《相干光电检测系统》PPT课件

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1、光电传感与检测技术第五章相干检测方法与系统按光学变换系统将被测量转换为光信息方式的不同，可将光电检测系统分为非相干检测系统和相干检测系统。第五章相干检测方法与系统非相干检测系统被测量被携带于光载波的强度之中或加载于调制光载波的振幅、频率或者相位变化之中，这样的系统称为非相干检测系统。相干检测系统被测信息加载于光载波（只能是相干光源）的振幅、频率或者相位之中的系统称为相干检测系统。第五章相干检测方法与系统主要内容：一相干检测的基本原理1光学干涉和干涉测量2干涉测量技术中的调制与解调二基本干涉系统及应用1典型的双光束干涉系统2多

2、光束干涉系统3光纤干涉仪三同频相干信号的相位调制与检测方法1相位调制与检测原理2同频相干信号的检测方法四光外差检测方法与系统1光外差检测原理2光外差检测特性3光外差检测条件五光电直接检测系统举例1干涉测量技术2光外差通信3多普勒测速相干检测就是利用光的相干性对光载波所携带的信息进行检测和处理，它只有采用相干性好的激光器作为光源才能实现。所以从理论上讲，相干检测能准确检测到光波振幅、频率和相位所携带的信息。但由于光波的频率很高，迄今为止的任何光电探测器都还不能直接感受光波本身的振幅、相位、频率及偏振的变化，而只能探测光的强度（

3、注）。因此，光的这些特征参量最终都须转换为光强的变化进行探测。而这种转换就必须通过干涉测量技术。一相干检测的基本原理根据产生干涉的光束间频率关系可分为：同频干涉外差干涉1光学干涉和干涉测量光学测量中，常需要利用相干光作为信息变换的载体，将被测信息加载到光载波上，使光载波的特征参量随被测信息变换。光干涉是指可能相干的两束或多束光波相叠加，它们的合成信号的光强度随时间或空间有规律的变化。干涉测量的作用就是把光波的相位关系或频率状态以及它们随时间的变化关系以光强度的空间分布或随时间变化的形式检测出来。以双光束干涉为例，设两相干平面

4、波的振动E1(x,y)和E2(x,y)分别为：两束光合成时，所形成干涉条纹的强度分布I(x,y)可表示为：式中，是条纹光强的直流分量；是条纹的对比度；是光频差；是相位差。①当两束频率相同的光（即单频光）相干时，有，即，此时，干涉条纹不随时间变化，呈稳定的空间分布。随着相位差的变化，干涉条纹强度的变化表现为有偏置的正弦分布。可以看出，干涉条纹的强度信息和被测量的相关参数相对应，对干涉条纹进行计数或对条纹形状进行分析处理，可以得到相应的被测信息。②当两束光的频率不同，干涉条纹将以的角频率随时间波动，形成光学拍频信号，也叫外差干涉

5、信号。如果两束光的频率相差较大，超过光电检测器件的频响范围，将观察不到干涉条纹。在两束光的频率相差不大(较小)的情况下，采用光电检测器件可以探测到干涉条纹信号，并且可以通过电信号处理直接测量拍频信号的频差及相位等参数，从而能以极高的灵敏度测量出相干光束本本身的特征参量，形成外差检测技术。实际上，干涉条纹的强度取决于相干光的相位差，而相位差又取决于光传输介质的折射率n对光的传播距离ds的线积分，即对于均匀介质，上式可简化为：对上式中的变量L和n作全微分可得到相位变化量2干涉测量技术中的调制和解调一般干涉测量系统主要由光源、干涉

6、系统、干涉信号接收系统和信号处理系统组成。从信息处理的角度来看，干涉测量实质上是被测信息对光载波调制和解调的过程。各种类型的干涉仪或干涉装置是光频载波的调制器和解调器。根据光调制器所调制的光载波的特征参量不同，调制技术可以分为振幅调制、频率调制、相位调制和偏振调制。二基本干涉系统及应用能形成干涉现象的装置是干涉仪，它的主要作用是，将光束分成两个沿不同路径传播的光束，在其中一路中引入被测量，产生光程差后，再与另一路参考光重新合成为一束光，以便观察干涉现象。1、典型的双光束干涉系统SdDxOP干涉条纹I光强分布2、多光束干涉系统

7、各透射光波叠加干涉后的干涉强度分布为当平行反射面镀以高反射膜层，即时，，可见，当时，光强I几乎为0；而当满足条件时，I达到极大值。因此，多光束干涉的光强分布是由宽的暗带相间的明亮细条纹。A0hi1GG’n2i2I3I1’I1I2’I2I3’I11I22I33A’3、光纤干涉仪光纤迈克尔逊干涉仪光纤马赫-曾德干涉仪光纤萨格纳克干涉仪光纤杨氏干涉仪光纤多光束F-P干涉仪三同频率相干信号的相位调制与检测方法当两束相干光束的频率相同时，若被测量变化使相干光波的相位发生变化，再通过干涉作用把光波相位的变化变换为振幅的变化，这个过程称为

8、单频光波的相位调制。1相位调制与检测的原理干涉条纹的强度取决于相干光的相位差，而相位差又取决于光传输介质的折射率n对光的传播距离ds的线积分，即光波传输介质折射率和光程长度的变化都将导致相干光相位的变化，从而引起干涉条纹强度的改变。干涉测量中就是利用这一特性改变光载波的特征参量，以形成各种