Fotodetektor-Serie: Einführung in den symmetrischen Fotodetektor

Einführung inBalance-Fotodetektor(Optoelektronischer Waagendetektor)
Der symmetrische Fotodetektor lässt sich je nach Kopplungsmethode in faseroptisch und räumlich optisch gekoppelte Typen unterteilen. Intern besteht er aus zwei hochgradig angepassten Fotodioden, einem rauscharmen Transimpedanzverstärker mit hoher Bandbreite und einem extrem rauscharmen Leistungsmodul. Er zeichnet sich durch hohe Gleichtaktunterdrückung, extrem geringes Rauschen und hohe Bandbreite aus und findet breite Anwendung in der kohärenten optischen Kommunikation. In den letzten Jahren hat er sich zu einem Forschungsschwerpunkt für Unternehmen und Universitäten weltweit entwickelt.
Funktionsprinzip des Balance-Fotodetektors (Optoelektronischer Waagendetektor)
Der symmetrische Fotodetektor nutzt zwei in Sperrrichtung betriebene Fotodioden als Lichtempfänger. Beim Empfang eines Lichtsignals wird der von den beiden Fotodioden erzeugte Fotostrom subtrahiert und einem Transimpedanzverstärker zugeführt, der das Stromsignal in ein Ausgangsspannungssignal umwandelt. Durch die Verwendung einer selbstreduzierenden Struktur können Gleichtaktsignale, die durch den Licht- und Dunkelstrom des Lokaloszillators verursacht werden, effektiv unterdrückt, das Gegentaktsignal verstärkt und die Detektionsfähigkeit schwacher Lichtsignale verbessert werden.
Vorteile: Hohes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis, hohe Empfindlichkeit und hohe Detektionsbandbreite ermöglichen die Erfüllung verschiedenster Anwendungsszenarien.
Nachteile: Geringe optische Sättigungsleistung, nur für die Detektion schwachen Lichts geeignet, Integration muss verbessert werden.

Abb.: Funktionsprinzipdiagramm des Waagendetektors
Leistungsparameter des Balance-Photodetektors (optoelektronisch)Waagendetektor)
1. Reaktionsfähigkeit
Die Empfindlichkeit beschreibt die Effizienz einer Fotodiode bei der Umwandlung von Lichtsignalen in Fotostrom, also das Verhältnis von Fotostrom zu Lichtleistung. Die Wahl einer Fotodiode mit höherer Empfindlichkeit kann die Empfindlichkeit des Balance-Fotodetektors deutlich verbessern.
Die Empfindlichkeit beschreibt die Effizienz einer Fotodiode bei der Umwandlung von Lichtsignalen in Fotostrom, also das Verhältnis von Fotostrom zu Lichtleistung. Die Wahl einer Fotodiode mit höherer Empfindlichkeit kann die Empfindlichkeit des Balance-Fotodetektors deutlich verbessern.
2. Bandbreite
Die Bandbreite stellt die Signalfrequenz dar, bei der die Ausgangssignalamplitude des Balance-Photodetektors um -3 dB abfällt, und hängt mit der parasitären Kapazität der Photodiode, der Größe der Transimpedanz und dem Verstärkungs-Bandbreite-Produkt des Operationsverstärkers zusammen.
3. Gleichtaktunterdrückung
Das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis dient zur Messung des Grades der Unterdrückung von Gleichtaktsignalen durch symmetrische Detektoren, und kommerzielle Produkte erfordern im Allgemeinen eine minimale Gleichtaktunterdrückung von 25 dB.
4.NEP
Rauschäquivalente Leistung: Die Eingangsleistung, die bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von 1 erforderlich ist. Sie ist ein wichtiger Parameter zur Messung der Rauschleistung eines Systems. Die Hauptkomponenten des Rauschens eines symmetrischen Detektors sind optisches Streurauschen und elektrisches Rauschen.

Anwendung des Waagenfotodetektors (optoelektronischer Waagendetektor)
In den letzten Jahren haben sich symmetrische Fotodetektoren in Bereichen wie Laserwindradar, Laservibrationsmessung, faseroptischer Sensorik, kohärenter Schwachlichtdetektion, Spektraldetektion, Gasdetektion usw. weit verbreitet. Die Forschung zu hoher Geschwindigkeit, hoher Bandbreite, geringem Rauschen, hohem Gleichtaktunterdrückungsverhältnis und hoher Empfindlichkeit symmetrischer Detektoren hat Durchbrüche erzielt und entwickelt sich in Richtung hoher Integration und niedrigem Stromverbrauch, um verschiedenen Anwendungsszenarien gerecht zu werden.