2010光电相位探测器--吴浩

光电技术综合实验 Ⅰ

——光电相位探测传感器设计

●姓 名: 吴 浩 ●学 号：2007031062 ●专 业: 电子科学与技术 ●班 级：光通信071班 ●指导老师：张 翔

2010年12月

目 录

一、设计内容与目的 ...................................................................................................................... 1 二、本课程设计研究对象............................................................................................................... 1 三、光电相位探测器的基本结构及原理示意图 ........................................................................... 1 四、光电探测器件概述................................................................................................................... 1

（一）、光电探测器的不同分类 ............................................................................................. 1 （二）、光电探测器件的要求 ................................................................................................. 3 五、前端激光器概述 ...................................................................................................................... 3

（一）、激光器的组成 ............................................................................................................. 3 （二）、谐振腔构成与分类 ..................................................................................................... 4 （三）、开腔的稳定条件 ......................................................................................................... 4 （四）、激光谐振腔基本参数设计 ......................................................................................... 5 六、高斯模的匹配问题................................................................................................................... 7

（一）、高斯模匹配的意义 ..................................................................................................... 7 （二）、高斯模匹配原理 ......................................................................................................... 7 （三）、圆形镜稳定腔He-Ne激光器输出光强分布特性 .................................................... 9 （四）、扩束系统结构 ........................................................................................................... 10 七、微透镜阵列器件基本原理和参数选取 ................................................................................. 12

（一）、微透镜阵列器件工作原理 ....................................................................................... 12 （二）、光电探测器件与微透镜器件位置的确定 ............................................................... 12 （三）、质心坐标计算 ......................................................................................................... 12 八、程序设计 ................................................................................................................................ 13

（一）、编写计算程序 ........................................................................................................... 13 （二）、尽可能用两种不同方法进行数字运算并比较精度 ............................................... 14 九、设计总结 ................................................................................................................................ 17 附录一、参考资料 ........................................................................................................................ 17

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一、设计内容与目的

利用所学知识设计一光电相位探测传感器，着重研究其前端激光器及光电探测模块。

二、本课程设计研究对象

1、光电探测模块； 2、前端激光器。

三、光电相位探测器的基本结构及原理示意图

（一）、基本结构：

1、光学匹配系统：用来使入射光束的口径缩小（放大）与微透镜阵列相匹配尺寸； 2、微透镜阵列：将入射光瞳分割，对分割后的入射波波前成像； 3、光电探测器：用于接收光电信号，目前多用CCD探测器； 4、图像采集卡：微透镜阵列与光电探测器之间加入匹配透镜； 5、数据处理计算机：进一步得到波前相位分布； 6、光波相位模式复原软件。 （二）、原理示意图（如图3-1）

入射激光束 匹配系统 微透镜阵列 光电探测器 图像采集卡 图3-1 原理示意图

数据处理 四、光电探测器件概述

（一）、光电探测器的不同分类

按效应分类：

1、利用光子效应：

应用最广的有三种，即光电导、光生伏打效应和光电发射效应。前两种统称为内光电效应（见固态光电探测器），后一种称为外光电效应（见光电效应、光电管和光电倍增管）。此外尚有光电磁效应、丹培效应、光子牵引效应及定位相互作用（例如红外量子计数器、荧光屏及照相底片）等。

（1）、光电探测器 <1>、光电探测器概述

光电持效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN结、不同质的半导体组成的异质结或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场。当光照这种半导体时，由于半导体对光的吸收而产生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和积聚而产生电位差，这种现象是最重要的一类光生伏特效应。对于均匀半导体，由于体内没有内建电场．当光照这种半导体一部分时，由于光生载流子浓度梯度的不同而引起载流子的扩散运动。光电探测器是利用半导体P—N结光生伏特效应而制成的探测

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器，简称PV（Photovoltaic）探测器。按照对光照敏感“结”的种类不同，又可分为PN结型、PIN结型、金属一半导体结型(肖特基分垒型)和异质结型：最常用的光电探测器有光电池、光电二极管、光电三极管、PIN管、雪崩二极管等。

光电探测器按使用要求不同可分为两类，一类是用作能源和探测的光电池；另一类是主要作为光电信号变换的光电探测器，如光电二极管、光电三极管等。

<2>、光电探测器的基本特性伏安特性 光电探测器在不同照度下的伏安特性曲线 如图4-1所示。

■第三象限曲线：工作在光电导模式的光 伏探测器的伏安特性。

■第四象限曲线：工作在光电模式的光电 探测器的伏安特性。

由光电探测器的伏安特性得到其等效电路， 如图4-2(a)所示。光电探测器等效于一个电流

源（光电流）I和一个普通二极管的并联。普

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