測(cè)量飛瓦特(10的負(fù)15次方)到納瓦特(10的負(fù)9次方)范圍內(nèi)的光信號(hào)是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。這么低的信號(hào)水平在典型的探測(cè)器噪聲水平中會(huì)丟失，并被背景光淹沒。光電二極管探測(cè)器在小帶寬(約10赫茲)下的噪聲底線大約為1皮瓦特(10的負(fù)12次方)。通過濾波或平均縮小帶寬只會(huì)進(jìn)一步降低噪聲水平的一小部分。

為了實(shí)現(xiàn)噪聲拒絕的顯著改進(jìn)，需要使用鎖定放大器。鎖定放大器可以將噪聲拒絕提高3個(gè)數(shù)量級(jí)或更多。此外，它們可以提供比噪聲拒絕高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的背景信號(hào)拒絕。

鎖定放大器采用一種稱為同相檢測(cè)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其出色的性能。同相檢測(cè)有兩個(gè)要求：

1、待檢測(cè)的信號(hào)需要進(jìn)行調(diào)制。

2、需要提供具有相同頻率的清潔參考信號(hào)。

在鎖定放大器中，要測(cè)量的信號(hào)與參考信號(hào)相乘，然后隨時(shí)間積分。這導(dǎo)致了一個(gè)極窄的有效帶寬。與參考頻率稍有不同的所有頻率的信號(hào)將導(dǎo)致凈積分值為零。由于探測(cè)器噪聲是"白噪聲"，其功率分布在廣泛的頻譜上，測(cè)量頻率上的噪聲幅度非常低。通過將測(cè)量限制在單一頻率上，探測(cè)器噪聲顯著降低。同樣，鎖定放大器也可以類似地拒絕背景光信號(hào)(主要是直流或線頻)。

使用鎖定放大器實(shí)現(xiàn)高性能的關(guān)鍵是保持要測(cè)量的信號(hào)的調(diào)制頻率與參考信號(hào)的頻率精確匹配。在光學(xué)應(yīng)用中，這種精確匹配很容易在架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。許多需要鎖定放大器優(yōu)勢(shì)的低水平光信號(hào)是直流或非常低頻的。在這些應(yīng)用中，使用光學(xué)切割器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。

光學(xué)切割器只是一個(gè)被分成葉片和窗口的旋轉(zhuǎn)盤。切割器盤位于光束路徑中，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，光束交替通過窗口和被葉片阻擋。

為了實(shí)現(xiàn)100%調(diào)制，光束的大小應(yīng)小于葉片/窗口的寬度。

在光學(xué)切割器中，可以通過使用光學(xué)中斷開關(guān)來感應(yīng)葉片和窗口的旋轉(zhuǎn)來輕松提供參考信號(hào)。光學(xué)中斷開關(guān)可以放置在盤上的任何徑向位置，不會(huì)與光束通過發(fā)生沖突。以這種方式提供的參考信號(hào)將與要測(cè)量的光信號(hào)精確匹配。為了獲得最佳性能，仍然需要嚴(yán)格控制盤的旋轉(zhuǎn)速度以最小化抖動(dòng)和其他偽像。盤幾何形狀的高度均勻性也至關(guān)重要。

在設(shè)置系統(tǒng)以供使用時(shí)，切割器應(yīng)盡可能靠近光信號(hào)源，以便調(diào)制僅應(yīng)用于感興趣的信號(hào)，而不是任何可能存在的不需要的背景信號(hào)。

Ophir的RM9傳感器系列將緊湊的專用鎖定放大器、光學(xué)切割器和一系列敏感探測(cè)器結(jié)合在一個(gè)易于使用的系統(tǒng)中，可以測(cè)量超低信號(hào)水平，即使在存在較大背景噪聲的情況下也能實(shí)現(xiàn)。

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