安徽科技学院：《光电探测与信号处理》课程教学资源（课件讲稿）第一章 光电探测基础（打印版）

省级精品资源共享课程 光电探测与信号处理 主讲：何恩节（博士副教授） 电气与电子工程学院光电工程系

60 013506376 311i771 4]W Xu.TK Lee.BS Moon.et al.Adv Optical Mater.2018.DOI:10.1002/adom.201701119. 151N Zhou B Xu L Gan et al IMater ChetC 2017 5(7)1591-1595 16]Y Zhang,A Manjavacas,N J Hogan,ct al.Nano Letf,2016.16(5):3373-3378. [7]D LZhou,D L Liu,JJ Jin,et al.J Mater Chem A.2017.5(32):16559-16567. [8]X W Liu,Y Wang.X Y Li.et al.Nat Commun,2017,8(1):899 9]QQ Zhan,H C Liu.B J Wang.et al.Nat Commnun.2017.8:1058

内容简介： 在光电子系统中，光电探测对信号的解调过程是功率响应。 本书从这一点出发，结合探测器性能和信噪比的概念，系统地介 绍了光电系统和信号处理的基本内容和基本技术。 第1章光电探测基础 第2章光子、光热两大类探测器的工作原理 与负载电路设计方法 第3章直接探测和外差探测两种体制的系统 性能及最佳信号处理方法 第4章光电成像特点和CCD等探测器的功能 第5章光接收机信号检测理论

第1章光电探测基础

1.1光电系统描述 ·光电系统：是指以光波作为信息和能量载体而实现传 感、传输、探测等功能的测量系统。 远红外红外可见光紫外 「射线 X射线 电磁波」 近红外■ 10310°109102105108 10104fz 图1.1-1电磁波谱图 ·光电系统的工作区域：光频段，包括红外光、可见光、 紫外光和X射线部分的电磁辐射：对应的频率范围为 3×1011-3×1016Hz,或波长1mm-10nm

从光量子的观点分析，单光子的能量E: E=hv 用eV、cm1表示E单位？ 其中，h是普朗克常数，其值为6.626×1034J.S。 表1.1-1光波段单光子能量表 波谱区 波长1 频率v/Iz 微波 300-1mm 1*1093*1012 0.000004-0.004 红外光 1mm-0.76μm 3*1012-4.3*1014 0.004-1.7 可见光 0.76-0.38μm 4.3*1014.5.7*1014 1.7-2.3 紫外光 0.38-0.01μm 5.7*10141016 2.3-40 X射线 10-0.03nm 10161019 40-4000 『射线 1019 >4000

1.1.1光电系统的基本模型 光电系统频率提高了几个量级（实现方法、功能质变）： 载波容量、角分辨率、距离分辨率和光谱分辨率极大提高 ●光电系统基本构型 光发射机 光学信道 光接收机 图1.1-2光电系统基本模型 主动式：由光源和调制器构成发光射机 根据光发射 机的不同光 电系统分为 被动式：被探测物体的热辐射发射 光学信道：主要指大气、空间、水下和光纤

●光接收机：用于收集入射的光场并处理、恢复光 载波的信息一一本课程主要内容 接收到接收透 光电 后续检测 的光场 镜系统 探测器 处理器 图1.1-3光接收机基本模型 透镜系统：把接收的光场进行滤波和聚焦 光电探测器：将光信号转化为电信号 后续处理器：完成信号放大、处理及过滤，恢复所需信息

●光接收机的分类 >功率探测接收机（直接探测或非相干接收机） >外差接收机（空间相干接收机） 准直后 空间滤波器原理 透镜 的光场 ,合束镜 诱镜 光电探测器 接收到 接收到 聚焦光场不光电探测器 聚焦光场！ 的光场 的光场 ·本地光场 频率滤波器 接收以幅度、频 本地 空间相干 待传输信息一瞬间光沙率的变化 率、 相位调制方 激光器 性要求高 式传递的信息 (a功率探测接收机 )外差接收机 图1.14光接收机的两种基本类型 聚焦得以减小接收面积

附：立体角 由一点发出的两条射线之间的夹角记做da 设射线长为r, 线段元d对某点所张的平面角： da dlo da= -dc0s0单位：弧度 dl是以r为半径的圆弧 0是线段元dl与dl,之间的夹角