光信息檢測(cè)：光學(xué)前沿研究與應(yīng)用

第1章 信息的光調(diào)制與傳輸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(diào)制 ……………………………………………………… 18
1.2.1 光強(qiáng)的時(shí)域調(diào)制 ………………………………………… 21
1.2.2 光學(xué)信息的空域調(diào)制變換原理 …………………………… 32
1.2.3 光波參數(shù)調(diào)制變換原理…………………………………… 47
1.2.4 光波參數(shù)調(diào)制方法………………………………………………… 47
1.2.5 光纖傳感中的光調(diào)制技術(shù)……………………………………… 68
1.3 光波的傳輸 ………………………………………………………………… 83
l.3.1 激光在自由空間的傳輸…………………………………… 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(xiàn) …………………………………………………………………………… 111
第2章 光電探測(cè)114
2.1 光電探測(cè)描述 ……………………………………………………… 114
2.1.1 光電探測(cè)基本模型 …………………………………………… 114
2.1.2 光譜響應(yīng)范圍 ……………………………………………………… 114
2.2 光電探測(cè)物理效應(yīng)…………………………………………………… 115
2.2.1 光電效應(yīng) ……………………………………………………… 115
2.2.2 光熱效應(yīng) …………………………………………………………………… 121
2.3 光電轉(zhuǎn)換基本規(guī)律及其光電子計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì) …………………………… 122
2，3.1 光電轉(zhuǎn)換基本規(guī)律 …………………………………………… 122
2.3.2 光電子計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì) …………………………………………………… 123
2.4 光電探測(cè)器性能參數(shù)…………………………………………………………… 125
2.4.1 探測(cè)靈敏度 ………………………………………………… 125
2.4.2 光譜響應(yīng) ………………………………………………………… 125
2.4.3 響應(yīng)時(shí)間和頻率響應(yīng) …………………………………… 127
2.4.4 量子效率 …………………………………………………… 128
2.4.5 噪聲等效功率 ……………………………………………………… 128
2.4.6 探測(cè)率與比探測(cè)率 …………………………………………… 129
2.5 光探測(cè)器噪聲 …………………………………………………………………… 129
2.5.1 噪聲來(lái)源 …………………………………………………………… 129
2.5.2 噪聲特點(diǎn)……………………………………………………… 130
2.5.3 噪聲類(lèi)型 ………………………………………………………… 131
2.6 光電探測(cè)器 ………………………………………………………… 136
2.6.1 光電管與光電倍增管 ……………………………………………… 136
2.6.2 光電導(dǎo)探測(cè)器 ………………………………………………… 139
2.6.3 光伏特探測(cè)器 ……………………………………………… 143
2.6.4 熱探測(cè)器 ……………………………………………… 148
2.6.5 圖像陣列探測(cè)器 …………………………………………… 152
2.6.6 新型光電探測(cè)器 ………………………………………… 161
2.7 光探測(cè)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 應(yīng)用實(shí)例 …………………………………………………… 166
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………… 167
第3章 光波參數(shù)檢測(cè)168
3.1 激光能量與光功率測(cè)量………………………………………… 168
3.1.1 激光能量測(cè)量 …………………………………………… 169
3.1.2 激光功率測(cè)量 ……………………………………………………… 171
3.2 光波長(zhǎng)（頻率）檢測(cè)………………………………………………… 172
3.2.1 可調(diào)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(cè) ………………………………………………………… 187
3.3.1 光波相位的干涉測(cè)量原理 …………………………………… 187
3.3.2 光波相位的干涉測(cè)量方法 ……………………………… 189
3.4 偏振檢測(cè) ……………………………………………………………… 207
3.4.1 基本方法……………………………………………………… 208
3.4.2 偏振檢測(cè)的應(yīng)用 ……………………………………………………… 210
3.5 激光光束測(cè)量 ………………………………………………………… 218
3.5.1 M的測(cè)量 ………………………………………………… 219
3.5.2 光強(qiáng)分布測(cè)量 ………………………………………………… 222
3.6 激光波前檢測(cè) …………………………………………………… 228
3.6.1 Hartmann-Shac波前傳感器工作原理 ……………… 228
3.6.2 光學(xué)質(zhì)心計(jì)算 …………………………………………… 229
3.6.3 入射光波前重構(gòu) ……………………………………………… 229
3.6.4 M因子的計(jì)算 …………………………………………………… 231
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………… 231
第4章 微弱光信號(hào)檢測(cè)235
4.1 微弱光信號(hào)特點(diǎn)………………………………………………… 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 最大信噪比原理 …………………………………………… 245
4.4 微弱信號(hào)檢測(cè)方法…………………………………………………… 248
4.4.1 光學(xué)輸入 ………………………………………………… 248
4.4.2 光外差接收 ………………………………………………… 249
4.4.3 相關(guān)檢測(cè) ………………………………………………… 254
4.4.4 平均處理技術(shù) …………………………………………… 257
4.4.5 鎖定放大技術(shù) ……………………………………………… 258
4.5 光子計(jì)數(shù) ……………………………………………………………… 265
4.5.1 光子計(jì)數(shù)原理 ……………………………………………… 266
4.5.2 光子探測(cè)器 …………………………………………………… 268
4.5.3 光子計(jì)數(shù)器 ……………………………………………… 269
4.5.4 光子計(jì)數(shù)器的測(cè)量方法 ……………………………………………… 270
4.5.5 光子計(jì)數(shù)探測(cè)應(yīng)用 ……………………………………………………… 273
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 278
第5章 光電接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 光學(xué)接收天線(xiàn)設(shè)計(jì)…………………………………………………… 279
5.1.1 光學(xué)接收天線(xiàn)性能 ………………………………………… 280
5.1.2 大視場(chǎng)高增益光學(xué)接收天線(xiàn) ……………………………… 281
5.1.3 特殊的光學(xué)接收天線(xiàn) …………………………………… 286
5.1.4 光學(xué)天線(xiàn)掃描 ………………………………………… 292
5.2 光電變換電路 …………………………………………………… 301
5.2.1 光電檢測(cè)系統(tǒng)的通頻帶寬度 …………………………… 301
5.2.2 典型的前置放大電路 …………………………………… 303
5.2.3 PIN光電轉(zhuǎn)換電路 ……………………………………… 305
5.2.4 APD光電轉(zhuǎn)換電路 …………………………………… 307
5.3 光接收機(jī)系統(tǒng) …………………………………………………… 310
5.3.1 光直接接收機(jī) ……………………………………………… 310
5.3.2 光外差接收機(jī) …………………………………………… 314
5.3.3 直接探測(cè)法與外差探測(cè)的比較 ………………………… 322
5.4 光波相干解調(diào) …………………………………………………… 324
5.4.1 相干檢測(cè)調(diào)制變換光路 …………………………………… 325
5.4.2 相千條紋檢測(cè)方法 ………………………………………… 328
5.4.3 3×3光纖耦合器相位解調(diào) ……………………………… 331
5.4.4 相位載波生成（PGC）解調(diào)法 …………………………… 333
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 337
第6章 典型的光電檢測(cè)系統(tǒng)339
6.1 激光檢測(cè)系統(tǒng) …………………………………………………………… 339
6.1.1 激光測(cè)距 …………………………………………………………… 339
6.1.2 激光測(cè)速 …………………………………………………………… 345
6.1.3 激光線(xiàn)徑測(cè)量 ……………………………………………… 355
6.1.4 激光雷達(dá) ………………………………………………………… 356
6.2 光纖傳感器 ………………………………………………………… 364
6.2.1 光纖傳感器分類(lèi) ………………………………………… 366
6.2.2 分布式光纖傳感器 ………………………………………… 375
6.3 光電圖像檢測(cè)系統(tǒng)……………………………………………… 383
6.3.1 光電圖像檢測(cè)系統(tǒng)的分類(lèi)與組成 ………………………… 383
6.3.2 光學(xué)圖像處理 …………………………………………… 385
6.3.3 一維圖像測(cè)量 …………………………………………………… 399
6.3.4 二維圖像測(cè)量 …………………………………………………………403
6.3.5 三維圖像測(cè)量 ………………………………………………………… 405
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………… 407
索引 408