к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Детектирование света

Детектирование света - нелинейное преобразование оптич. излучения видимого и ИК-диапазонов частот (1015-1013 Гц) в электрич. сигнал в виде последовательности одноэлектронных импульсов или колебаний тока радиочастотного диапазона, несущий информацию о параметрах оптич. излучения (интенсивности, частоте, фазе). Д. с. осуществляется с помощью фотоприёмников (фоторезисторов, фотодиодов, фотоумножителей), для к-рых характерна нелинейная (обычно квадратичная) зависимость фототока от напряжённости электрич. поля световой волны EС. Д. с. применяется в системах оптич. связи, оптич. локации, оптич. обработки информации, а также в спектроскопии, интерферометрии, голографии и т. п. Осн. разновидности Д. с.- прямое детектирование и гетеродинирование. Прямое детектирование. В устройствах прямого детектирования на фотокатод приёмника поступают только полезный оптич. сигнал и фоновое излучение (рис. 1). Для повышения уровня сигнала относительно уровня фона перед приёмником иногда помещают полосовой оптич. фильтр и усилитель. В результате прямого детектирования изменения интенсивности принимаемого излучения, усреднённые по времени за время1119930-132.jpg (периода оптич. колебаний) и по площади фотокатода приёмника, преобразуются в изменения мощности выходного электрич. сигнала. В силу статистич. характера фотоэмиссии при детектировании возникает шум, характеризуемый неопределённостью числа фотоэлектронов, эмитируемых фотокатодом ("фотонный шум"). Этот шум складывается с шумом фонового излучения и темнового тока, генерируемого внутри приёмника, а также с тепловыми шумами нагрузки. Эти шумы ограничивают чувствительность устройств Д. с. Для выделения информативного параметра из дробовых и тепловых шумов выходной электрич. ток приёмника подаётся на обрабатывающее устройство радиочастотного диапазона, напр. НЧ-фильтр. Устройства прямого детектирования не чувствительны ни к частоте, ни к фазе, ни к углу падения на фотокатод несущей оптич. волны. Информативным параметром при прямом детектировании является только амплитудная модуляция несущей принимаемой волны. В нек-рых системах оптич. связи несущая модулируется по интенсивности высокочастотной поднесущей, к-рая, в свою очередь, модулируется информац. сигналом.

1119930-133.jpg

Рис. 1. Схема устройств прямого и гетеродинного детектирования.


Эффективность устройств Д. с. оценивают величиной отношения сигнала к шуму (с/т). Предельное значение отношения

1119930-134.jpg

где 1119930-135.jpg - квантовый выход приёмника, Рс - ср. мощность несущей волны на поверхности фотокатода, wс - круговая частота несущей волны, 1119930-136.jpg - полоса пропускания радиотехн. обрабатывающего устройства. Это значение достигается в случае т. н. фотонного ограничения, когда отсутствует фоновое излучение, а всеми др. шумами, кроме фотонного шума, можно пренебречь. Величина отношения с/ш, так же как и величина среднего выходного тока приёмника, не зависит от степени пространственной когерентности принимаемого излучения.

Гетеродинирование. В устройствах Д. с., работающих по принципу гетеродинирования, принимаемое оптич. излучение Ес(t)комбинируется на фотокатоде приёмника с опорным излучением Eoп(t)(рис. 1). В идеализиров. случае обе волны можно считать плоскими монохроматическими :

1119930-137.jpg

Здесь 1119930-138.jpg - 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 1119930-139.jpg к нему (рис. 2). Фоновое излучение принято пренебрежимо малым.

Результирующее поле на фотокатоде 1119930-140.jpg1119930-141.jpg , а ток I приёмника, усреднённый за время, малое по сравнению с периодом биений 1119930-142.jpg, но большое по сравнению с периодом 1119930-143.jpg, и по площади фотокатода приёмника, пропорционален E2 и содержит переменную составляющую на разностной частоте 1119930-144.jpg. В случае, если фотокатод однороден и имеет форму квадрата со стороной а, выражение для фототока имеет вид

1119930-145.jpg

где 1119930-146.jpg - коэф. усиления фотоприёмника.

Из этого выражения видно, что при гетеродинном приёме переменная составляющая выходного сигнала несёт информацию не только об амплитуде, но также о частоте и фазе принимаемой волны при условии, что амплитуда, частота и фаза опорного излучения известны. Эффективность гетеродинирования существенно зависит от степени когерентности сигнального и опорного излучений, а также от степени совмещения их волновых фронтов, т. к. величина переменной составляющей зависит от угла 1119930-147.jpg. Она максимальна при 1119930-148.jpg и уменьшается до нуля при 1119930-149.jpg , что при характерных значениях wС=2*1015 рад/с и а=10-2 м составляет всего лишь 1119930-150.jpg10-4 рад 1119930-151.jpg. T. о., для того чтобы добиться эффективного гетеродинирования, необходимо выполнять жёсткое требование на пространственное согласование двух волн на поверхности фотокатода, к-рое тем выше, чем меньше длина волны излучения. Однако, несмотря на это усложнение, гетеродинирование широко используется, т. к. даёт возможность выделять очень слабые оптич. сигналы, даже при наличии внутренних тепловых шумов приёмника, путём повышения интенсивности опорного излучения. (Это следует из того, что амплитуда переменной составляющей пропорциональна произведению амплитуд сигнальной и опорной волн.)

1119930-152.jpg

Рис. 2. Сложение сигнальной и опорной волн на фотокатоде приёмника гетеродинного устройства.

Отношение с/ш гетеродинного устройства определяется выражением

1119930-153.jpg

где Pоп - ср. мощность опорной волны. При возрастании Pоп отношение с/ш достигает предельной величины, в два раза большей, чем в случае прямого детектирования. При уменьшении Pоп отношение с/ш при 1119930-154.jpg1 достигает значения, к-рое имеет место при прямом детектировании.

Возможность гетеродинирования света впервые обсуждалась в 1947 Г. С. Гореликом, экспериментально реализована в 1955 А. Т. Форрестером (A. Th. Forrester) с сотрудниками, впервые наблюдавшими дублетное расщепление (вследствие эффекта Зеемана) линии ртути 1119930-155.jpg=546,1 нм. В этом опыте наблюдаемое абсолютное спектральное разрешение по частоте было 1119930-156.jpg1010 Гц (относит. разрешение 1119930-157.jpg 105).

Гетеродинирование с помощью лазеров. Большое распространение метод гетеродинирования получил после создания лазеров. Высокая степень когерентности, монохроматичность и направленность лазерного излучения позволяют получать высокую эффективность гетеродинирования со сверхвысоким частотным разрешением выходного сигнала (R~1014), что особенно важно в лазерной спектроскопии светорассеяния. В гетеродинных спектрометрах рассеянное на исследуемом образце лазерное излучение смешивается с опорным излучением, в качестве к-рого обычно используется либо часть излучения зондирующего лазера, как это показано на рис. 3, либо излучение другого - гетеродинного лазера, привязанного по частоте к зондирующему.

1119930-158.jpg

Рис. 3. Схема гетеродинного лазерного спектрометра: 1-3 - диафрагмы; 4, 5 -линзы; 6,7 - глухие зеркала; 8 - объект; 9, 10 - поворотные зеркала; 11 - фотоприёмник.


Разрешение гетеродинных спектрометров определяется рядом факторов, приводящих к уширению частотных компонент в спектре выходного сигнала. Это - конечность телесного угла сбора рассеянного излучения 1119930-159.jpg, определяемого апертурами диафрагм, конечность полосы радиотехн. обрабатывающего устройства, неточность привязки по частоте зондирующего и гетеродинного лазеров и т. д. Из перечисленных факторов основным является первый, т. к. уширение спектральных компонент за счёт остальных факторов может быть сделано <1 Гц. Для малых углов рассеяния уширение, вызванное неопределённостью в угле сбора рассеянного света, составляет величину 1119930-160.jpg , где f - частотное смещение линии рассеянного света, 1119930-161.jpg- угол рассеяния. Напр., в случае рассеяния Мандельштама - Бриллюэна на ультразвуке 1119930-162.jpg Гц, в случае рассеяния на органоидах протоплазмы, движущейся в живой клетке, 1119930-163.jpg Гц. При характерных значениях 1119930-164.jpg10-2 рад (~30') и 1119930-165.jpgрад (3') соответствующие уширения равны 1119930-166.jpg МГц и 1119930-167.jpg1119930-168.jpg Гц. Они и определяют абс. значения разрешения. Относит, разрешение соответственно равно 108 и 1014, что недостижимо никакими средствами спектрального анализа на оптич. частотах.

В гетеродинных системах лазерной связи и в гетеродинных интерферометрах (см. Интерферометр интенсивности), применяющихся для астр. наблюдений, обычно используют ИК-излучение с длиной волны 10 мкм. В этом диапазоне по сравнению с видимым уменьшаются искажения, вносимые турбулентной атмосферой, облегчается выполнение условий пространственного согласования волн, и в этой области в атмосфере имеется окно прозрачности. Абс. разрешение в данном случае составляет 0,2 Гц.

Литература по детектированию света

  1. Росс M., Лазерные приёмники, пер. с англ., M., 1969;
  2. Бенедек Дж., Спектроскопия оптического смешения и её приложения к задачам физики, химии, биологии и техники, "УФН", 1972, т. 106, с. 481;
  3. Гальярди P. M., Карп Ш., Оптическая связь, пер. с англ., M., 1978;
  4. Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов, под ред. Г. Камминса и Э. Пайка, пер. с англ., M., 1978;
  5. Ахманов С. А., Дьяков Ю. E., Чиркин А. С., Введение в статистическую радиофизику и оптику, M., 1981;
  6. Устинов H. Д., Матвеев И. H., Протопопов В. В., Методы обработки оптических полей в лазерной локации, M., 1983.

А. В. Приезжев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution