相幹光通信檢測技術對比

在信号探測領域，探測手段和方法不斷革新。由隻有一個探測器的直接探測，到利用幹涉信号進行探測的光相幹探測，再到近年來新發展的平衡探測，探測靈敏度逐漸提高，測量精度不斷提升，探測到的有用資訊也不再局限于功率，而是包含了頻率、相位、偏振态等多方面資訊，彌補了傳統單源探測的不足，不斷擴大探測的應用範圍。在近幾十年裡，研究人員相繼提出了三種探測方式：直接探測、外差探測和平衡探測。這三種探測方式各有特點，直接探測是最重要的探測方式，占探測領域的半壁江山；外差探測應用範圍廣，在探測微弱信号領域有不容置疑的地位。相比于直接探測和外差探測的方式，平衡探測在很多方面具有突出優勢，例如可以獲得高的探測靈敏度， 提高探測精确度等，使得這一探測方式從提出以來，一直備受研究人員的廣泛關注。目前平衡探測作為新發展的探測方式，正在各個科研生産領域得到廣泛應用。

在直接探測中，光束直接入射到探測器的光敏面上，普通外差探測和平衡探測都是以兩束光的幹涉為基礎，利用相幹光提取信号光資訊，故進行普通外差探測和平衡探測都是以信号光和參考光滿足光幹涉作為前提條件。

平衡探測和普通外差探測都是信号光和參考光在滿足波前比對的條件下，在探測器光敏面上發生光混頻。不同之處在于平衡探測實作了兩個探測器的信号差分相減，而普通相幹探測則隻用一個探測器探測光信号。是以，平衡探測除了有普通外差探測的優點，還有自身的獨特優勢。

一、抑制了兩個探測器的共模噪聲。在進行平衡探測過程中，使用了兩個二極管。當兩二極管的參數幾乎相等時，經過差分處理，一定程度上的共模噪聲被消除，留下清晰的待測信号。

二、降低了直流分量，增大交流幅值。由于兩個探測器都會探測到直流和交流信号，由于交流信号相位差原因，通過差分處理後，得到直流分量的內插補點，同時得到兩探測器交流部分的幅值之和。

三、較大的動态響應範圍。将兩個探測系統探測的反相信号作差得到平衡探測器的輸出信号，是以其響應範圍也應該是單個探測器響應範圍之和。

四、能夠充分利用參考光。平衡探測系統利用兩個探測器響應幹涉信号，與隻有一個探測器的普通相幹探測相比，提高了參考光的使用率。是以，平衡探測在充分利用光功率方面有着巨大的優勢，即能改善光功率在接收時受到功率限制的性能。

五、能有效提高信噪比。由于兩個探測器輸出信号要進行差分處理，部分信号的散粒噪聲、熱噪聲、過剩強度噪聲等都能被大幅度地抑制。探測信号強度增加，噪聲降低，信噪比自然增加。