光辐射探测过程的噪声.pptx

第四章光电信号处理












一、辐射场的涨落
光子是玻色子,光子数按能量符合玻色—爱因斯坦统计分布。
•根据统计理论,可以计算出辐射源单位时间内总光子数起伏的均方值为:
辐射体发射光子速率起伏的噪声功率谱密度为:
•根据统计理论,可以计算出辐射体辐射功率起伏的方差为:
辐射体发射功率起伏的功率谱密度为:
二、光子噪声的近似处理
辐射体辐射功率的涨落引起探测过程的噪声叫做光子噪声。
光子噪声的来源应归结为玻色—爱因斯坦统计分布的起伏。根据光子的微粒性光子的发射是一个一个独立发生的事件,因而具有泊松分布的规律;在此基础上考虑光子的波动性。
有两部分组成:
1)量子噪声:完全独立的光子发射产生的起伏引起的。严格的泊松分布。
2)波动噪声:它与发射的光子的频率有关。增加了光子发射过程中的波列的相关性。
在光辐射探测的过程中,光子噪声是一个准泊松过程。但对于相干辐射,则完全可忽略波动噪声,从而将光子噪声视为一个严格的泊松过程。
在通常处理的光谱范围内,满足λ<<hc/kT时,即光子的波长较短,可以忽略光子波动性,将光于的辐射过程作为泊松过程处理,则由辐射光子速率的涨落在光子探测器中产生的光子噪声电流具有散粒噪声的形式。
光伏器件和光电导器件中光子噪声电流的均方值为:
根据辐射来源分为:背景噪声和信号噪声。对应有背景噪声限探测和信号噪声限探测。
三、温度噪声
辐射体辐射功率的涨落在热探测器中将引起探测器温度涨落,由此而产生的噪声称为温度噪声。
热平衡下探测元温度起伏的方差
温度噪声是白噪声。
放大器的噪声放大器的电压——电流(En-In)噪声模型
•一个放大器是由若干个元件构成的,而每个元件都会产生噪声,这样一个放大器内部的噪声是很复杂的。
•为了简化分析,通常采用En-In模型来描述放大器的总的噪声特性。
•根据网络理论,任何四端网络内的电过程均可等效地用连接在输入端的一对电压电流发生器来表示。因而一个放大器的内部噪声可以用串联在输入端的具有零阻抗的电压发生器En和一个并联在输入端具有无穷大阻抗的电流发生器In来表示。两者相关系数为r。
这个模型称为放大器的En-In噪声模型。
一、放大器的En-In噪声模型
Vs为信号源电压;
Rs为信号源内阻;
Ens为信号源内阻上的热噪声电压:;
Zi为放大器输入电阻
Av为放大器电压增益,即对输入端的电压放大倍数;
Vso、Eno分别为总的输出信号和输出噪声。
~
Rs
Ens
Vs
In
r
Zi
Av
无噪声
放大器
Vso
En
利用En-In模型的优点:
放大器便可看成是无噪声的,对放大器噪声的研究归结为只要分析En、In在整个电路中所起的作用。
简化了电路系统的噪声的计算。
模型的实验基础:能够通过实验测量得出En、In的具体大小