基于矩形探測器的CO2激光外差探測特性研究.pdf

1、激光外差探測是目前公認(rèn)的量子限探測技術(shù)，其可探測功率在10-11W量級，比直接探測高幾個數(shù)量級。外差探測具有高的接收靈敏度和速度分辨率，其良好的探測微弱信號的能力，使其研究應(yīng)用越來越廣泛。外差效率是評價外差探測系統(tǒng)性能的重要參數(shù)之一。如何提高外差探測系統(tǒng)的外差效率，即提高外差探測信噪比，一直是人們研究和關(guān)注的重點。外差效率與信號光和本振光在探測器光敏面上的場分布直接相關(guān)。光束的振幅分布、位相差及偏振態(tài)等都會影響到外差效率。只有當(dāng)振幅、位

2、相及偏振態(tài)等都嚴(yán)格匹配時，才可以獲得較高的外差效率。探測器形狀、尺寸以及性能也是影響外差效率的一個重要因素。已有的光外差探測器光敏面多為圓形或正方形，關(guān)于光敏面為矩形的探測器的研究報道很少。因此，本論文結(jié)合實驗室現(xiàn)有的矩形探測器，對采用該探測器時系統(tǒng)的外差特性進(jìn)行初步研究。
　　本論文根據(jù)外差效率的基本理論，以信噪比公式為基礎(chǔ)，歸納總結(jié)了外差效率公式的推導(dǎo)過程，并在理論上對采用圓形探測器與矩形探測器的系統(tǒng)的外差效率進(jìn)行比較分析。簡

3、要分析了信號光光軸偏移及傾斜效應(yīng)對外差探測的影響。應(yīng)用Matlab軟件，對探測器光敏面上信號光與本振光均為艾里分布情況時，系統(tǒng)的外差效率進(jìn)行數(shù)值仿真研究。分析了信號光光軸偏移量、矩形探測器長寬比、信號光光軸傾斜角度等對矩形探測器外差效率的影響。對不同的信號光斑尺寸，當(dāng)信號光光軸偏移及傾斜存在時，圓形探測器與矩形探測器外差效率進(jìn)行比較分析。對信號光為艾里分布、本振光為高斯分布情況時，系統(tǒng)的外差效率進(jìn)行數(shù)值仿真研究。分別討論了高斯光束束腰和

4、成像物鏡F數(shù)、信號光光軸偏移量、矩形探測器長寬比及信號光光軸傾斜角度對外差效率的影響。當(dāng)信號光光軸偏移及傾斜存在時，對采用圓形探測器和矩形探測器的系統(tǒng)的外差效率進(jìn)行比較分析。
　　根據(jù)仿真結(jié)果及實驗室現(xiàn)有條件，利用ZEMAX軟件設(shè)計外差實驗中所需的本振擴(kuò)束系統(tǒng)和成像物鏡系統(tǒng)。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)綜合誤差曲線、波面差曲線、場曲和畸變曲線、點陣圖及MTF曲線，對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行簡單像差分析。利用實驗室現(xiàn)有的矩形探測器和圓形探測器，對信號光軸偏移情