全书内容简介： 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章介绍光电探测基础： 第2章介绍光子、光热两大类探测器的工作原理与负载电路设计方法： 第3章介绍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章介绍光电成像特点和CCD等探测器的功能： 第5章介绍光接收机信号检测理论
第1章光电探测基础 教学目标： 1、理解光电系统的基本模型 2、深刻把握光电探测定律和基本的物理效应 3、理解各类性能参数的具体物理意义 教学重点： 1、光电探测器的基本物理原理 教学难点： 1、光电探测定律 2、各类性能参数的物理意义
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 花红外里一 X射线 电磁波 103106109101 10101102102fHz 2 8 1 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*10L3*1011z,或波长1mm-10mm。 从光量子的观点分析，单光子的能量E(用V表示？) 其中，h是普朗克常数，其值为6.626×10J.S。 波谱区 波长 须率yHz nv /ev 微波 300-1mm 1*1093*1012 0.0000040.004 红外光 1mm-0.76um 3*10-4.3*1014 0.004-1.7 可见光 0.76038μm 4.3*10145.7*1014 1.7-2.3 紫外光 0.38-0.01μm 5.7*10141016 2.3-40 X射线 10-0.03nm 1016-1019 404000 Γ射线 <0.03nm >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两级（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
根据光发射 主动式：由光源和调制器构成发光射机 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。 一本课程主要内容 接收到的光场 接收透 光电 后续检测 镜系统 探测器 处理器 接收到的光场 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 滤波器原理 透硬 透镜 的光场 合束镜 接收到 聚焦光场 光电探测器 接收到 聚集光场>光电探测器 的光 的光场 本地光场 频率法波器 接收以幅度、颜本地 空间相干 待传输信息一瞬间光功率的变化 率、相位调制子 激光器 性要求高 式传递的信息 a功率探测接收机 心)外差接收机
1.1.2光源发射增益 (光接收机接收到的光功率与光发射机发射功率相关) 光的辐射特性：光源的亮度函数L(0)。 定义：该函数描述了在一个给定的方向角0时，光源辐射的归一化功率 单位：w(srm2)瓦特每球面度平方米) 均匀辐射型光源（大部分光源） 辐射的总功率为 >均匀辐射型光源（大部分光源） 辐射的总功率为：P。=LA2 (As:发光面积：Qs:辐射角) 朗伯光源：2，=2π(s)P=2π4 ·辐射对称型光源 立体角Qs与平面辐射角0s间的关系 2、=2π1-cos(0./2)] 图1.1-5光反射角 ●光束形成和光汇聚平面光束的直径 入：波长 d：输出透镜直径 :透镜的距离 注意：扩束准直后的光束在长距离空间通信中会扩展，而不是 平行光束，因为聚束透镜无法把光源场聚焦为一点 讨论： (1)在近场时，z/d2<1 准直后的光束直径与透镜 光源 直径相同。 (2)在远场时，z/d>1 光束直径随距离的增加而 扩大。扩散的平面角约为 图1.1-6 光束形成和光汇背