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光电信号处理 第一章 绪 论 第一章 绪 论 1.2 噪声的基本知识 1.2 噪声的基本知识 1.2.1 噪声的基本概念 1.2.2 光电探测器的噪声 1.2.1 噪声的基本概念 光电系统是光信号的变换、传输及处理的系统。 包含光学系统、光电探测器、电子系统。 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。 这些非信号的成分统称为噪声 ●广义噪声的定义： 任何叠加在信号上的不希望的随机扰动或干 扰统称为噪声。 ●这些干扰及扰动主要来自两方面： (1)来自光电系统的外部 (2)来自光电系统内部 来自光电系统外部的噪声——干扰 来自光电系统外部的噪声——干扰 ●通常由电、磁、机械、杂散光等因素所引起，这种 干扰绝大多数是“人为的”， 如： 电源50H z 干扰； 工业设备电火花干扰等。 ●一般具有规律性，采取适当的措施(如屏蔽、滤波、 远离噪声源等)可以将其减小或消除。 ●对系统的可靠性、稳定性影响很大 系统的抗干扰能力 对外部的理解：被动光电系统 来自光电系统内部—— 噪声 来自光电系统内部—— 噪声 ●系统内部的材料、器件或固有的物理过程的 自然扰动。 例如：导体中带电粒子无规则运动引起的热 噪声，光探测过程中光子计数引起的散粒噪 声等。 ●这些过程是随机过程，它既不能预知其精确 大小及规律，也不能完全消除， 但其遵循的统计规律、也可以通过一些措施 来控制。 ●系统内部的噪声： 光子噪声 探测器 电路噪声 噪 声 ●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。 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， 是提高光电系统性能指标的关键。 1.2.2 光电探测器的噪声 在光电系统中，探测器的噪声主要有： ●热噪声 ●散粒噪声 ●产生—复合噪声(g—r噪声) ●温度噪声 ● 1 噪声。 f 1．热噪声 ●热噪声是由耗散元件中电荷载流子的随机 热运动引起的。 ●任何一个处于热平衡条件下的电阻，即使 没有外加电压，也都有一定量的噪声，这 是由于电阻体内电子的热运动所引起的。 ●AB两极间的电阻为R ，在绝对温度T 的平衡态下， 内部的电子处于不断的热运动中， 无序的电子运动。 ●如果从一个想象的截面S去看，任何一瞬间有些电子 从左向右穿越S面，有些电子从右向左穿越S面。 从时间平均来看，这两种方向 T 的电子数一定相等，因为AB A B 之间没有外电压，不会有电流 通过AB 。 R S ●但是考虑流过S面的电子数的均方偏差，则不为零。 这样在AB两端就应出现一电压涨落。 这一电压涨落1928年为琼斯(Johnson)的实验所证实。 同时奈奎斯特推导出热噪声功率为： e KTR f 2 Δ4 t 式中：R为电阻或阻抗元件的实部（单位为欧姆）； -23 K为玻耳兹曼常数：1.38×10