所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到

光检测器

光敏面上，光检测器响应于光辐射强度（幅度）而输出相应的电流或电压信号。光检测器输出的电流为：

式中：第一项为直流项。若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，这就是包络检测的意思。

2：对直接检测系统来说，如何提高输入信噪比？

答：对于光电检测系统来说，其噪声主要有三类：（1）光子噪声包括：A.信号辐射产生的噪声；B.背景辐射产生的噪声。（2）探测器噪声包括：热噪声；散粒噪声；产生—复合噪声；1/f噪声；温度噪声。（3）信号放大及处理电路噪声在实际的光电探测器中，由于光电转换机理不同，各种噪声的作用大小亦各不相同。若综合上述各种噪声源，其功率谱分布可用下图表示。由图可见：在频率很低时，1/f噪声起主导作用；当频率达到中间范围频率时，产生——复合噪声比较显著；当频率较高，甚至于截至频率时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小。很明显，探测器应当工作在1/f噪声小、产生-复合噪声为主要噪声的频段上。因此，对于直接探测系统，提高输入信噪比的措施有：（1）利用信号调制及选频技术可抑制噪声的引入白噪声的大小与电路的频带宽度成正比，因此放大器应采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁相放大器。（2）将器件制冷，减小热发射，降低产生-复合噪声。采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。（3）采用最佳条件下的偏置电路，使信噪比（S/N）最大 3：什么是直接检测系统的量子极限？说明其物理意义。

答：当入射信号光波所引起的散粒噪声为主要噪声，

其他噪声可忽略时，此时信噪比为：该式为直接检测理论上的极限信噪比。也称为直接检测系统的量子极限。量子极限检测为检测的理想状态。

4：试根据信噪比分析具有内增益光电检测器的直接测量系统为什么存在一个最佳倍增系数。（参考）

答：当光检测器存在内增益（如：光电倍增管）时当很大时，热噪声可忽略。若光电倍增管加致冷、屏蔽等措施以减小暗电流和背景噪声，则可达到散粒噪声极限。在直接检测中，光电倍增管、雪崩管的检测能力高于光电导器件，采用有内增益的检测器是直接检测系统可能趋近检测极限的唯一途径。 5：对于点检测光电系统，怎样提高系统的作用距离？

第六章

1：试从工作原理和系统性能两个方面比较直接检测系统和光外差检测系统的特点。 答:工作原理上：①直接探测系统是将携带有待测量的光信号直接入射到探测器光敏面上，光探测器响应的是光辐射强度而输出相应的电流和电压；②光外差检测是利用两束频率不同的相干光在满足波前匹配条件下，在光电探测器上进行光学混频，探测器输出的信号是两光波频差的拍频信号，该信号包含有调制信号的振幅、频率和相位特征。

系统性能上：①直接探测系统检测方法简单，易于实现，可靠性高，但是不能改善输入信噪比，不适宜检测微弱信号；②光外差检测系统复杂，对光外差两输入信号有严格的空间条件和频率条件，但检测距离远，检测精度高，灵敏度高，是天然检测微弱信号的方法。

2:有一光子探测器运用于相干探测。假设入射到光混频器上的本振光功率PL=10mW，光混频器的量子效率η=0.5，入射的信号光波长λ=1μm，负载电阻RL=50Ω，试求该光外差探测系统的转换增益PIF/PS=?

6:如何实现干涉信号的方向判别与计数。

由于测量反射镜在测量过程中可能需要进行正、反两个方向的移动，或在测量过程中由于各种干扰因素的影响，可能使测量镜在正向移动过程中产生一些偶然的反射移动。 （正、反方向移动均使干涉信号产生明、暗的变化）若测量系统中没有判向能力，则由光电检测器接收信号后，由计数器所显示的计数值是测量镜正反移动的总和，而不是真正的被测长度。

测量系统的电路中必须设计有方向判别部分，把计数脉冲分为加、减两种脉冲。 当测量镜正向移动时所产生的脉冲为加脉冲，则测量镜反向移动时所产生的脉冲为减脉冲。这两种脉冲送入可逆计数器进行可逆计数，即可得出测量镜的真正位移量。7：试述多普勒测速原理。

当光（激光）照射运动物体或流体时，其反射光或散射光将产生多普勒频移，用它（即反射光或散射光）与本振光进行混频可测得物体或流体的速度。

第七章：

1：用射线理论简述光纤的导波工作原理。

NA定义为光纤的“数值孔径”，为衡量光纤集光性能的主要参数。在光纤端面，只有入射角小于的光才能在光纤中传输。

2：试述传光型和功能型光纤传感器的基本含义。

功能型传感器（即FF型光纤传感器、传感型光纤传感器。）：是利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件，即光纤与被测对象相互作用，使得光纤结构参数发生变化，使其传光特性发生相关变化。

非功能型传感器（即NF型光纤传感器、传光型光纤传感器）：是利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为光的传输介质。

3：什么是单模光纤？成为单模光纤的基本条件是什么？