Fotodetectorserie: Introductie tot balansfotodetector

Inleiding totBalansfotodetector(Opto-elektronische balansdetector)
Balansfotodetectoren kunnen worden onderverdeeld in glasvezelkoppelingen en ruimtelijke optische koppelingen, afhankelijk van de optische koppelingsmethode. Intern bestaat de fotodetector uit twee nauwkeurig op elkaar afgestemde fotodiodes, een transimpedantie-versterkercircuitmodule met lage ruis en hoge bandbreedte, en een vermogensmodule met ultralage ruis. De detector kenmerkt zich door een hoge common-mode-onderdrukking, een ultralage ruis en een hoge bandbreedte, en wordt veel gebruikt op het gebied van coherente optische communicatie. De detector is de afgelopen jaren uitgegroeid tot een onderzoekshotspot voor bedrijven en universiteiten in diverse landen.
Werkingsprincipe van de balansfotodetector (Opto-elektronische balansdetector)
De balansfotodetector gebruikt twee fotodiodes in sperrichting als lichtontvangende eenheid. Bij ontvangst van een lichtsignaal wordt de fotostroom die door de twee fotodiodes wordt gegenereerd, afgetrokken en gekoppeld aan een transimpedantieversterker om het stroomsignaal om te zetten in een spanningssignaal voor de uitvoer. De zelfreducerende structuur kan het common-modesignaal, veroorzaakt door de licht- en donkerstroom van de lokale oscillator, effectief onderdrukken, het differentiële modesignaal versterken en tot op zekere hoogte het detectievermogen van zwakke lichtsignalen verbeteren.
Voordelen: Hoge common mode rejection ratio, hoge gevoeligheid en hoge detectiebandbreedte maken het mogelijk om te voldoen aan uiteenlopende toepassingsscenario's.
Nadelen: Laag verzadigd optisch vermogen, alleen geschikt voor detectie van zwak licht, integratie moet worden verbeterd.

FIG: Werkingsprincipediagram van de balansdetector
Prestatieparameters van balansfotodetector (opto-elektronischeBalansdetector)
1. Responsiviteit
Responsiviteit verwijst naar de efficiëntie van een fotodiode bij het omzetten van lichtsignalen in fotostroom, de verhouding tussen fotostroom en lichtvermogen. Het kiezen van een fotodiode met een hogere responsiviteit kan de gevoeligheid van de balansfotodetector effectief verbeteren.
Responsiviteit verwijst naar de efficiëntie van een fotodiode bij het omzetten van lichtsignalen in fotostroom, de verhouding tussen fotostroom en lichtvermogen. Het kiezen van een fotodiode met een hogere responsiviteit kan de gevoeligheid van de balansfotodetector effectief verbeteren.
2. Bandbreedte
De bandbreedte vertegenwoordigt de signaalfrequentie waarbij de amplitude van het uitgangssignaal van de balansfotodetector met -3 dB afneemt en is gerelateerd aan de parasitaire capaciteit van de fotodiode, de grootte van de transimpedantie en het versterkingsbandbreedteproduct van de operationele versterker.
3. Common mode-afwijzingsverhouding
De common mode rejection ratio wordt gebruikt om de mate van onderdrukking van common mode signalen door gebalanceerde detectoren te meten. Commerciële producten vereisen over het algemeen een minimale common mode rejection van 25 dB.
4.NEP
Ruisequivalentvermogen: Het benodigde ingangssignaalvermogen bij een signaal-ruisverhouding van 1, wat een belangrijke parameter is voor het meten van de ruisprestaties van een systeem. De belangrijkste componenten van gebalanceerde detectorruis zijn optische verstrooiingsruis en elektrische ruis.

Toepassing van de balansfotodetector (opto-elektronische balansdetector)
De laatste jaren worden balansfotodetectoren op grote schaal gebruikt in sectoren zoals laserwindradar, lasertrillingsmeting, glasvezeldetectie, coherente detectie van zwak licht, spectrale detectie, gasdetectie, enz. Het onderzoek naar de hoge snelheid, hoge bandbreedte, lage ruis, hoge common mode-onderdrukkingsverhouding en hoge gevoeligheid van gebalanceerde detectoren heeft doorbraken opgeleverd en ontwikkelt zich in de richting van hoge integratie en laag stroomverbruik om aan verschillende toepassingsscenario's te voldoen.