Fotodetektor-Serie: Einführung in den Balance-Fotodetektor

Einführung inBalance-Fotodetektor(Optoelektronischer Gleichgewichtsdetektor)
Balance-Fotodetektoren lassen sich je nach optischer Kopplungsmethode in Glasfaser- und räumliche optische Kopplungstypen unterteilen. Sie bestehen im Inneren aus zwei hochgradig aufeinander abgestimmten Fotodioden, einem rauscharmen Transimpedanzverstärker-Schaltkreismodul mit hoher Bandbreite und einem extrem rauscharmen Leistungsmodul. Sie zeichnen sich durch eine hohe Gleichtaktunterdrückung, extrem geringes Rauschen und eine hohe Bandbreite aus und finden breite Anwendung im Bereich der kohärenten optischen Kommunikation. In den letzten Jahren haben sie sich zu einem Forschungsschwerpunkt für Unternehmen und Universitäten in verschiedenen Ländern entwickelt.
Funktionsprinzip des Balance-Fotodetektors (Optoelektronischer Gleichgewichtsdetektor)
Der Balance-Fotodetektor verwendet zwei in Sperrrichtung vorgespannte Fotodioden als Lichtempfänger. Beim Empfang eines Lichtsignals wird der von den beiden Fotodioden erzeugte Fotostrom subtrahiert und an einen Transimpedanzverstärker gekoppelt, um das Stromsignal in ein Ausgangsspannungssignal umzuwandeln. Die selbstreduzierende Struktur kann das durch den Licht- und Dunkelstrom des Lokaloszillators erzeugte Gleichtaktsignal effektiv unterdrücken, das Gegentaktsignal verstärken und die Detektion schwacher Lichtsignale teilweise verbessern.
Vorteile: Hohe Gleichtaktunterdrückung, hohe Empfindlichkeit und hohe Erkennungsbandbreite können verschiedenen Anwendungsszenarien gerecht werden.
Nachteile: Geringe optische Sättigungsleistung, nur für die Erkennung schwachen Lichts geeignet, Integration muss verbessert werden.

Abb.: Funktionsprinzipdiagramm des Saldodetektors
Leistungsparameter des Balance-Fotodetektors (OptoelektronischSaldodetektor)
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 effektiv 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 effektiv verbessern.
2. Bandbreite
Die Bandbreite stellt die Signalfrequenz dar, bei der die Amplitude des Ausgangssignals des Balance-Fotodetektors um -3 dB abfällt, und hängt mit der parasitären Kapazität der Fotodiode, der Größe der Transimpedanz und dem Verstärkungsbandbreitenprodukt des Operationsverstärkers zusammen.
3. Gleichtaktunterdrückungsverhältnis
Das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis wird verwendet, um den Grad der Unterdrückung von Gleichtaktsignalen durch symmetrische Detektoren zu messen, und kommerzielle Produkte erfordern im Allgemeinen eine Gleichtaktunterdrückung von mindestens 25 dB.
4.NEP
Rauschäquivalente Leistung: Die erforderliche Eingangssignalleistung bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von 1, einem wichtigen Parameter zur Messung des Rauschverhaltens eines Systems. Die Hauptkomponenten des symmetrischen Detektorrauschens sind optisches Streurauschen und elektrisches Rauschen.

Anwendung des Balance-Fotodetektors (optoelektronischer Balance-Detektor)
In den letzten Jahren wurden Balance-Fotodetektoren häufig in Bereichen wie Laser-Windradar, Laser-Vibrationsmessung, Glasfasersensorik, kohärente Schwachlichtdetektion, Spektraldetektion, Gasdetektion usw. eingesetzt. Die Forschung im Hinblick auf hohe Geschwindigkeit, hohe Bandbreite, geringes Rauschen, hohe Gleichtaktunterdrückung und hohe Empfindlichkeit von Balance-Detektoren hat Durchbrüche gebracht und entwickelt sich in Richtung hoher Integration und niedrigem Stromverbrauch, um verschiedenen Anwendungsszenarien gerecht zu werden.