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干涉滤光片设计(干涉型滤光片的带宽)

来源:www.haichao.net  时间:2023-01-26 01:20   点击:279  编辑:admin   手机版

1. 干涉型滤光片的带宽

只让某个特定频率通过的滤波器称为带通滤波器。测带通滤波器的中心频率和带宽有专用扫频仪和信号发生器、毫伏表。专用扫频仪显示比较直接,你可看其使用说明。你也可以用信号发生器作为输入信号输入滤波器,输出端用毫伏表测量输出电压,改变信号发生器的输出频率,输出电压会有变化,输出电压最大时所对应的信号发生器频率就是该滤波器的中心频率,在中心频率两侧,幅值变化到输出最大值0.7所对应的两个频率之差就是通频带。

2. 干涉截止滤光片

能够使光线有选择地分成反射和透射两部分的干涉滤光片的总称。根据分光膜种类不同,对光的选择形式也不同,有不分波段的半透射半反射膜,有选择一定波段光透射其余波段反射的带通滤光片,有偏振分光片等等。分光方式又可分成单级和多级。在感光测定、照相机自动测光系统、分光彩色摄影等方面有广泛应用。

3. 滤波片带宽

滤波器的主要参数:

中心频率(Center Frequency):滤波器通带的频率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。

截止频率(Cutoff Frequency):指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。

通带带宽:指需要通过的频谱宽度,BW=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。

插入损耗(Insertion Loss):由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。

纹波(Ripple):指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。

带内波动(Passband Ripple):通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。

带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR 大于1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR小于1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。

回波损耗(Return Loss):端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于20Log10ρ,ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。

阻带抑制度:衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法:一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减量;另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数(KxdB大于1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1,制作难度当然也就越大。

延迟(Td):指信号通过滤波器所需要的时间,数值上为传输相位函数对角频率的导数,即Td=df/dv。

带内相位线性度:该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度

4. 滤光片 带宽

基本条件:

(1)信号光与本振光必须具有相同的模式结构,这意味着所用激光器应该单频基模运转。

(2)信号光和本振光在光混频面上必须相互重合,为了提供最大的信噪比,它们的光斑直径最好相等。因为不重合的部分对中频信号无贡献,只贡献噪声。

(3)信号光和本振光的能流矢量必须尽可能的保持一致,即两光波必须保持空间上的角准直。

(4)本振光和信号光在一定允许的角误差情况下,二者要尽可能保持垂直入射到探测器的光敏面上。

(5)在角准直情况下,信号光和本振光的波前还必须匹配。

(6)信号光与本振光必须同偏振,因为在光混频面上它们是矢量叠加。

特点:

(1)光外差探测有利于微弱信号的探测,灵敏度比直接探测提高了几个数量级。在一定条件下,只要本振光足够强,即使信号光功率很小,仍然可以得到所需的中频输出电流。

(2)转换增益高。从物理过程的观点来看,直接探测是光功率包络检波过程;而外差探测是把信号光频率转换成差频进行探测,这种转换过程是本振光的作用,它使光外差探测天然地具有一种“转换增益”。

(3)具有良好的滤波功能。在直接探测中,为了抑制杂散背景光的干扰,都需要在探测器前加置窄带滤光片。在相干探测中,只有那些与本振光混频后仍在中频带宽之内的杂光才能进入检测系统,其他杂光噪声被滤掉。而且,背景光、杂散光与信号光、本振光不相干不会产生相干叠加项。

(4)具有良好的空间和偏振鉴别能力。信号光和本振光必须沿同一方向射向光电探测器,而且要保持相同的偏振方向,这意味着光外差探测本身就具备了对探测光方向的高度鉴别能力和对探测光偏振方向的鉴别能力。

(5)在适当选取本振光功率的情况下,可以获得较高的信噪比。

5. 干涉滤光片中心波长

  在用双缝干涉测光的波长实验中滤光片的位置到单缝的距离为10厘米,目的是使白光通过滤光片时具有很好的平行度和一定的强度,保证干涉条纹清晰、稳定。

6. 带通滤光片的带宽

带通滤波器的带宽为上限截止频率与下限截止频率之差。

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