Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Карих Е.Д. -> "Оптоэлектроника" -> 31

Оптоэлектроника - Карих Е.Д.

Карих Е.Д. Оптоэлектроника — Мн.: БГУ, 2002. — 107 c.
Скачать (прямая ссылка): optoelektronika2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 41 >> Следующая

35
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Лекция 6. МЕТОДЫ ПРИЕМА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
По принципу регистрации и первичной обработки информации, содержащейся в оптическом сигнале, различают два метода приема оптического излучения: метод прямого фотодетектирования и метод фотосмешения (когерентный прием излучения).
Прямое фотодетектирование. Метод прямого фотодетектирования состоит в измерении фототока или в подсчете числа импульсов на выходе фотодетектора, вызываемых попаданием на него регистрируемого потока фотонов. В соответствии с этим различают два режима прямого фотодетектирования: токовый режим и режим счета фотонов.
Запишем напряженность электрического поля световой волны на чувствительной площадке фотодетектора:
E = E 0 e - (т + ф0}, (6.1)
где E0, т и ф0 - амплитуда, частота и начальная фаза поля. Тогда средняя мощность, поступающая на фотодетектор, будет равна:
P = uA SSs0 EE*. (6.2)
2
Здесь и - скорость света в среде, s - диэлектрическая проницаемость среды, s0 - электрическая постоянная, A - площадь фотодетектора. Величина фототока связана с падающей световой мощностью:
I = P. (6.3)
Пт
Здесь e - заряд электрона, п - квантовый выход фотодетектора, определяемый как отношение числа свободных носителей заряда (или пар носителей), созданных светом в фоточувствительном слое фотодетектора, к числу квантов излучения, поступивших на фотодетектор за то же время. Учитывая (6.1) и (6.2), получаем:
uAss 0 пе 2
i=^2т- E»- (6.4)
2Пт
Итак, при прямом фотодетектировании полезный сигнал на выходе фотодетектора пропорционален квадрату амплитуды световой волны и не несет никакой информации о ее частоте и начальной фазе.
Метод счета фотонов. В методе счета фотонов регистрируются импульсы напряжения, соответствующие поглощению фотодетектором отдельных квантов излучения.
Пусть в качестве фотодетектора используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Типичный ФЭУ представляет собой вакуумную колбу, в которой находятся фотокатод, фокусирующий электрод, система умножительных электродов (динодов) и анод (рис. 6.1 а).
36
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
5
а
б
б
7
8
т
9
т
10
ЕГ
Рис. б.1. Принцип построения счетчика фотонов:
а - формирование одноэлектронных импульсов в ФЭУ; б - схема счетчика фотонов; 1 - вакуумная колба; 2 - фотокатод; 3 - фокусирующая система; 4 - анод; 5 - динодная система; б - фотодетектор; 7 - усилитель; 8 - амплитудный дискриминатор; 9 - счетчик импульсов; 10 - компьютер
Электрон, освобожденный светом из фотокатода, ускоряется электрическим полем и выбивает из первого динода один или несколько вторичных электронов. Процесс повторяется на последующих динодах и на анод поступает лавина электронов. Число электронов в лавине определяется коэффициентом внутреннего усиления ФЭУ (типичные значения
5 8
10 -10 ). Электроны заряжают распределенную выходную емкость умножителя C (~ 4 - 20 пФ). Если емкость успевает разрядиться через нагрузку R до прихода следующей лавины, на нагрузке формируются импульсы напряжения, соответствующие поглощению отдельных квантов излучения. Такие импульсы называют одноэлектронными. Поскольку лавинное умножение имеет случайную природу, коэффициент усиления и амплитуда импульсов также испытывают некоторый разброс (рис. 6.2, кривая 1).
Рис. б.2. Амплитудное распределение импульсов на выходе ФЭУ в режиме счета фотонов:
1 - сигнальные импульсы; 2 - темновые импульсы; 3 - суммарное распределение; Ud - порог амплитудного дискриминатора
0U
Импульсы напряжения на выходе ФЭУ возникают также в результате тепловой эмиссии электронов из фотокатода и динодов ФЭУ, авто-электронной эмиссии, выбивания электронов ионами, космическими частицами и т. д. Амплитудное распределение шумовых импульсов отличается от распределения сигнальных импульсов (кривая 2). Амплитудный дискриминатор преобразует выходные импульсы, амплитуда которых превышает заданный порог, в сигналы логического уровня, которые затем поступают на счетчик импульсов (рис. 6.1). Устанавливая оп-
37
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
ределенный порог срабатывания дискриминатора, можно подавить часть шумовых импульсов, возникающих вне фотокатода.
Если частота следования импульсов m > 1/ RC, то возможно их перекрытие во времени. При m < 1/RC перекрытия нет и вероятность регистрации m импульсов в единицу времени подчиняется закону Пуассона:
m
p (m, m) =------------e
m!
-m
где среднее число регистрируемых импульсов равно
^ n
m=
hrn
P.
(6.5)
(6.6)
Пусть для надежной регистрации сигнала в смеси сигнал + шум должно содержаться не менее m0 сигнальных импульсов. Тогда
p(m > mo,mo )= ?
m
m=mo
m!
(6.7)
Рассматривая (6.7) как уравнение относительно m0, по заданным p и m0 можно определить m0, соответствующее минимальному потоку P0, который может быть зарегистрирован данным методом. Подставляя это значение m0 в (6.6), для порогового потока Р0 получаем:
P0 =
п
m
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 41 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed