光电传感与检测第三章试卷.ppt

光信号的调制方法
(1)电光调制器(电光强度调制)
某些晶体在外加电场的作用下,其折射率随外加电场的改变而发生变化的现象称为电光效应,利用这一效应可以对透过介质的光束进行幅度,相位或频率的调制,构成电光调制器。纵向电光效应(外加电场方向与光传输方向一致)
~
纵向电光强度调制
V
Ii
P1
入射光
起偏器
x
z
y
L
x’
y’
λ/4玻片
检偏器
P2
调制光
Io
进入晶体后入射光被分解为沿x和y方向的两个分量,其振幅和相位都相同,分别为
电光调制特性曲线
透射光强
时间
电压
Vл
Vл/2
调制电压
0
50
100
sin ( )
2
лV
2Vл
B
Δφm
横向电光效应(外加电场方向与光传输方向垂直)
横向电光强度调制
Z
d
E
A
P
l
X
Y
X’
Y’
(2)声光调制器
(3) 磁光调制原理
磁光调制示意图
入射光
调制信号
起偏器
z
Hdc
YIG棒
z
45
0
检偏器
磁光调制主要是应用法拉第旋转效应,使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时,其偏振方向发生旋转
光电信号的检测方法
直接检测和外差检测
直接检测系统的构成框图
光学接收天线
信号光
背景光
光电
探测器
前置
放大器
光电信号
处理器
调制盘
光电检测的平方律特性假定入射信号的光电场为
A是信号光光场振幅,ω是信号光的频率,平均光功率P为
光探测器输出光电流为
光学接收天线
光电
探测器
前置
放大器
信号光
背景光
本振光
光电信号
处理器
外差检测系统的构成框图
设待测光束和本振光束具有相同的极化,并相互垂直地照射到检测器的均匀光敏面,其电场分别为
检测器光敏单元上中辐射场为
第一、二项的平均值,即余弦函数平方的平均值等于1/2;第三项——和频项(余弦函数)
的平均值为零;而第四项——差频项,相对光频来说要缓慢得多,当差频
低于光探测器的截止频率时,光探测器就有频率
的光电流输出。
光电检测器的输出光电流为
光电检测信号的偏置放大
探测器与偏置电路的等效
(a)恒压源(b)恒流源
~
Ui
Ui
Rs
Rs
(1)前置放大器的设计步骤
1)测量或计算光电探测器及偏置电路的源电阻RS。
2)从噪声匹配原则出发,选择前置放大器第一级的管型。选择原则如下:如果源电阻小于100Ω,可采用变压器耦合;在10Ω~1MΩ之间,可选用半导体晶体管;在1KΩ~1MΩ之间,选用运算放大器(OPAMP);在1MΩ~1GΩ之间,选用结型场效应管(JFET);超过1GΩ以上,可选用MOS场效应管(MOS-FET)。
3)在管型选定后,第一、第二级采用噪声尽可能低的器件,按照最佳源电阻的原则来确定管子的工作点,并进行工作频率、带宽等参量的计算及选择。
(2)放大器频率及带宽的确定
探测器噪声的频率特性
a)典型探测器的噪声谱 b)晶体管噪声系数的频率特性
N
f/Hz
0 10 10 10 10
2
3
4
5
0 f1 f2 f
F
光电信号的数字化
光电信号与计算机接口技术
单元光电信号的处理与数据采集:
由一个或几个光电转换器件构成的光电转换电路所产生的独立信号称为
单元光电信号。单元光电信号的数字化处理,可以直接进行二值化处理,
也可以通过A/D转换器将模拟单元光电信号数字化。
固定阈值法二值化处理电路
Rf
Uo
R1
Ui
U+
U-
Rw
Uth
+
-
(1)固定阈值法二值化处理