|
|
го детектирования не чувствительны ни к частоте, ни к фазе, ни к углу падения на фотокатод несущей оптич. волны. Информативным параметром при прямом детектировании является только амплитудная модуляция несущей принимаемой полны. В нек-рых системах оптич. связи несущая модулируется по интенсивности высокочастотной поднесущей, к-рая, в свою очередь, модулируется ииформац. сигналом,
Эффективность устройств Д. с. оценивают величиной отношения сигнала к шуму (с/ш). Предельное значение отношения
зависит от угла се. Она максимальна при а≈О и умснь-
2лс шается до нуля при sin ct≈ ≈≈ , что при характерных
значениях сос^2-1015 рад/с и a=10~2 м составляет всего лишь а~10-* рад (^6"). Т. о., для того чтобы добиться эффективного гетеродинирования, необходимо
Принимаемое! излучение
где к\\ ≈ квантовый выход при╦мника, Рс ≈ ср. мощность несущей волны на поверхности фотокатода, (ос ≈ круговая частота несущей волны, Д/-т ≈ полоса пропускания радиотихи, обрабатывающего устройства. Это значение достигается в случае т. н. фотонного ограничения, когда отсутствует фоновое излучение, а всеми др. шумами, кроме фотонного шума, можно пренебречь, Величина отношения с/ш, так же как и величина среднего выходного тока приемника, не зависит от степени пространственной когерентности принимаемого излучения.
Гстеродинирование. В устройствах Д. с., работающих по принципу гетеродинирования, принимаемое оптич. излучение Ec(t) комбинируется па фотокатоде при╦мника с опорным излучением £оп(/) (рис. 1). В ндеали-зиров» случае обе волны можно считать плоскими монохроматическими:
Опорное излучение
Фотокатод
{0
cos ю* -
(2)
Рис. 2. Сложение сигнальной и опорной волн на фотокатоде при╦мника гетеродинного устройства.
выполнять ж╦сткое требование на пространственное согласование двух волн па поверхности фотокатода, к-рое тем выше, чем меньше длина волны излучения. Однако, несмотря на это усложнение, гетеродилирова-ние широко используется, т. к. да╦т возможность выделять очень слабые оптич. сигналы, даже при наличии внутренних тепловых шумов при╦мника, пут╦м повышения интенсивности опорного излучения. (Это следует из того, что амплитуда переменной составляющей пропорциональна произведению амплитуд сигнальной и опорной волн.)
Отношение с/ш гетеродинного устройства определяется выражением
Здесь £с,0 " ^оп, о» шс и юоп, <pc и {роп ≈амплитуды, круговые частоты it нач. фазы соответственно принимаемой (сигнальной) и опорной волны, с ≈ скорость света. Учтено, что сигнальная волна падает нормально к фотокатоду, а опорная волна ≈под углом а к нему (рис. 2). Фоновое излучение принято пренебрежимо
малым.
Результирующее поле па фотокатоде E(t) = Ec(t)^--\\-Eon(t), а ток / при╦мника, усредн╦нный за время, малое по сравнению с периодом биений 2л (сооп ≈ «с)"1? но большое по сравнению с периодом 7'~2я/о>с, и по площади фотокатода при╦мника, пропорционален Ez и содержит переменную составляющую на разностной частоте Aw ≈сооп ≈ ('V В случае, если фотокатод однороден и имеет форму квадрата со стороной а, выражение для фототока имеет вид
a
a
где Рпп ≈ ср. мощность опорной волны. При возрастании Роп отношение с/ш достигает предельной величины, в два раза большей, чем в случае прямого детектирования. При уменьшении Роп отношение с/ш при Рс/Роп~1 достигает значения, к-роо имеет место при прямом детектировании.
Возможность гетеродинирования света впервые обсуждалась в 1947 Г. С. Гореликом, экспериментально реализована в 1955 А. Т. Форрестером (Л. Th. Forrester) с сотрудниками, впервые наблюдавшими дублетное расщепление {вследствие эффекта Зеемана) линии ртути Л≈ 546,1 нм. В этом опыте наблюдаемое абсолютное спектральное разрешение по частоте было ~1010 Гц
ш (относит, разрешение Д≈ ~- ~10°).
Г етеро цитирование с помощью лазеров* Большое распространение метод гетеродинирования получил после
а
Т
а
~2
Ко
-МФоп ≈ Фс)1
sin \ ~ a si na
Радиотехни -ческое обрабатывающее устройство
со.
(3)
a sin a
где и ≈ коэф. усиления фотоири╦мника.
Из этого выражения видно, что при гетеродинном при╦ме переменная составляющая выходного сигнала нес╦т информацию не только об амплитуде, но также о частоте и фазе принимаемой волны при условии, что амплитуда, частота и фаза опорного излучения известны. Эффективность гетеродинирования существенно зависит от степени когерентности сигнального и опорного излучений, а также от степени совмещения их волновых фронтов, т. к. величина переменной составляющей
Рис- 3. Схема гетеродинного лазерного спектрометра: 1≈3 ≈ диафрагмы; 4, л ≈ линзы; 6,7 ≈ глухие зеркала; 8 ≈ объект; 9, 20 ≈ поворотные зеркала; и ≈ фотопри╦мпик.
создания лазеров. Высокая степень когерентности, монохроматичность и направленность лазерного излучения позволяют получать высокую эффективность гетеродинирования со сверхвысоким частотным разрешением выходного сигнала (R~ 1014), что особенно важно в лазерной спектроскопии светорассеяния. В гетеродинных спектрометрах рассеянное па исследуемом образце лазерное излучение смешивается с опорным излучением, в качестве к-рого обычно используется либо часть излучения зондирующего лазера, как это показа-
Ш
X
X
о
CL
ЭС ш
587
")
}
