第二章 噪声源-2014课件.pptVIP

第二章 噪声源;噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响对信号特别是微弱信号的正确探测。 一个光电探测系统的极限探测能力往往由探测系统的噪声所限制。所以在精密测量、通讯、自动控制、核探测等领域，减小和消除噪声是十分重要的问题。 ;光电探测系统包含光探测器、电子学系统(例如低噪声前置放大器等)、光学系统等。因此，系统在工作时，总会受到一些无用信号的干扰， 例如：光电变换中光电子随机起伏的干扰； 辐射光场在传输过程中受到通道的影响 背景光的干扰； 放大器引入的干扰等等。 ;;这些干扰及扰动主要来自两方面： (1)来自被研究系统的外部 (2)来自被研究系统的内部;(1)来自被研究系统的外部;(2)来自被研究系统内部;噪声是一种平稳随机信号； 噪声一般采用长周期测定其均方值(即噪声功率)的方法，通常采用先计算噪声电压(电流)的平方值，然后将其对时间作平均，来求噪声电压(电流)的均方值，即： ;表示频率在f与f+?f之间的噪声频谱分量的平均功率;三. 噪声相关性;四. 光电探测器噪声;1．热噪声;通常也用热噪声电流(电压)均方根值来进行计算，它们分别表示为： 热噪声属于白噪声频谱，一般说来，高端极限额率为： 由上式可知， 与电阻的温度T有关。 在室温下(T＝290k)， 一般电子学系统工作频率远低于该值，故可认为热噪声为白噪声频谱。 ;例如：室温条件下R＝1kΩ的电阻，在 ＝1Hz带宽内的均方根热噪声电压值约为4nV；若工作带宽为500kHz的系统，放大器增益为104，则在放大器输出端的热噪声均方根电压约28mV。在微弱信号探测中，这对于信号来讲是一个不可忽视的量。 ？如何减小热噪声——光电探测系统的一个重要问题。 ●从热噪声功率与探测器工作温度T的关系知道，低温工作的探测器的热噪声将大大减小，特别是一些响应于远红外波段的探测器，为降低热噪声，往往将探测器放置于液氦(4K)、液氮(77K)的深冷状态。 ●同时，在信号不失真的条件下，尽量缩短工作频带。 ;2．散粒噪声;从涨落的均方偏差可求出散粒噪声功率为： ???中e为电子电荷， 为探测器工作带宽。 如果I是探测器的暗电流Id，则探测器在无光照时的暗电流噪声功率为： 对于由光场作用的光辐射散粒噪声也可直接写为： 式中IP为光辐射场作用于探测器产生的平均光电流。 散粒噪声也是白噪声，与频率无关，但是它与热噪声的根源不同，热噪声起源于热平衡条件下电子的粒子性，因而依赖于kT，而散粒噪声直接起源于电子的粒子性，因而与e直接有关。;3．产生—复合噪声;在研究g—r噪声产生机理时，除了考虑载流子由于吸收光受到激发产生的载流子数的随机起伏外，还要考虑到载流子在运动过程个复合的随机性。由于载流子的产生与复合都是随机的，所以对噪声都有贡献。经理论推导g—r噪声的表达式为： 式中，e为电子电荷， 为平均电流， 为探测器的工作带宽， 为光电导探测器的内增益，它是载流子平均寿命τ0和渡越时间τd的比值。;4．温度噪声;5．电流噪声( 噪声)