够对人体、生物体进行无伤害的活体组织检测诊断，可获得生物组织内部微结构的高分辨截面图像。
光热相位光学相干层析成像技术
光热相位光学相干层析成像技术理论说明1. 引言1.1 概述光热相位光学相干层析成像技术，简称光热OCT（Optical Coherence Tomography），是一种利用光的干涉原理进行高分辨率显微成像的无损检测技术。
它结合了传统的光学相干层析成像（OCT）和光热效应，可以提供细胞级别的组织结构及功能信息。
这项技术具有非侵入性、高分辨率、实时性等优点，因此在医学、生物科学和材料科学等领域得到广泛应用。
1.2 文章结构本文将首先介绍光热相位光学相干层析成像技术的基本原理，在此基础上探讨其技术发展历程，并分析其在不同领域中的应用前景。
其次，我们将详细介绍实验方法和数据分析过程，包括实验设备和材料、数据采集与处理方法以及计算机模拟与仿真技术的应用。
最后，通过对研究结果进行总结，我们将进一步讨论该技术的创新点以及存在的不足之处，并展望未来针对这些问题的研究方向。
1.3 目的本文的目的是全面阐述光热相位光学相干层析成像技术及其应用领域，在理论上提供相关知识和深入了解该技术在各领域中所取得的突破和发展。
通过对实验方法和数据分析的介绍，读者能够了解这项技术的操作流程并掌握从原始数据到成像结果之间的处理过程。
最后，我们希望通过对该技术创新点与不足之处以及未来研究方向的探讨，为进一步推动该领域的发展提供有价值的参考。
以上就是引言部分内容，接下来将进入正文部分。
2. 正文光热相位光学相干层析成像技术是一种基于光学相干层析成像（OCI）和光热效应的新型成像技术，具有非接触、无辐射、高分辨率等特点，并且适用于多种材料的表面和内部结构成像。
本节将从该技术的原理、发展历程以及应用领域与前景三个方面进行详细阐述。
2.1 基本原理光热相位光学相干层析成像技术是通过照射样品表面的激光束，利用光热效应产生的温度变化来探测样品内部结构信息。
在激光照射下，样品吸收能量并发生温升，导致局部折射率发生变化，从而改变了透射或反射的相位信息。
850nm谱域光学相干层析系统中的关键技术研究
850nm谱域光学相干层析系统中的关键技术研究光学相干层析成像术(Optical coherence tomography,OCT)是上世纪90年代初发展起来的一种高分辨无损光学成像技术,其具有非侵入性、无辐射损伤、光信息多元性、结构紧凑且易于与内窥技术相结合等优点,这使得OCT技术成为了生物组织成像的研究热点。
由于第一代OCT技术——时域OCT(Time domain OCT,TD-OCT)系统成像速度慢、信噪比低,因此在高信噪比的基础上实现高速成像的谱域OCT(Spectral domain OCT,SD-OCT)作为第二代OCT技术便得到了快速发展,并在眼科医学、生物学等领域发挥了重要作用。
本文对SD-OCT成像系统及其关键技术进行研究,主要的研究内容如下:1.设计并构建了基于光纤型迈克尔逊干涉仪的850 nm波段SD-OCT系统,重点研究了SD-OCT系统的数据处理算法,成功实现了对散射样品的二维成像。
为了提高数据处理速度,实验采用了基于统一计算架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)的图形处理单元(Graphics Processing Unit,GPU)编程方法,对SD-OCT系统的数据处理过程执行并行计算,从而使成像速度提高了近20倍,为实现实时在体成像奠定了基础。
2.提出了一种直接基于SD-OCT系统光源光谱的新的波长标定技术。
该方法不需要额外标定光源,直接利用系统光源的波峰与波谷作为特征波长来代替汞氩灯波长标定方法中的特征谱线,并通过三阶多项式拟合方法完成了波长与像素点的一一映射,并与传统汞氩灯波长标定方法的结果进行了对比。
将该方法应用于SD-OCT系统实际成像中,得到了系统点扩散函数(Point Spread Function,PSF)图及橡胶管成像图,进一步验证了该方法的有效性。
3.在SD-OCT系统的基础上,设计并搭建了谱域光学相位显微镜(spectral domainphase microscopy,SDPM)系统。
如何应用光子学技术提升光电系统的信噪比
如何应用光子学技术提升光电系统的信噪比光子学技术是一门研究光与物质相互作用的科学，其应用涉及光电子学、光通信、激光器、光子晶体等领域。
在不同的应用领域中，提升光电系统的信噪比是一项重要的任务。
本文将探讨如何应用光子学技术来提升光电系统的信噪比。
1. 引言信噪比是光电系统中衡量信号传输质量的一个重要指标。
信号的强度和噪声的干扰直接影响信噪比的大小。
应用光子学技术可以通过多种途径来提升光电系统的信噪比，例如增加信号的强度、减小系统中的噪声等。
2. 增加信号的强度光子学技术可以通过增强信号的强度来提升光电系统的信噪比。
一种方法是使用高功率光源和高增益光放大器来提供更强的信号。
例如，在光通信系统中，采用高功率的光纤激光器作为光源，并使用光放大器来放大信号，可以显著增加光信号的强度。
另一种提高信号强度的方法是应用集成光子学技术。
集成光子学器件如光栅波导和光环路器可以实现多功能的光子集成电路，使光信号在器件中传输时减少损耗并增强传输效果。
这可以提高信号的强度，从而提升光电系统的信噪比。
3. 减小系统中的噪声除了增加信号的强度外，减小系统中的噪声也是提升光电系统信噪比的关键。
光子学技术可以应用于降低信号传输过程中的噪声干扰。
一种减小噪声的方法是减小光子器件的损耗。
在光通信系统中，光纤和光波导的损耗直接影响到信噪比。
通过优化设计和制备工艺，改进光纤和光波导器件的质量，可以降低系统的光损耗，从而减小噪声。
另一种减小噪声的方法是采用高灵敏度的光电探测器。
光电探测器是光电系统的重要组成部分，其灵敏度决定了光信号的检测能力。
光子学技术可以应用于开发新型的光电探测器，提高其灵敏度，从而减小噪声干扰。
4. 降低交叉调制引起的噪声干扰在光通信系统和光电子学系统中，交叉调制引起的噪声干扰是一个重要的问题。
交叉调制产生的噪声干扰是由于不同信号在光学器件中产生的非线性效应引起的。
应用光子学技术可以通过采用特殊的光学器件和补偿技术来降低交叉调制引起的噪声干扰。
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文章编号:025827025(2008)0420635206
光学相干层析系统的信噪比分析及优化
李 鹏 高万荣(南京理工大学电光学院光学工程系,江苏南京210094)
摘要 为提高光学相干层析(OCT)系统的信噪比(SNR),改进系统的探测灵敏度,保证系统的成像质量,从理论上详细分析了光学相干层析成像系统中的主要噪声源,建立了系统噪声的理论模型,分析了光学相干层析成像系统中的各个组成单元对系统信噪比的影响.建立了一套实用型的光学相干层析成像系统,对该探测系统中的噪声进行了测量,得到系统噪声的实验模型.然后对理论分析的结果进行一定的修正,并对实验系统进行优化,得到了16μm的纵向分辨率,-90dB的探测灵敏度.关键词 医用光学;光学相干层析;噪声分析;灵敏度;动态范围;信噪比中图分类号 R318.51 文献标识码 A
Signal2to2NoiseRatioAnalysisandOptimizationofOpticalCoherenceTomographicImagingSystem
LiPeng GaoWanrong(DepartmentofOpticalEngineering,SchoolofElectronicsandOptics,
NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing,Jiangsu210094,China)
Abstract Inordertoincreasethesignal2to2noiseratio(SNR)andimprovethedetectionsensitivityoftheopticalcoherencetomographic(OCT)system,themainnoisesourcesintheOCTsystemareanalyzedindetail.AtheoreticalnoisemodelisthenproposedwhichmaybeusedtoanalyzetheeffectofdifferentpartsofOCTsystem.Basedonthetheoreticalresults,theperformanceofanOCTimagingsystemisanalyzed.Throughmeasuringthenoiselevelofthesystem,theexperimentalmodelofthesystemnoiseisobtained,andthenitisusedtocorrectthetheoreticalanalysisresults.Basedontheaboveanalysis,theimagingperformanceoftheOCTdeviceisoptimized.Theaxialresolutionof16μm,andthedetectionsensitivityof-90dBhavebeenobtained.Keywords medicaloptics;opticalcoherencetomography;noiseanalysis;sensitivity;dynamicrange;signal2to2noiseratio
收稿日期:2007208228;收到修改稿日期:2007211207
基金项目:江苏省六大人才项目基金(062B2041)、江苏省高校青蓝工程基金、江苏省“333"工程基金、南京理工大学青年学者基金(Njust200302)、教育部留学回国人员基金和苏州大学重点实验室基金(KJS01002)资助课题.
作者简介:李 鹏(1984—),男,江苏人,博士研究生,研究方向为生物医学成像.E2mail:leepeng.95@gmail.com
导师简介:高万荣(1961—),男,陕西人,教授,博士生导师,研究领域为生物医学光学.E2mail:gaowangrong@yahoo.com
1 引 言 光学相干层析术(OCT)主要是基于低相干干涉以及外差探测技术,具有非侵入性、高深度分辨率(1～15μm)、高动态范围(>100dB)等特点[1～3].光
学相干层析根据生物组织折射率、吸收系数、散射系数、双折射等光学特性,可以对组织的结构或者功能实现二维或三维成像.对于人眼等透明组织,其探测深度可以达到2cm,而对于皮肤等高散射性组织,
其探测深度可以达到2～3mm
[2]
.该技术可为临床
医学所应用,为生物组织(人体)的在体、实时研究提
供一种新的高速、高分辨率、非侵入式的探测手段[4～6].在光学相干层析系统中,从生物组织中反射
回来的背向散射光是极其微弱的,同时在后续电路中会受到各种噪声的干扰.一般情况下,一个系统的信噪比(SNR)近似地与入射光功率成正比,与系统的带宽成反比[7,8].但是,由于光学相干层析系统中
低相干光源引发的额外噪声的影响[9,10],随着入射
到样品表面的光功率的增大,系统信噪比会趋于某一极限值.同时,入射到生物组织样品上的光功率的大小受到光源的最大发光功率以及生物组织所能承
第35卷 第4期2008年4月中 国 激 光CHINESEJOURNALOFLASERSVol.35,No.4April,2008 受的最大光功率的限制.对于实时成像的光学相干层析系统,其探测电路一般具有较大带宽[8],而且系统的带宽还会受到参考臂扫描系统线性度的影响.为保证光学相干层析系统的探测灵敏度,国内外有不少学者对这一主题做了相关的研究[10,11].本文从理论上详细分析了光学相干层析系统中的主要噪声源,从工程设计的角度讨论了光学相干层析系统的各个组成单元的参数选择对系统信噪比的影响,初步建立了一套实用的光学相干层析的探测系统.2 光学相干层析系统工作原理及信噪比的理论分析2.1 工作原理如图1所示,其主要的组成部分是一个光纤迈克耳孙干涉仪.光源发出的低相干光经过光纤耦合器(分光比为γ,此处γ定义为干涉仪参考臂端口的输出光功率与两个端口输出光功率之和的比值)后分成两束光,分别经干涉仪的样品臂和参考臂反射,这两束反射光在光纤耦合器处重新汇合并干涉,耦合器的输出由光电探测器探测,将光信号转换成电信号,再经过锁相放大器解调、模/数(A/D)采样后,送入计算机,由计算机完成图像的处理及显示.值得注意的是,在这种探测结构中有一部分光会重新返回到光源,造成光能利用率的降低.图1光学相干层析系统结构示意图Fig.1SchematicofOCTsystem探测器中的光电流Id可以表示成[12,13]Id=ρ[Pr+Ps+Px+2PrPscos(2πfrt)],(1)式中ρ为探测器的响应,Pr为探测器接收到的来自参考臂的光功率,Ps为探测器接收到的来自样品臂中单次背向散射的光功率,即光学相干层析系统的信号光,这部分光与来自参考臂的光产生干涉信号,Px为探测器接收到的来自样品臂的杂散光的光功率,其主要由光纤的端面反射以及生物组织中经历了多次散射的漫射光构成,fr为参考臂中的延迟线引入的多普勒频移,即光学相干层析信号的中心频率.
在探测器的输出中,信号部分Is可以表示成
Is=2ρPrPscos(2πfrt),(2)因此,信号平方I
2s的时间平均/I2s0=2ρ2
PrPs,与参
考臂的光功率Pr相比,信号光功率Ps可以忽略不计,光电流Id的平均值Idc≡/Id0=ρ(Pr+Px).(3)2.2 噪声的理论模型光学相干层析系统中主要的噪声有接收器噪声、散粒噪声、额外噪声和1/f噪声(f为光辐射的调制频率)以及量化噪声.接收器噪声是指在探测器部分出现的与入射光强大小无关的一些噪声,主要包括散粒噪声、热噪声、温度噪声、放大器噪声等[13].该处的散粒噪声是指在无光照的条件下,由
于热激发作用,随机产生电子所造成的起伏,这部分噪声存在于所有的光电探测器中,该噪声和入射光的强度无关,一般比较小,可以忽略.光电探测器有一个等效电阻,对于电阻材料,即使在恒定的温度下,其内部的自由载流子的数目及运动状态也是随机的,由此造成的起伏噪声称为热噪声,而由热噪声导致的光电流方差的大小σ2th可表示为[13
]
σ2
th=4kBTB/Reff,
式中kB为玻尔兹曼常量,T为电阻的热力学温度,B
为探测带宽,Reff为有效负载电阻.在探测器的热噪声σ2
th中,有一部分参数难以正确估计,因此在实际
计算中常通过探测器厂商提供的输入噪声电流或者噪声等效功率来估计接收器噪声σ2
re.
探测器中的散粒噪声是由热激发产生的.当用光功率稳定的单色光源发出的光照射探测器时,由于光的量子特性,每一瞬间到达探测器的光子数是随机的,因此光激发的载流子也是随机的,其光电事件的统计是一泊松过程,由此引起的光电流的变化即为散粒噪声σ2
sh.由于该处的散粒噪声是由光激发
产生的,为区别于探测器中的散粒噪声,可称之为光子噪声,表示为[14]σ2
sh=2qIdcB,
式中q为电子电荷.
如果使用的是宽带非相干光源,光源出射光功率不再是恒值,必须考虑探测器上入射光的经典强度的随机涨落,此时光电事件的统计是一玻色2爱因斯坦(Bose2Einstein)分布,光电流的变化由散粒噪声σ2
sh
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中 国 激 光 35卷