光信息檢測

《光信息檢測》是2021年上海科學技術出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：光信息檢測
• 作者：劉永智,岳慧敏,代志勇 等
• 出版社：上海科學技術出版社
• 出版時間：2021年
• 開本：16 開
• 裝幀： 精裝
• ISBN：9787547852439

內容簡介

本書圍繞光的接收與探測，結合外新技術的發展，系統介紹光信息檢測的基礎知識和重要技術，主要包括信息的光調製與傳輸、光電探測、光波參數檢測、微弱光信號檢測、光電接收系統設計、典型光電檢測系統等內容，使讀者深入了解光信息的調製、傳輸特點；熟悉各類光電探測器的主要特性及套用技術；了解噪聲的概念，通過對光電轉換過程中噪聲產生原因與特點的分析掌握噪聲抑制的方法；掌握光波參數檢測的特殊技術及對微弱光信號與單光子進行高靈敏度檢測的方法；掌握光接收機設計方法，同時了解幾種特殊光電轉換電路與典型光電檢測系統。

圖書目錄

第1章 信息的光調製與傳輸1

1.1 光波的電磁特性 ……………………………………………………… 1

1.1.1 光的基本特性 ……………………………………………… 1

1.1.2 光波的偏振特性 …………………………………………………… 5

1.1.3 光的相千性 …………………………………………… 11

1.1.4 光的吸收和散射 …………………………………………… 14

1.2 信息的光調製 ……………………………………………………… 18

1.2.1 光強的時域調製 ………………………………………… 21

1.2.2 光學信息的空域調製變換原理 …………………………… 32

1.2.3 光波參數調製變換原理…………………………………… 47

1.2.4 光波參數調製方法………………………………………………… 47

1.2.5 光纖感測中的光調製技術……………………………………… 68

1.3 光波的傳輸 ………………………………………………………………… 83

l.3.1 雷射在自由空間的傳輸…………………………………… 83

1.3.2 光波在光纖中的傳輸…………………………………………… 87

1.3.3 光波在大氣中的傳輸 ……………………………………… 102

1.3.4 光波在水下的傳輸 …………………………………………… 109

參考文獻 …………………………………………………………………………… 111

第2章 光電探測114

2.1 光電探測描述 ……………………………………………………… 114

2.1.1 光電探測基本模型 …………………………………………… 114

2.1.2 光譜回響範圍 ……………………………………………………… 114

2.2 光電探測物理效應…………………………………………………… 115

2.2.1 光電效應 ……………………………………………………… 115

2.2.2 光熱效應 …………………………………………………………………… 121

2.3 光電轉換基本規律及其光電子計數統計 …………………………… 122

2，3.1 光電轉換基本規律 …………………………………………… 122

2.3.2 光電子計數統計 …………………………………………………… 123

2.4 光電探測器性能參數…………………………………………………………… 125

2.4.1 探測靈敏度 ………………………………………………… 125

2.4.2 光譜回響 ………………………………………………………… 125

2.4.3 回響時間和頻率回響 …………………………………… 127

2.4.4 量子效率 …………………………………………………… 128

2.4.5 噪聲等效功率 ……………………………………………………… 128

2.4.6 探測率與比探測率 …………………………………………… 129

2.5 光探測器噪聲 …………………………………………………………………… 129

2.5.1 噪聲來源 …………………………………………………………… 129

2.5.2 噪聲特點……………………………………………………… 130

2.5.3 噪聲類型 ………………………………………………………… 131

2.6 光電探測器 ………………………………………………………… 136

2.6.1 光電管與光電倍增管 ……………………………………………… 136

2.6.2 光電導探測器 ………………………………………………… 139

2.6.3 光伏特探測器 ……………………………………………… 143

2.6.4 熱探測器 ……………………………………………… 148

2.6.5 圖像陣列探測器 …………………………………………… 152

2.6.6 新型光電探測器 ………………………………………… 161

2.7 光探測器的偏置與放大…………………………………………… 162

2.7.1 常用偏置電路 …………………………………………… 162

2.7.2 常用放大電路 ………………………………………… 165

2.7.3 套用實例 …………………………………………………… 166

參考文獻 …………………………………………………………………………………… 167

第3章 光波參數檢測168

3.1 雷射能量與光功率測量………………………………………… 168

3.1.1 雷射能量測量 …………………………………………… 169

3.1.2 雷射功率測量 ……………………………………………………… 171

3.2 光波長（頻率）檢測………………………………………………… 172

3.2.1 可調諧F-P（Fabry-Perot）腔方法 ……………………… 172

3.2.2 邁克耳孫干涉方法 ………………………………………… 176

3.2.3 光外差干涉方法 ………………………………………… 177

3.2.4 聲光方法 ………………………………………………… 184

3.2.5 微型光譜儀方法 ………………………………………… 185

3.3 光波相位檢測 ………………………………………………………… 187

3.3.1 光波相位的干涉測量原理 …………………………………… 187

3.3.2 光波相位的干涉測量方法 ……………………………… 189

3.4 偏振檢測 ……………………………………………………………… 207

3.4.1 基本方法……………………………………………………… 208

3.4.2 偏振檢測的套用 ……………………………………………………… 210

3.5 雷射光束測量 ………………………………………………………… 218

3.5.1 M的測量 ………………………………………………… 219

3.5.2 光強分布測量 ………………………………………………… 222

3.6 雷射波前檢測 …………………………………………………… 228

3.6.1 Hartmann-Shac波前感測器工作原理 ……………… 228

3.6.2 光學質心計算 …………………………………………… 229

3.6.3 入射光波前重構 ……………………………………………… 229

3.6.4 M因子的計算 …………………………………………………… 231

參考文獻 ……………………………………………………………………………… 231

第4章 微弱光信號檢測235

4.1 微弱光信號特點………………………………………………… 235

4.2 干擾（背景）與噪聲………………………………………………… 235

4.2.1 光千擾…………………………………………………… 235

4.2.2 噪聲………………………………………………………… 236

4.2.3 光子噪聲 …………………………………………………… 237

4.2.4 噪聲的特性 …………………………………………… 238

4.2.5 放大器的噪聲 ……………………………………………… 240

4.3 噪聲匹配與信噪比改善……………………………………………………… 243

4.3.1 噪聲匹配 ……………………………………………………… 243

4.3.2 信噪比改善……………………………………………… 244

4.3.3 信噪比原理 …………………………………………… 245

4.4 微弱信號檢測方法…………………………………………………… 248

4.4.1 光學輸入 ………………………………………………… 248

4.4.2 光外差接收 ………………………………………………… 249

4.4.3 相關檢測 ………………………………………………… 254

4.4.4 平均處理技術 …………………………………………… 257

4.4.5 鎖定放大技術 ……………………………………………… 258

4.5 光子計數 ……………………………………………………………… 265

4.5.1 光子計數原理 ……………………………………………… 266

4.5.2 光子探測器 …………………………………………………… 268

4.5.3 光子計數器 ……………………………………………… 269

4.5.4 光子計數器的測量方法 ……………………………………………… 270

4.5.5 光子計數探測套用 ……………………………………………………… 273

參考文獻……………………………………………………………………………… 278

第5章 光電接收系統設計

5.1 光學接收天線設計…………………………………………………… 279

5.1.1 光學接收天線性能 ………………………………………… 280

5.1.2 大視場高增益光學接收天線 ……………………………… 281

5.1.3 特殊的光學接收天線 …………………………………… 286

5.1.4 光學天線掃描 ………………………………………… 292

5.2 光電變換電路 …………………………………………………… 301

5.2.1 光電檢測系統的通頻頻寬度 …………………………… 301

5.2.2 典型的前置放大電路 …………………………………… 303

5.2.3 PIN光電轉換電路 ……………………………………… 305

5.2.4 APD光電轉換電路 …………………………………… 307

5.3 光接收機系統 …………………………………………………… 310

5.3.1 光直接接收機 ……………………………………………… 310

5.3.2 光外差接收機 …………………………………………… 314

5.3.3 直接探測法與外差探測的比較 ………………………… 322

5.4 光波相干解調 …………………………………………………… 324

5.4.1 相干檢測調製變換光路 …………………………………… 325

5.4.2 相千條紋檢測方法 ………………………………………… 328

5.4.3 3×3光纖耦合器相位解調 ……………………………… 331

5.4.4 相位載波生成（PGC）解調法 …………………………… 333

參考文獻……………………………………………………………………… 337

第6章 典型的光電檢測系統339

6.1 雷射檢測系統 …………………………………………………………… 339

6.1.1 雷射測距 …………………………………………………………… 339

6.1.2 雷射測速 …………………………………………………………… 345

6.1.3 雷射線徑測量 ……………………………………………… 355

6.1.4 雷射雷達 ………………………………………………………… 356

6.2 光纖感測器 ………………………………………………………… 364

6.2.1 光纖感測器分類 ………………………………………… 366

6.2.2 分散式光纖感測器 ………………………………………… 375

6.3 光電圖像檢測系統……………………………………………… 383

6.3.1 光電圖像檢測系統的分類與組成 ………………………… 383

6.3.2 光學圖像處理 …………………………………………… 385

6.3.3 一維圖像測量 …………………………………………………… 399

6.3.4 二維圖像測量 …………………………………………………………403

6.3.5 三維圖像測量 ………………………………………………………… 405

參考文獻…………………………………………………………………………………… 407

索引 408