基于矩形探測(cè)器的CO2激光外差探測(cè)特性研究.pdf

1、激光外差探測(cè)是目前公認(rèn)的量子限探測(cè)技術(shù)，其可探測(cè)功率在10-11W量級(jí)，比直接探測(cè)高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。外差探測(cè)具有高的接收靈敏度和速度分辨率，其良好的探測(cè)微弱信號(hào)的能力，使其研究應(yīng)用越來(lái)越廣泛。外差效率是評(píng)價(jià)外差探測(cè)系統(tǒng)性能的重要參數(shù)之一。如何提高外差探測(cè)系統(tǒng)的外差效率，即提高外差探測(cè)信噪比，一直是人們研究和關(guān)注的重點(diǎn)。外差效率與信號(hào)光和本振光在探測(cè)器光敏面上的場(chǎng)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(huì)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(shí)，才可以獲得較高的外差效率。探測(cè)器形狀、尺寸以及性能也是影響外差效率的一個(gè)重要因素。已有的光外差探測(cè)器光敏面多為圓形或正方形，關(guān)于光敏面為矩形的探測(cè)器的研究報(bào)道很少。因此，本論文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的矩形探測(cè)器，對(duì)采用該探測(cè)器時(shí)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(guò)程，并在理論上對(duì)采用圓形探測(cè)器與矩形探測(cè)器的系統(tǒng)的外差效率進(jìn)行比較分析。簡(jiǎn)

3、要分析了信號(hào)光光軸偏移及傾斜效應(yīng)對(duì)外差探測(cè)的影響。應(yīng)用Matlab軟件，對(duì)探測(cè)器光敏面上信號(hào)光與本振光均為艾里分布情況時(shí)，系統(tǒng)的外差效率進(jìn)行數(shù)值仿真研究。分析了信號(hào)光光軸偏移量、矩形探測(cè)器長(zhǎng)寬比、信號(hào)光光軸傾斜角度等對(duì)矩形探測(cè)器外差效率的影響。對(duì)不同的信號(hào)光斑尺寸，當(dāng)信號(hào)光光軸偏移及傾斜存在時(shí)，圓形探測(cè)器與矩形探測(cè)器外差效率進(jìn)行比較分析。對(duì)信號(hào)光為艾里分布、本振光為高斯分布情況時(shí)，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(hào)光光軸偏移量、矩形探測(cè)器長(zhǎng)寬比及信號(hào)光光軸傾斜角度對(duì)外差效率的影響。當(dāng)信號(hào)光光軸偏移及傾斜存在時(shí)，對(duì)采用圓形探測(cè)器和矩形探測(cè)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(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，利用ZEMAX軟件設(shè)計(jì)外差實(shí)驗(yàn)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(chǎng)曲和畸變曲線、點(diǎn)陣圖及MTF曲線，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單像差分析。利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的矩形探測(cè)器和圓形探測(cè)器，對(duì)信號(hào)光軸偏移情