平衡零拍探测器的噪声特性分析与实验研究

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现代科学技术的迅速发展,使得光学精密测量、光通讯以及光信息处理的精度和准确度达到了越来越高的水平。在光信号的测量和处理中,虽然可以用有效的方法去除掉测量时经典误差源的影响,但是诸多量子噪声的存在,从根本上制约了测量精密度和准确度的提高,因此,如何减小量子噪声对测量的影响是科技工作者研究的热点课题之一。平衡零拍探测技术,是测量光场量子噪声的最佳方法之一,可以直接表征出信号光场的正交噪声分量信息;并且该方法可以有效地减小经典噪声对测量的影响,有效地放大微弱信号,从而大大提升探测器的信噪比。本文首先介绍了平衡零拍探测器的检测原理、电路结构和衡量性能,以及光电检测器件和运算放大器的基本原理和性能参数。重点对跨阻放大电路的平衡零拍探测器中的噪声特性进行分析,理论上计算了增益谱、电子学噪声、散粒噪声和信噪比的公式,分析了影响探测器信噪比和带宽的关键因素,给出光电检测器件和运算放大器选择的标准;其次,使用仿真软件,结合每一部分噪声源的模型,给出了平衡零拍探测器的噪声模型;最后,实验上设计电路图,制作PCB板,最终研制带宽为10MHz,信噪比为14d B,共模抑制比为43d B的平衡零拍探测器,很好的满足了在量子光学实验中对探测器的要求,并且从理论计算上和软件模拟上结合实验数据,找出平衡零拍探测器带宽和信噪比不能提高的因素。
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