激光脉冲回波的高灵敏度零差相干探测

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自从上个世纪六十年代激光被发明以来,作为光源其具有高相干性以及良好的单色性和方向性的优点,被开始应用于相干探测领域,并且逐渐受到了越来越多的国内外学者的关注。与其它探测技术相比,激光相干探测技术具有传输距离长,探测的灵敏度高的优点。激光相干探测技术在雷达领域应用广泛,可以用来测距、测速、测风等方面。激光相干探测系统是将本振光和信号光在接收端进行相干混频,最后对混频进行解调,恢复出信号。在激光相干探测系统中,经过相干混合过程输出的光电流正比于本振激光功率和信号激光功率的乘积,为了提高光接收机的灵敏度和信号的传输距离,可以通过在一定范围内增加本振激光的功率,进而提高相干探测系统的探测灵敏度。根据探测原理的不同,激光探测技术可分为直接探测和相干(外差/零差)探测。对比于直接探测,相干探测依赖于比较复杂的探测装置和相干光源,但是,相干探测技术具有探测能力强、信噪比高等优点,可以实现对于微弱激光信号的比较高的灵敏度探测。在相同条件下,直接探测的量子噪声极限信噪比是相干探测的一半,而且在实际工作中容易受探测器件的影响,难以达到极限值;而在相干探测系统中本振激光的功率非常强时,信噪比可以接近理论极限。相干探测系统所能探测到的最小光功率表示系统的探测灵敏度,它是衡量相干探测系统好坏的非常重要的指标,探测灵敏度越高,探测系统就可以分辨更加微弱的光信号,在激光相干探测系统中,探测目标反射的激光回波信号通常比较弱,并且考虑到大气衰减、背景光的干扰、探测系统自身噪声等因素的影响,相干探测系统的灵敏度与理论值相比大大降低,很难实现对远距离目标的探测。在相干探测系统中为了提高探测灵敏度,除了可以适当增加本振激光的光功率外,还需要抑制探测系统中的噪声。为了实现将微弱脉冲激光回波信号从系统噪声中提取出来,需要设计出一种高灵敏度的激光脉冲探测系统,满足探测距离、探测精度等指标的要求。
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