基于光外差法的高速光电探测器带宽测量技术
光电探测器 标准
光电探测器标准
光电探测器的标准通常包括以下几个方面：
响应度：光电探测器产生光电流与入射光功率之比，单位通常为A/W。
响应度与量子效率的大小有关，为量子效率的外在体现。
量子效率：描述光电探测器将光子转换为电子的能力。
暗电流和噪声：在没有光入射的情况下，探测器存在的漏电流被定义为暗电流。
其大小影响着光接收机的灵敏度大小，是探测器的主要指标之一。
等效噪声功率（NEP）：代表光电探测器的噪声水平。
跨阻增益：单位有的是V/A，有的是V/W，意思是输出电压信号幅度除以输入光电流或者光功率。
带宽：带宽是衡量光电探测器响应速度的指标。
输出信号幅度：在高频的光电探测器有的会做限幅处理，只有两三百毫伏，这将影响动态范围。
探测功率过大可能会导致探测器饱和无法探测到真实值，甚至烧坏探测器。
光纤接口还是自由空间光，两种类型的光敏面相差很大。
电源供电，双电源还是单电源。
这些标准因不同的光电探测器和应用而有所不同，选择适合的探测器需要考虑这些因素以达到最佳性能。
光学测试技术_光电技术
可选择带通滤波器提高信噪比。带宽Bf：ω0-Ω~ω0+Ω
光信号频率调制
在宽带调频时，m f 1
t 0 m sin 0t m f sin t
带宽 B f 2 2
光信号脉冲调制
将直流光通量用斩光盘调制，可得到连续的光脉冲载 波。这种脉冲调制可实现对光脉冲信号的幅度、重复 频率、脉宽、相位等参数或者它们的组合按调制信息 改变。 此外，还可其他参量进行调制，如对光信号的偏振特 性参数调制、对光信号传输方向调制等。
detector2
source
Target
作涉 探测或者光外差探测。它被广泛地应用到雷达监测中。 请叙述该检测技术的基本原理。
2、时变光信号的调制检测
对光信号进行调制，将待测信息加载到光信号中达 到测量目的。调制技术可改善光电系统的工作品质， 提高信噪比和灵敏度，是光电检测系统中常用的方 法。
t 0 1 m sin t m sin t
cos t 1 0 m sin t mm 2 cos t 可选择带通滤波器提高信噪比。带宽：ω-Ω~ω+Ω
连续波调制
t 0 m V t sin V t t V t FM AM PM 满足：0 m V t
0 m sin 0t m f cos 0t sin t 1 0 m sin 0t m m f 2 sin 0 t sin 0 t
光信号的频率测量
光电检测技术智慧树知到答案章节测试2023年山东科技大学
第一章测试1.光电传感器是基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种传感器A:对B:错答案:A2.PN结型的光电传感器有光电二级管、光电晶体管光电晶闸管等A:错B:对答案:B3.非PN结的光电传感器有光敏电阻、热敏电阻及光电管等A:对B:错答案:B4.一般的电子检测系统由三部分构成，分别是（）、（）和（）A:发射器B:传感器C:信号调制器D:输出环节答案:BCD5.光电检测系统频率量级上比电子检测系统提高了几个数量级，因此在载波容量、角分辨率、距离分辨率和光谱分辨率上大大提高A:错B:对答案:B第二章测试1.热效应较小的光是A:红外B:紫光C:紫外D:红光答案:C2.半导体中受主能级的位置位于A:满带B:价带C:禁带D:导带答案:C3.波长为500nm的波属于A:太赫兹波B:X射线C:远红外D:可见光答案:D4.光度量是辐射度量的()倍A:683V(λ)B:V(λ)C:683D:1/683 V（λ）答案:A5.本征半导体在绝对零度时，在不受光的照射下，导带中没有电子，价带中没有空穴，此时不能导电。
A:错B:对答案:B第三章测试1.光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。
A:错B:对答案:B2.光敏电阻是光电导效应器件。
A:对B:错答案:AD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种。
A:对B:错答案:A4.光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号。
A:错B:对答案:B5.热敏电阻的种类不包括下列哪个A:ZTCB:NTCC:CTCD:PTC答案:A第四章测试1.信息的信噪比的大小决定了光电探测器件能否测量出改信息。
A:对B:错答案:B2.根据噪声来源，光电探测器的噪声有几种形式？A:低频噪声B:背景噪声C:热噪声D:散粒噪声答案:ACD3.设计光电信号检测电路必须满足下列哪些要求？A:最佳的信号检测能力B:灵敏的光电转换能力C:快速的动态响应能力D:长期工作的稳定性和可靠性答案:ABCD4.对于光伏型的光电信号输入电路，当入射光通量一定时，负载增大，输出电压也增大，但是当电阻达到一定值后输出电压变饱和。
光电探测器及应用
要正确选择光电探测器，首先要对探测器的原理和参数有所了解。
1.光电探测器光电二极管和普通二极管一样，也是由PN结构成的半导体，也具有单方向导电性，但是在电路中它不作为整流元件，而是把光信号转变为电信号的光电传感器件。
普通二极管在反向电压工作时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相较大，以便接收入射光。
光电二极管在反向电压工作下的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增加到几十微安，称为光电流。
光的强度越大，反向电流也越大。
光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换为电信号，称为光电传感器件。
2.红外探测器光电探测器的应用大多集中在红外波段，关于选择红外波段的原因在这里就不再冗余了，需要特别指出的是60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。
在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。
另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。
红外线根据波长可以分为近红外，中红外和远红外。
近红外指波长为0.75—3微米的光波，中红是指3—20微米的光波，远红外是指20—1000微米的波段。
但是由于大气对红外线的吸收，只留下三个重要的窗口区，即1—3,3—5和8—14可以让红外辐射通过。
因为有这三个窗口，所以可以被应用到很多方面，比如红外夜视，热红外成像等方面。
红外探测器的分类：按照工作原理可以分为：红外红外探测器，微波红外探测器，玻璃破碎红外测器，振动红外探测器，激光红外探测器，超声波红外探测器，磁控开关红外探测器，开关红外探测器，视频运动检测报警器，声音探测器等。
按照工作方式可以分为：主动式红外探测器和被动式红外探测器。
第八章 外差(相干)探测系统
y
KL K Ly Ks
K Lx
y
θ θ
O
x l z
O
D
x
图8.3– 1
坐标关系
注意到在探测器面上x=0， 则有 es=Es cosωst eL=EL cos(ωLt+KL sinθ·y) 在(0,y)点上的中频电流 iIF (0,y,t)=α·EsEL cos(ωIFt+KL·y·sinθ) =α·E E =α Es·EL cos(ωIFt+KL·y·θ) y θ) (8.3 - 6) (8.3 - 4) (8.3 - 5)
∆f =
C
λ
∆λ = 3 × 109 Hz 2
(8.1 - 15)
在外差探测中， 情况发生了根本变化。 如果取差 频宽度作为信息处理器的通频带∆f， 即
ωs − ωL ∆ f IF = 2π
= fs − fL
(8.1 - 16)
外差探测具有更窄的接收带宽， 外差探测具有更窄的接收带宽，即对背景光有良好 的滤波性能。 的滤波性能。
这里c是光速。
ω IF
c
(8.3 - 16)
总的中频电流为
iIF (t ) =
α
D∫
D/2
−D / 2
iIF (0, x, y )dy
∆ K IF Dθ sin 2 = α Es E L cos ω IF t ⋅ ∆ K IF ⋅ Dθ 2
(8.3 - 17)
y
K
s
K
L
θ
Kcos θ
O l
θ
Ksin θ
D
x
图 8.3 - 2 两束光平行但不垂直于探测器
考虑到sinθ≈θ， y点产生的中频电流iIF (0，y，t)可 以写为 iIF (0,y,t)=αEsEL cos(ωIFt+∆KIFy sinθ) 式中 (8.3 - 15)
短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽_贾豫东
时自外差法, 采用该方法可以在延时光纤长度远小于 6倍的激光器相干长度时, 消除延时自外
差法因为延时时间不够导致测量精度的大幅度下降这一缺陷, 为工程上实现精确测量窄线宽
激光器线宽提供了行之有效的方法.
关 键 词: 激光器; 线宽测量; 短光纤延时自外差法
中图分类号: TN 248
文献标识码: A
文 章 编 号: 1001 5965( 2008) 05 0568 04
( 2)
式中, s 和 L 分别为信号光和本振光角速度; s
和 L 分别为信号光和本振光相位; E s 和 EL 分别
为信号光和本振光振幅; t 为时间变量. 由光电探
测器平方律特性, 其输出光电流 [ 3] 为
i = [ es ( t ) + eL ( t ) ] 2
( 3)
式中, 为光电转换系数. i 经过有限带宽的中频
2 008 年
将试验参数代入仿真程序, 得到仿真结果如 图 3a和图 3b.
两组结果基本吻合. 根据上面移频延时自外 差法理论分析, 图 2 中的实测不能精确反映激光器的线宽, 线宽较窄 的 B 激光器光纤延时线长度需达到 71 km, 才能得 到比较精确的线宽数值. 而以现在报道的线宽已 突破 1 kH z的激光器, 光纤延时 长度将会达到惊 人的上千公里左右, 这显然会使整个测量方案很 难得以实现. 因此, 如何以较短的光纤达到长光纤 的测量结果显得非常重要.
收稿日期: 2007 04 27 作者简介: 贾豫东 ( 1975 - ) , 男, 甘肃庆阳人, 博士生, jyd _b lu eeye@ 126. com.
第 5期
贾豫东 等: 短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽
光电探测器拍频原理
光电探测器的拍频原理是基于光拍的波长和频率的测量。
当有振幅相同、频率相近且偏振方向相同的两列光波叠加时，会形成光拍。
这两列光波可以是通过不同光程后入射到同一光电探测器的两路光频波。
光拍波由光电探测器检测，输出的两个光拍信号的位相差与两路光的光程差之间有关系。
当光程差等于光拍波长时，可以通过测量位相差来确定光速，从而推导出光拍的频率。
为了产生光拍频波，需要相叠加的两光波具有一定的频差，这可以通过超声与光波的相互作用来实现。
具体方法包括行波法和驻波法。
在行波法中，声光介质与声源相对的端面敷以吸声材料，防止声反射，以保证只有声行波通过介质。
当激光束通过介质时，产生对称多级衍射和频移，利用适当的光路使零级与+1级衍射光汇合起来，沿同一条路径传播，即可产生频差为的光拍频波。
在驻波法中，声光介质与声源相对的端面敷以声反射材料，以增强声反射。
光外差检测必须满足的条件
光外差检测必须满足的条件光外差检测必须满足的条件在光学技术领域，光外差检测是一种常用的方法，用于测量光场的相位差。
这种技术在不同领域都有着广泛的应用，比如光学成像、光通信、激光雷达等。
然而，要想得到准确可靠的测量结果，光外差检测必须满足一定的条件，才能保证其有效性和精准度。
以下是光外差检测必须满足的四个条件：条件一：稳定的光源光源的稳定性对于光外差检测至关重要。
光源的波长和强度必须保持稳定，以确保测量结果的准确性。
光源的频率稳定性也是十分重要的，任何频率的波动都会对测量结果产生影响。
选择合适的光源并对其进行稳定性测试是光外差检测的第一步。
条件二：稳定的光路光路的稳定性同样是影响光外差检测准确性的重要因素。
光路中的任何微小变化都可能导致相位差的变化，从而影响测量结果。
必须确保光路的稳定性，采取适当的措施来避免振动、温度变化和光学元件的微小移动。
光路的安装和调节也必须十分精准，以确保光线的传输和反射都能够保持在设计好的轨迹上。
条件三：高精度的检测装置光外差检测所使用的检测装置必须具有高精度，以满足对光场相位差的准确测量。
这包括光学元件的精度、探测器的灵敏度和响应速度等方面。
特别是在高精度测量中，需要选择具有高线性度和低噪声的检测器，并且保持其在整个测量过程中的稳定性和可靠性。
条件四：准确的数据处理和分析算法准确的数据处理和分析算法是保证光外差检测准确性的关键。
在得到测量数据后，需要对其进行合理的处理和分析，以提取出所需的相位差信息。
正确选择和应用适当的算法对于保证测量结果的可靠性和准确性至关重要。
光外差检测必须满足稳定的光源、稳定的光路、高精度的检测装置和准确的数据处理和分析算法这四个条件。
只有在满足了这些条件的前提下，光外差检测才能够得到准确、可靠的测量结果，为光学技术领域的应用提供了有力支持。
个人观点和理解光外差检测作为一种重要的光学测量技术，在科学研究和工程应用中有着广泛的应用前景。
通过本文的探讨，我对光外差检测有了更深入的了解，知道了它必须满足的条件以及实现高精度测量的关键技术要点。
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基于光外差法的高速光电探测器带宽测量技术
高速光电探测器是现代通信和信息处理领域中不可或缺的重要元件，
其性能的优劣直接影响到整个系统的工作效率和可靠性。而光电探测
器的带宽是衡量其性能的重要指标之一，因此如何准确地测量光电探
测器的带宽成为了一个热门的研究方向。基于光外差法的高速光电探
测器带宽测量技术是一种常用的测量方法，本文将对其进行详细介绍。
光外差法是一种基于光学非线性效应的测量方法，其原理是利用两束
光的光学混频效应产生一个新的光信号，通过测量这个新的光信号的
频率来确定被测量器件的带宽。在高速光电探测器的带宽测量中，通
常采用的是光电探测器和激光器作为两束光源，其中激光器的频率为
$f_1$，光电探测器的频率为$f_2$，则通过光学混频效应产生的新的
光信号的频率为$f_{IF}=|f_1-f_2|$。由此可以得到被测量器件的带宽
$B$为$B=f_{IF}/k$，其中$k$为比例系数。
基于光外差法的高速光电探测器带宽测量技术具有以下优点：
1. 非接触式测量：该方法不需要与被测量器件直接接触，避免了接触
式测量中可能产生的误差和损伤。
2. 高精度测量：该方法通过光学混频效应产生的新的光信号的频率来
确定被测量器件的带宽，具有高精度的测量能力。
3. 宽频测量范围：该方法适用于高速光电探测器的带宽测量，可以测
量从几千兆赫到几百千兆赫的宽频范围。
4. 高效测量：该方法测量速度快，可以在短时间内完成对被测量器件
带宽的测量。
基于光外差法的高速光电探测器带宽测量技术在实际应用中也存在一
些问题，如光学混频效应的非线性特性会导致测量误差的增加，需要
对测量结果进行修正；同时，该方法需要使用高精度的光学器件和高
稳定性的光源，增加了测量成本和难度。
总之，基于光外差法的高速光电探测器带宽测量技术是一种常用的测
量方法，具有非接触式、高精度、宽频测量范围和高效测量等优点，
但也存在一些问题需要解决。在实际应用中，需要根据具体情况选择
合适的测量方法，以保证测量结果的准确性和可靠性。