第09章_直接探测和相干探测
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测距计时器
放大、滤波、比较
主波
回波
光学信号变换
光-电信号变换
激光脉冲测距原理示意图
电学信号变换
光电信 号检测·······---第十章
--热力学方法,制冷降低探测器噪声
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--光学方法,如场镜、光锥、浸没透镜··
例:红外探测系统
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信号光电流、背景光电流和器件暗电流
热噪声
散粒噪声
2) 直接探测的信噪比极限:
以光电二极管为例
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最理想情况,只有信号光电流引起的散粒噪声(忽略吗?)
--直接探测的量子极限
2) 直接探测的信噪比极限:
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-直接探测的量子极限
量子极限的另一种表达是:
-直接探测的噪声等效功率
例:η为1,Δf为1Hz,~2hν,已很接近单个光子的能量hν。 实际上,几乎不可能???
2)直接探测的信噪比极限:
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物理学中“量子”的定义:
--直接探测噪声等效功率
例:η为1,Δf 为 1Hz, 可探测 ~2hv
频率为v的电磁波的能量是一份一份的,一份最小的能量hv称为量子。
量子极限:
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直接探测
--Drirect Detection ,又称为非相干探测
装置简单,光源为相干光源或非相干光源,只能探测平均光功率(光强)
* 直接探测系统的视场和作用距离
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* 直接探测系统的视场和作用距离
视场
Ωd=Ad / f 2
光电探测器的视场角:
光电探测器
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* 直接探测系统的视场和作用距离
作用距离:
主动探测系统框图
被动探测系统框图
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激光制导、飞行物自动跟踪
激光稳频、机器人视觉
·········
几何量(长度、位移····)
表面形状参量(工件粗糙度、伤痕···)
光学参量(吸收、反射···)
电磁量(电流、电场、磁场···)
··············
应用于测量:
应用于控制:
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特点:信息加载--辐通量(光强)
几何量(长度、位移····)
表面形状参量(工件粗糙度、伤痕···)
光学参量(吸收、反射···)
电磁量(电流、电场、磁场···)
··············
辐通量(幅度、频率、相位···)
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例1. 光电磁场测量
磁场--光通量(幅度)
磁场
振动方向旋转角度
光通量幅度
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例2. 光栅莫尔条纹测位移
t
精度已可达±
位移--光通量(频率)
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测“幅度”与“频率”方法,测量精度的比较:
基准精度
测量精度
基准稳定方法
幅度
10-3~10-4
10-2~10-3
模拟量
稳定电路
频率
10-6~10-8
10-5~10-7
晶振,
数字锁相环
现代光电测量中常优先考虑采用频率测量法!
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例3. 光电测距
--光电光波测距
发射光波
接收光波
距离--光通量(相位)
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