《光学基础和测试技术》 第一讲 光电技术

光电技术 光学基础和测试技术

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光电信号检测电路

一、光电信号检测电路

恒流源型光电检测器 右图是恒流源型光电探测 器的伏安特性:输出电流 125μulm 随器件端电压增大变化不 100m 大。如光电管、光电倍增 75μm 管、光电二极管、光电三 sulm 极管等

恒流源型光电检测器 0 50 100 150 0 1 2 3 4 5 6 125lm 100lm 75lm 50lm 25lm i (mA) U (V) 右图是恒流源型光电探测 器的伏安特性：输出电流 随器件端电压增大变化不 大。如光电管、光电倍增 管、光电二极管、光电三 极管等

电流放大型信号放大电路 输入阻抗:Z1n=Rf(A+1), 当开环放大倍数A=104,反 馈电阻为100K时,输入阻抗 为10,此时光电二极管工作 在近似短路电流状态,响应 速度高,放大器噪声低。 输出电压:U=IRRS① 与输入光通量成正比 适用于弱信号检测

电流放大型信号放大电路 I sc R Rf Zin ＋ － 输入阻抗：Zin= Rf /(A+1)， 当开环放大倍数A=104，反 馈电阻为100K时，输入阻抗 为10，此时光电二极管工作 在近似短路电流状态，响应 速度高，放大器噪声低。 输出电压：U=IscRf=RfSΦ， 与输入光通量成正比。 适用于弱信号检测

电压放大型信号放大电路 电压放大型: 放大器的漏电流很小,输入 阻抗很大。当负载电阻为1M 以上时,光电二极管工作在 接近开路状态。 输出电压: J=-AU=AUnn(SΦ/。与输 入光通量对数成正比 A=1+R2/R1

电压放大型信号放大电路 电压放大型： 放大器的漏电流很小，输入 阻抗很大。当负载电阻为1M 以上时，光电二极管工作在 接近开路状态。 输出电压： U=-AUoc =-AUT ln(SΦ/Io )与输 入光通量对数成正比。 A=1+R2 /R1 R1 RL R2 ＋ －

阻抗变换型信号放大电路 阻抗放大型: 将高阻抗的电流源转换成低 阻抗的电压源。 输出电压:U=IRRS①,采 用场效应管放大 电路的时间特性比较差,适 用于缓变信号放大

阻抗变换型信号放大电路 阻抗放大型： 将高阻抗的电流源转换成低 阻抗的电压源。 输出电压：Uo=IRf=RfSΦ，采 用场效应管放大。 电路的时间特性比较差，适 用于缓变信号放大。 RL Ub I R0 R Rf ＋ －

二、光电信号的变换和检测

二、光电信号的变换和检测

1、时变光信号的直接检测 光信号的测量可以是振幅型的、频率型的和相位型 的。直流的或者变化缓慢的信号采用振幅测量法, 而时间脉冲信号采用频率或相位测量。振幅测量的 相对误差可达102~104,频率测量可达106以下

1、时变光信号的直接检测 光信号的测量可以是振幅型的、频率型的和相位型 的。直流的或者变化缓慢的信号采用振幅测量法， 而时间脉冲信号采用频率或相位测量。振幅测量的 相对误差可达10-2~10-4，频率测量可达10-6以下

光信号的振幅测量 单通道测量系统:直读法(直接读出光信号幅度)、指 零法(通常用于测量偏振度等光信号,有较高的精度); 双通道测量系统:用于克服单通道测量时入射光辐射 波动导致的系统不稳定。通常有差动法、比较法和交 替法。在差动法中,信号的变化采用差值控制,而在 比较法中采用比例控制。差动法和比较法中采用指零 读数时,类似于电桥平衡。交替比较法采用单个光电 接收器,用于克服前面二种方法中接收器差异导致的 测量误差

光信号的振幅测量 ➢ 单通道测量系统：直读法(直接读出光信号幅度)、指 零法(通常用于测量偏振度等光信号，有较高的精度)； ➢ 双通道测量系统：用于克服单通道测量时入射光辐射 波动导致的系统不稳定。通常有差动法、比较法和交 替法。在差动法中，信号的变化采用差值控制，而在 比较法中采用比例控制。差动法和比较法中采用指零 读数时，类似于电桥平衡。交替比较法采用单个光电 接收器，用于克服前面二种方法中接收器差异导致的 测量误差

光信号的频率测量 被测信息的规律是周期性的,则叮考虑采用频率测量方 法。与振幅测量方法相比较,频率测量具有很高的测量 精度。 波数测量:通过测量光通量随时间变化的周期数来检 测被测值的方法称作波数测量或波形测量。常用场合 为干涉法测量位移(如迈克尔逊干涉仪)、测量微小角 度或长度(如等厚干涉法)等等; 频率测量:测量光通量变化频率的方法。例如采用干 涉仪测量物体运动的速度等

光信号的频率测量 ➢ 波数测量：通过测量光通量随时间变化的周期数来检 测被测值的方法称作波数测量或波形测量。常用场合 为干涉法测量位移(如迈克尔逊干涉仪)、测量微小角 度或长度(如等厚干涉法)等等； ➢ 频率测量：测量光通量变化频率的方法。例如采用干 涉仪测量物体运动的速度等。 被测信息的规律是周期性的，则可考虑采用频率测量方 法。与振幅测量方法相比较，频率测量具有很高的测量 精度