|
|
го детектирования не чувствительны ни к частоте, ни к фазе, ни т; углу падения па фотокатод несущей отич. волны. Информативным параметром при прнмом детек-тирокашш ннляется только амплитудная модуляция несущей принимаемой оолны. В нек-рых системах оп-тич. связи несущая модулируется по интенсивности высокочастотной поднес утцей, к-рая, в свою очередь, модулируэтся ипформаи. сигналом.
Эффективность устройств Д. с. оценивают величиной отношения сигнала к шуму (с/ш). Предельное значение отношения
где т| ≈ квинтовый выход при╦мника, />с ≈ ср. мощность несущей колны на поверхности фотокатода, шс ≈ круговая частота несущей волны, &F ≈ полоса пропускания радиотохн. обрабатывающего устройства. Это значение достигается в случае т. н. фотонного ограничении, когда отсутствует фоновое излучен не, a исемн др. шумами, Кроме фотонного шума, можно пренебречь. Величина отношения с/иг, так же как и величина среднего выходного тока при╦мника, iie зависит от степени пространственной корректности принимаемого излучения.
Гстеродииироваиие . В устройствах Д. с., работающих по принципу гетеродинировяння. принимаемое оптнч. излучение Et(t) комбинируется на фотокатоде при╦мника с опорным излучением Ean(t) (рис. 1). Ь пдеали-зиров. случае обе волны можно считать плоскими монохроматически ми :
1
. (2)
Здесь £с.└ и £0л,о. "с " ("оп- Тс и ф01, ≈амплитуды, круговые частоты и 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 на фотокатоде £ (0 = #с (')∙+∙ _j_£on(f), a TOIC / приемника, усредн╦нный за время, малое по сравнению с периодом биений 2п ((п0п ≈ "с)"1, но большое по сравнению с периодом Т = 2л/в>е, и по площади фотокатода при╦мника, пропорционален Ez и содержит переменную составляющую на разностной частоте Дю =^ шоп ≈ с*с ∙ В случае, если фотокатод однороден и имеет форму квадрата со стороной а, кы-рандшне для фототока имеет вид
с.о оп.о
п ≈ <Гс>1
i '"г
sin \ ~ nsitia
/≈^г≈≈ '
' -≈- а 81Л a
(3)
∙if.
где у. ≈ коэф. усиления фотопри╦мннин.
Из это]-о выражения видно, что при гетеродинном при╦ме переменная составляющая выходного сигнала несет информацию не только об амплитуде, но также о частоте и фазе принимаемой волны при условии, что амплитуда, частота и фаза опорного получения известны. Эффективность гетеродннчроиания существенно зависит от степени коп.-релтности сигнального и опорного излучений, а также от степени совмещения их волновых фронтов, т. к. величина переменной составляющей
зависит от угла а. Она максимальна при а≈О и умопь-
шлется до нуля при sin a≈
что при характерных
значениях wc^2-10ls рад/с и о=10~2 м составляет исего лшпь аа;Ш~4 рад (i=fi"). Т. о., для того чтобы добиться эффективного гетеродшшронания, необходимо
Принимаемое
«лучение
Опорное излучение ∙
Рис. 2. Сложение сигнальной л ошфшт доли на фотгжатоде нриЕмиина гетеродинного устройства.
выполнять ж╦сткое требование на пространственное согласование двух волн па поверхности фотокатода, it-рое тем выше, чем меньше длина волны излучении. Однако, несмотря на ято усложнение, гетеродинирова-ние широко используется, т. к. да╦т возможность иыде-лять очень слабые ептич. сигналы, даже при наличии внутренних тепловых шумов при╦мника, пут╦м повы-тгтенкя iinTL'iicHBiiocTH опорного излучения. (Это следует из того, что амплитуда переменной составляющей пропорциональна произведению амплитуд сигнальной и опорной волп.1
Отношение с/ш гетеродинного устройства определяется выражением
^-^лЛГ/1- ' <4>
где /"└,, ≈ ср. мощность опорной волны. При возрастании Р└п отношение с/ш достигает предельной величины, в два раза большей, чем в случае прямого детектирования. При уменьшении Роп отношение с/ш при Лс/^сп≈1 достигает значения, к-pou имеет место при прямом детектирован ни.
Возможность гетеродинировапия соета ппервые обсуждалась в 1947 Г. С. Гореликом, экспериментально реализована в 1955 А. Т. Форрестером (Л. Th. Forrea-ter) с сотрудниками, впервые наблюдавшими дублетное расщепление (вследствие эффекта Зеемана) линии ртути J,= 54t>,l им. В этом опыте наблюдаемое абсолютное спектральное разрешение по частоте было s^lO10 Гц
"V (относит, разрешение Я≈ -^~10").
Гетеродинарование с помощью лазеров. Большое распространение метод гетеродинирования получил после
8
Рис. Я. Схема ггтсроапшюго лазерного спектрометр: i ≈ з ≈
диафрагмы; 4, л ≈ лннзы; 1, 7 ≈ глухие лсрнцла; Я оОъ1>ит;
9, 10 ≈ поворотные зеркала; 11 ≈ фотопрн^иинь.
создании лазеров. Высокая степень когерентности, монохроматичность и направленность лазерного излучения позволяют получать высокую эффективность гетер одинировяння со сверхвысоким частотным разрешением выходного сигнала (Я~10"), что особенно важно в лазерной спектрос.копнп светорассеяния. В гстеро-дпнимх спектрометрах рассеянное на исследуемом об-ралдс лазерное излучение смешивается с опорным излучением, в качестве к-рого обычно используется либо часть излучения зондирующего лазера, как это ноказа-
Ш
X
со
О
о.
i
587
