雷射探測
正文
雷射信號通過探測器轉換成電信號的過程。通常用光電型探測器或光熱型探測器探測雷射信號。雷射探測在雷射接收以及雷射測距、通信、跟蹤、制導、雷達等研究和套用中具有重要的作用。雷射探測的方法有直接探測和外差探測兩類。直接探測的方法比較簡單實用，普遍用於可見光和近紅外波段。外差探測方法能提高信噪比和對微弱信號的探測能力，但設備比較複雜，且要求信號有很好的相干性，主要用於中、遠紅外波段，如探測10.6微米的雷射。
直接探測 雷射信號經光學系統耦合到探測器上,探測器把雷射信號轉換成電信號，再根據各種套用的要求進行不同的信息處理（圖1）。
雷射探測光電型探測器是直接探測中的重要元件，常用的有光電倍增管、光電二極體和雪崩光電二極體等。①光電倍增管:具有內增益大等優點。它是紫外、可見光和1.1微米以內的近紅外範圍最常用的探測器。光電倍增管在近紅外波段的靈敏度已有很大提高，時間特性也有了很大改善,輸出脈衝上升時間可短到120皮秒，渡越時間的抖動可達20皮秒。因此，在上述波段內，高靈敏度、高精度的雷射探測都選用光電倍增管。②光電二極體：矽、鍺光電二極體也越來越多地用於可見光和紅外波段。這兩種探測器結構簡單、體積小、價格低，適用於較強信號的探測。③雪崩光電二極體：是具有內增益的光電二極體，輸出電流較光電二極體大，倍增因子M值對溫度很敏感,使用中根據溫度或噪聲控制M值,使其保持穩定狀態。
單光電子探測也是一種直接探測，具有很高的靈敏度。當被探測信號極微弱時，光電倍增管的陰極面上將按泊松分布釋放出個別光電子。這時，雷射信號雖然湮沒在倍增管的噪聲中，但可用單光電子探測技術檢測出信號。
單光電子探測可用於對已知運動規律的目標（如月球、人造衛星）進行測距，還可用於測弱光的光強。在極其微弱的連續光照射下，光電倍增管的陰極間斷地釋放出光電子，這些光電子經內增益後形成輸出脈衝。光強越弱，單位時間內的脈衝數越少。因此，可以用單光電子計數器測出脈衝數目，從而測出光強。例如，在雷射喇曼光譜中就可採用這種方法。
外差探測 外差探測的原理與無線電波段的外差探測相似。來自被探測目標的輻射即信號光束，與本機振盪光束同時入射到光探測器上。兩條光束在光探測器上疊加。若光探測器的反應速度足夠高，就能檢出其差頻信號。差頻信號經中頻放大器放大，用頻譜分析儀或其他終端機指示,完成光的外差探測（圖2）。
雷射探測外差探測系統主要由光學天線、本機振盪器、光混頻器、中頻放大器、窄帶帶通濾波器和終端機組成。
光混頻器是外差探測系統的關鍵部件，大多數選用光子型探測器，也可選用熱電探測器。在10.6微波波段，碲鎘汞探測器是一種性能很好的光混頻器。
外差探測要求本機振盪器的振盪頻率十分穩定。採取消聲、防震、恆溫等被動穩頻措施，能使雷射器的頻率穩定度達到10-7以上。
外差探測系統分主動式和被動式兩種。主動式系統的發射機向被測目標發射一束強雷射束。光學天線把從目標反射的回波會聚起來，與本機振盪光束一同準直到光探測器上，以進行混頻，並檢出差頻信號。被動式系統不需要發射機，直接會聚目標的輻射，並與本機振盪一起準直到光探測器上，實現光混頻。
當被測目標與接收機之間有相對運動時，會出現都卜勒效應。人們經常利用這種效應對運動目標的速度進行測量。
外差接收機的靈敏度用噪聲等效功率
表示。的表達式與光混頻器的類型有關。用光電導型探測器作光混頻器時,＝2hνB；用光伏型探測器作光混頻器時，＝hνB。式中B為接收機頻寬。工作在10.6微米的外差接收機，其極限靈敏度為/B＝1.87×10-20瓦/赫。 
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