13
2、直接探测系统的探测极限
系统的信噪比主要取决于光学系统的接 收信噪比（包括调制形式）和光电探测 器的信噪比。以及信号处理系统的噪声 系数F以及滤波器的通频带宽度Δf。 输入信号光功率为PS。 输出信号功率为：
e P ( P G P o S) S hv
2
2
G为探测器增益
当热噪声是主要噪声源时
e h P p SNR
2
2 S
4 KT f R
16
系统的热噪声低于探测器的散粒噪声， 并暗电流的散粒噪声小于光电流的散粒 噪声。 2 P S
p SNR
2 hv ( P P ) f S b
5
直接检测系统的基本工作原理
直接检测系统的基本特性
直接检测系统的距离方程 光电直接检测系统举例
5.2 直接探测系统的基本特性
系统的信噪比、视场角和通频带宽度 1、直接探测系统的信噪比(灵敏度) 1）模拟系统信噪比 （1）模拟系统信噪比 信号为已知波形: 信号为随机变量:
S2(t) t时刻信号的平方 SNR P 2 N (t) t时刻的噪声方均值
P e
1


I S/2
2 e d
2
12
引入误差函数定义： 2 z erf z e d
2

0
则误码率为：
I I 1 S 1 S P 1 erfz erfc e 2 2 2 2 2 22 I
N
误码率与信噪比有关，当信噪比高时，误 码率就低。
1 P P ( I ) dI e e N N I / 2 S 2
I N 2
dI N
σ2是噪声电流的方差值；μ是噪声电流的平均 2 2 I 值。一般的噪声电流其平均值μ=0,则 N 2 2 2 I 2 I 设 N N ，则有：
第五章 光电直接探测系统
直接检测系统的基本工作原理
直接检测系统的基本特性
直接检测系统的距离方程 光电直接检测系统举例
直接探测（非相干探测）系统 利用光源出射光束的强度去携带信息， 光电探测器直接把接收到的光强度变化 转换为电信号变化，最后用解调电路检 出所携带的信息。 光外差探测（相干探测）系统 利用光波的振幅、频率、相位来携带信 息，而不是利用光强度，所以只有相干 光可被用来携带信息，检出信息时需用 光波相干的原理。
2 S 2
4
光探测器输出电功率为: 2 2 e 2 P ISR P o L S R L h 光探测器的平方律特性 若入射光是调幅波：
d(t)为调制信号 输出的电流为:
E t A 1 d t cos t S
12 e 2 I A A d t P [ 1 d ( t )] S S 2 hv
2 S n
8
（i）若PS/Pn1，则有
P S SNRP P n
2
直接探测系统不适于输入信噪比小于1或者 微弱光信号的探测。 （ii）若PS/Pn>>1，则有
1P SNR P S 2P n
直接探测系统不能改善信噪比！
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（2）数字系统的信噪比 用误码率评价它的性能。 “0”、“1”码出现错误的概率称为误码率。
信号功率 SNRp 噪声功率
7
入射信号光功率为Ps;噪声功率为Pn，输 出的信号电功率为Po，输出噪声功率为 Pno。且有如下关系：
P P e h R P P o no L S
2 2
2 2 噪声功率： P e h R 2 P P P n o L S n n
10
误码出现条件：
I I kI 或 I I ( 1 k ) S N S N S
或 IN>kIS,
IN：噪声电流； IS ：信号电流； kIS：阈值电流。
平均误码率Pe为：
1 P [ I I ( 1 k ) 的几率 I kI 的几 e N S N S 2
11
IN呈正态分布，P(IN)=P(-IN)，且k=1/2 误码率Pe为：
15


信噪比为：
2 P e h P SNR p o 2 2 2 S 2 P iNS iNBiNDiNT no 2 2 (e P G / hv ) S 2 2 e2(P P ) G 4k t 2 S b 2 eI f dG hv R L
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1）光伏型及Βιβλιοθήκη 发射器件的极限信噪比（灵敏度） 噪声包含暗电流、信号光电流和背景光电 流的散粒噪声以及负载电阻的热噪声。 光伏器件的倍增因子G=1 光电倍增管的倍增因子 5 G10 噪声功率为：
2 2 2 2 P i i i i R no NS NB ND NT L 2 e kt 2 2 4 [ 2 ( P P ) G 2 dI G ] fR S b d L hv R L
e h R P 信号功率： P o
2
2 2 e h R P 2 P P P L S Sn S

2 n


2 S
2 L S
输出功率信噪比为：
P P P P o SNR P 2 P P P P 2 P no 2 S n n 1 SP n
2
5.1 直接检测系统的基本工作原理
光电直接探测是将待测光信号直接入射到光 探测器光敏面上，光探测器响应于光辐射强 度（幅度）而输出相应的电流或电压。
强度调制直接探测模型
强度调制直接探测模型
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入射的信号光电场为 ES(t)＝Acosωt， A:信号光电场振幅;ω:信号光的频率。 平均光功率为:
P E t A2 S 光探测器输出的电流为 e e 2 2 I P E t A S S S h 2 h α为光电变换比例常数，η为量子效率。 e h