Introduzione aFotorivelatore di bilanciamento(Rilevatore optoelettronico di equilibrio)
Il fotorivelatore bilanciato può essere suddiviso in due tipologie: ad accoppiamento ottico e ad accoppiamento ottico spaziale. Internamente, è costituito da due fotodiodi altamente accoppiati, un modulo circuito amplificatore a transimpedenza a basso rumore e ampia larghezza di banda e un modulo di potenza a bassissimo rumore. Presenta caratteristiche quali elevato rapporto di reiezione di modo comune, rumore ultra-basso e ampia larghezza di banda, ed è ampiamente utilizzato nel campo delle comunicazioni ottiche coerenti. Negli ultimi anni è diventato un argomento di ricerca di grande interesse per aziende e università di diversi paesi.
Principio di funzionamento del fotorivelatore a bilancia (Rivelatore optoelettronico di equilibrio)
Il fotorivelatore a bilanciamento utilizza due fotodiodi in polarizzazione inversa come unità di ricezione della luce. Quando riceve un segnale luminoso, la fotocorrente generata dai due fotodiodi viene sottratta e accoppiata a un amplificatore di transimpedenza per convertire il segnale di corrente in un segnale di tensione per l'uscita. L'utilizzo di una struttura auto-riducente può sopprimere efficacemente il segnale di modo comune introdotto dalla luce dell'oscillatore locale e dalla corrente di buio, aumentare il segnale di modo differenziale e, in una certa misura, migliorare la capacità di rilevamento di segnali luminosi deboli.
Vantaggi: L'elevato rapporto di reiezione di modo comune, l'alta sensibilità e l'ampia larghezza di banda di rilevamento consentono di soddisfare diverse esigenze applicative.
Svantaggi: bassa potenza ottica di saturazione, adatta solo al rilevamento di luce debole, l'integrazione necessita di miglioramenti.
FIG: Schema del principio di funzionamento del rilevatore di bilancia
Parametri di prestazione del fotorivelatore di bilanciamento (optoelettronico)Rilevatore di equilibrio)
1. Reattività
La responsività si riferisce all'efficienza di un fotodiodo nel convertire i segnali luminosi in fotocorrente, ovvero al rapporto tra fotocorrente e potenza luminosa. La scelta di un fotodiodo con una responsività più elevata può migliorare efficacemente la sensibilità del fotorivelatore della bilancia.
La responsività si riferisce all'efficienza di un fotodiodo nel convertire i segnali luminosi in fotocorrente, ovvero al rapporto tra fotocorrente e potenza luminosa. La scelta di un fotodiodo con una responsività più elevata può migliorare efficacemente la sensibilità del fotorivelatore della bilancia.
2. Larghezza di banda
La larghezza di banda rappresenta la frequenza del segnale alla quale l'ampiezza del segnale di uscita del fotorivelatore di bilanciamento decade di -3 dB ed è correlata alla capacità parassita del fotodiodo, all'entità della transimpedenza e al prodotto guadagno-larghezza di banda dell'amplificatore operazionale.
3. Rapporto di reiezione di modo comune
Il rapporto di reiezione di modo comune viene utilizzato per misurare il grado di soppressione dei segnali di modo comune da parte dei rivelatori bilanciati e i prodotti commerciali generalmente richiedono un rapporto di reiezione di modo comune minimo di 25 dB.
4. NEP
Potenza equivalente di rumore: la potenza del segnale di ingresso richiesta con un rapporto segnale/rumore pari a 1, un parametro importante per misurare le prestazioni di rumore di un sistema. Le componenti principali del rumore bilanciato del rivelatore sono il rumore di diffusione ottica e il rumore elettrico.
Applicazione del fotorivelatore di bilancia (rivelatore optoelettronico di bilancia)
Negli ultimi anni, i fotorivelatori bilanciati sono stati ampiamente utilizzati in campi quali radar laser per la misurazione del vento, misurazione delle vibrazioni laser, rilevamento a fibra ottica, rilevamento coerente di luce debole, rilevamento spettrale, rilevamento di gas, ecc. La ricerca su alta velocità, ampia larghezza di banda, basso rumore, elevato rapporto di reiezione di modo comune e alta sensibilità dei rivelatori bilanciati ha compiuto progressi significativi e si sta evolvendo verso un'elevata integrazione e un basso consumo energetico per soddisfare diversi scenari applicativi.
Data di pubblicazione: 6 febbraio 2025