雷射探測系統的作用是將接收的雷射信號變化變成電信號，也就是說將光信息轉換成電信息，並通過不同的信息處理方法來獲取不同的信息並實現探測目的。雷射探測技術按探測器方式分為直接探測和外差探測兩種，按探測器的方式分類可分為單元探測和多元陣列探測。
基本介紹
- 中文名：雷射探測技術
- 分類：直接探測技術、外差探測技術
- 套用：雷射探測器
直接探測技術,最小可探測功率,單光電子探測,外差探測技術,光外差探測原理,微波調製雷射強度的外差探測原理,雷射探測器,外光電效應探測器,內光電效應探測器,
直接探測技術
圖1-1 直接探測原理框圖目前絕大多數雷射雷達採用直接探測方式，如雷射火控測量系統、雷射測距系統、雷射偵察系統、大氣雷達等。這主要是由於直接探測具有以下優點：探測技術簡單，較容易獲得所需信息；探測系統可靠性、長期穩定性好；工作環境適應性強，環境溫度和大氣壓強對探測系統影響小；結構簡單、體積小等。
最小可探測功率
直接探測技術的最小可探測功率與光電探測器的靈敏度、放大器特性、濾波和信號處理方法有關。最小可探測功率是指在使用的環境背景、滿足雷射探測機率和虛警機率的最低要求條件下，系統所能探測到的雷射信號最小功率。雷射直接探測的最小可探測功率還取決於光電探測系統的輸出信噪比。在雷射探測系統中，探測器的輸出噪聲有探測器噪聲、背景噪聲和量子噪聲三種。若用光電倍增管接收，則探測器的噪聲主要來自光電陰極自發發射引起的散粒噪聲，即暗電流噪聲和輸出迴路的熱噪聲。當光電倍增管的內增益足夠大時，熱噪聲可以忽略；冷卻光電陰極可以使暗電流降低1個~2個數量級。若用光電二極體接收時，則探測器的熱噪聲是主要的噪聲源。用雪崩光電二極體接收時，白天測量時，背景噪聲是主要的噪聲源。即使在光電探測器噪聲和背景噪聲都不存在的理想條件下，由於信號輻射本身的量子性（光量子），仍然存在量子噪聲。此外，進入信號處理器的信號還包括放大器的白噪聲。一般來說，除人衛雷射測距系統的特定探測條件下採用的單光子探測技術外，目前，對脈衝雷射信號的直接探測技術來說，最小可探測功率通常在
W以內，最低可達
W。
單光電子探測
雷射單光電子探測可以達到最直接探測的靈敏度極限，它主要用於雷射對人造衛星和月面的距離測量，雷射探測系統能對接收的一個光電子信號進行處理後，取得目標距離信息。
外差探測技術
光外差探測原理
由於雷射的單色性很高，其譜線極窄，因而可以利用兩個雷射信號在光頻段進行混頻實現光的相干探測，故光外差探測又叫相干探測。光外差原理與電子外差原理相同。圖1-2為光外差探測原理框圖。與直接探測方法相比，外差探測多了一個本振雷射器和光束合成器。混頻器即光電探測器，具有光電轉換和光混頻的功能，與直接探測方法所使用的光電探測器相同。
圖1-2光外差探測原理框圖
圖1-2光外差探測原理框圖Δf=f-f0
式中，f為雷射信號頻率；f0為本振雷射頻率；Δf為光頻差。
雖然探測器不回響很高的光頻變化，但對差頻變化能很好的回響，故能輸出光外差信號電流即差頻電流，它包含了光信號的幅度、頻率和相位信息。與直接探測相比，外差探測不僅能探測光信號的強度，還能探測光頻變化。
由外差探測原理可知，滿足光外差探測的基本條件是信號和本振光能產生相干的條件。為了有效地進行混頻，本振光和信號光要嚴格平行；並且雷射發射器和本機振盪器的光頻必須穩定。此外，雷射波長越長，越容易滿足干涉條件要求。在技術成熟的雷射器中，CO2雷射器的波長最長，為10.6um，穩頻CO2雷射器具有極高的光頻穩定性，短期穩定性可達
，在幾秒內的總頻移小於2kHz。此外，10.6um波長又處於大氣視窗，並具有在該波長性能好的碲鎘汞紅外探測器。因此，穩頻CO2雷射器是相干探測的理想光源。
此外，由於大氣湍流的影響，在光學接收孔徑內的入射光存在波前相位差，在遠距離測量時，通常採用光學自適應技術來補償相位差。
外差探測用於速度測量，與無線電測速原理一樣，由於都卜勒效應，運動目標反射回的雷射頻率相對於照射雷射頻率有微小的變化，採用光外差測量頻率變化值得出目標速度，稱都卜勒測速。由於速度引起的頻率變化值與入射光頻率成正比，而光頻很高（
Hz），因此，採用光外差測速的精度是很高的，並可以測量很小的運動速度。與厘米波雷達相比，雷射的都卜勒效應要大
倍~
倍。
微波調製雷射強度的外差探測原理
在這種技術體制中，外差的本振頻率是微波頻率，而不是光頻。由於光外差接收技術既複雜，又不穩定，在有些雷射測量雷達中，雷射作為載波，採用微波或高頻信號對雷射進行強度調製，這樣就可以對雷射進行直接探測，通過電外差測出調製頻率的頻移，從而求得目標運動速度。
雷射探測器
用於雷射雷達的探測器分為兩大類：外光電效應探測器（真空管型）和內電效應探測器。
外光電效應探測器
常用的光電倍增管、微通道板管、像增強管和條紋管都屬於這一類。前兩者對單個光子能量比較靈敏，並具有較高的內增益，內增益可達
，它們一般套用於可見光雷射波長、微弱信號、回響速度較高的場合。後兩者套用雷射成像探測。光電發射式探測器的回響波長可延伸到1.1um，但與可見光相比，光電轉換效率極低。
