Сборник технических статей

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Главная Квантовая и оптическая электроника Приёмники лазерного излучения

Приёмники лазерного излучения

Печать

Приемником лазерного излучения называют устройство, предназначенное для улавливания, преобразования и обработки излучаемых лазером сигналов. Приемники оптического и радиотехнического диапазонов волн в основном состоят из одних и тех же элементов:

  • антенны, представляющей собой оптическую систему, улавливающую энергию световых волн;
  • непосредственно приемного устройства, в котором энергия светового излучения преобразуется в электрическую;
  • оконечного устройства — системы обработки передаваемых сообщений.
  • Приемники лазерного излучения в зависимости от того, какие свойства света они используют при приеме сигналов, делятся на две группы: приемники, использующие при приеме лазерного излучения волновые свойства света, обычно называют супергетеродинными приемниками, а приемники, реагирующие на энергию частиц—квантов (фотонов), называют (по аналогии с детекторными приемниками радиотехнического диапазона) детекторными приемниками, или приемниками прямого усиления.

    Детекторные приемники оптического диапазона волн делятся на квантовые и тепловые. Детекторные приемники преобразуют сигналы лазерного излучения в электрические сигналы и осуществляют демодуляцию.

    Супергетеродинный приемник преобразует частоту принимаемого светового сигнала из одной области частотного диапазона (оптического) в другую (радиотехническую).

    Преобразование возможно вследствие смешения принимаемого сигнала оптического диапазона волн с другим сигналом данного диапазона, отличающимся по частоте на небольшую (промежуточную) частоту. Образующаяся промежуточная частота при преобразовании должна быть такой, чтобы она входила в полосу приема последующих устройств, в частности, в полосу приема усилителей сантиметрового или дециметрового диапазонов волн.

    Для улучшения избирательности приемных устройств обычно после антенны устанавливают фильтры. Для увеличения чувствительности приемников лазерного излучения используют усилители оптического диапазона волн, которые ставят после фильтра.

    При сравнении свойств различных типов приемников оптического диапазона волн и для правильного выбора детектора используются следующие параметры: предельная и интегральная чувствительности приемника, спектральная чувствительность детектора, квантовая эффективность, удельная эквивалентная мощность шумов, постоянная времени фотодетектора, частотная характеристика приемника, темновой ток.

    Под предельной чувствительностью приемника понимается минимальная мощность лазерного излучения, которая, поступая на вход приемника, создает на его выходе сигнал, равный напряжению шумов. Предельная чувствительность приемника измеряется в долях Ватта или относительной величиной (дБ/Вт). Отношение напряжения, появляющегося на сопротивлении нагрузки детектора, к мощности лазерного излучения, измеренной на входе приемника, определяет интегральную чувствительность приемника.

    где Uc — среднеквадратичное напряжение сигнала на нагрузке детектора, В;

    Рс — мощность излучения лазера, измеренная на входе приемника, Вт;

    q — квантовая эффективность детектора;

    h — постоянная Планка;

    f — частота излучаемого сигнала, Гц;

    RH — сопротивление, на которое нагружен детектор, Ом;

    е — заряд электрона.

    Спектральная чувствительность детектора представляет собой зависимость чувствительности детектора от частоты лазерного излучения, воздействующего на данный детектор.

    Квантовой эффективностью детектора называют отношение части квантов, являющихся причиной возникновения фотоэлектронов, к общему числу квантов, падающих на чувствительную поверхность детектора.

    Удельная эквивалентная мощность шумов. Руд — это эквивалентная мощность, отнесенная к единице площади чувствительной поверхности детектора:

    где Рш — эквивалентная мощность шумов, Вт/Гц1/2;

    А — площадь чувствительного элемента детектора, см2;

    Р’с — среднеквадратичная величина мощности излучения, падающей на единицу площади чувствительного элемента детектора, Вт/см2;

    Δf — полоса пропускания, Гц;

    Uш — среднеквадратичное значение шумов, В.

    Эквивалентная мощность шумов определяется измерением отношения сигнал/шум в заданной полосе частот. Зависимость напряжения, подводимого к устройству обработки информации, от частоты модуляции лазерного излучения называется частотной характеристикой приемника. Частотная характеристика показывает, насколько равномерно проходят модулирующие частоты и какой процент нелинейных искажений при этом создается.