Serie de fotodetectores: Introducción al fotodetector de equilibrio

Introducción aFotodetector de balanza(Detector de balanza optoelectrónica)
El fotodetector balanceado se puede clasificar según el método de acoplamiento óptico en dos tipos: de acoplamiento por fibra óptica y de acoplamiento óptico espacial. Internamente, consta de dos fotodiodos altamente emparejados, un módulo de circuito amplificador de transimpedancia de bajo ruido y gran ancho de banda, y un módulo de potencia de ruido ultrabajo. Se caracteriza por una alta relación de rechazo de modo común, ruido ultrabajo y gran ancho de banda, y se utiliza ampliamente en el campo de la comunicación óptica coherente. En los últimos años, se ha convertido en un tema de investigación prioritario para empresas y universidades de diversos países.
Principio de funcionamiento del fotodetector de balanza (Detector de balanza optoelectrónico)
El fotodetector de equilibrio utiliza dos fotodiodos en polarización inversa como unidad receptora de luz. Al recibir una señal luminosa, la fotocorriente generada por ambos fotodiodos se resta y se acopla a un amplificador de transimpedancia para convertirla en una señal de voltaje de salida. El uso de una estructura de auto-reducción permite suprimir eficazmente la señal de modo común introducida por la luz del oscilador local y la corriente oscura, aumentar la señal de modo diferencial y, en cierta medida, mejorar la capacidad de detección de señales luminosas débiles.
Ventajas: Su alta relación de rechazo en modo común, su alta sensibilidad y su amplio ancho de banda de detección permiten satisfacer diversos escenarios de aplicación.
Desventajas: Baja potencia óptica de saturación, solo apto para la detección de luz débil, la integración necesita mejorarse.

FIG: Diagrama del principio de funcionamiento del detector de equilibrio
Parámetros de rendimiento del fotodetector de equilibrio (optoelectrónico)Detector de equilibrio)
1. Capacidad de respuesta
La capacidad de respuesta se refiere a la eficiencia de un fotodiodo para convertir señales luminosas en fotocorriente, que es la relación entre la fotocorriente y la potencia de la luz. Elegir un fotodiodo con mayor capacidad de respuesta puede mejorar eficazmente la sensibilidad del fotodetector balanceado.
La capacidad de respuesta se refiere a la eficiencia de un fotodiodo para convertir señales luminosas en fotocorriente, que es la relación entre la fotocorriente y la potencia de la luz. Elegir un fotodiodo con mayor capacidad de respuesta puede mejorar eficazmente la sensibilidad del fotodetector balanceado.
2. Ancho de banda
El ancho de banda representa la frecuencia de la señal a la que la amplitud de la señal de salida del fotodetector balanceado disminuye en -3 dB, y está relacionado con la capacitancia parásita del fotodiodo, el tamaño de la transimpedancia y el producto ganancia-ancho de banda del amplificador operacional.
3. Relación de rechazo en modo común
La relación de rechazo en modo común se utiliza para medir el grado de supresión de las señales en modo común por parte de los detectores balanceados, y los productos comerciales generalmente requieren un rechazo mínimo en modo común de 25 dB.
4.NEP
Potencia equivalente de ruido: La potencia de la señal de entrada requerida para una relación señal/ruido de 1, un parámetro importante para medir el rendimiento de ruido de un sistema. Los principales componentes del ruido de un detector balanceado son el ruido de dispersión óptica y el ruido eléctrico.

Aplicación del fotodetector de balanza (detector de balanza optoelectrónico)
En los últimos años, los fotodetectores balanceados se han utilizado ampliamente en campos como el radar láser de viento, la medición láser de vibraciones, la detección por fibra óptica, la detección coherente de luz débil, la detección espectral, la detección de gases, etc. La investigación sobre la alta velocidad, el gran ancho de banda, el bajo ruido, la alta relación de rechazo de modo común y la alta sensibilidad de los detectores balanceados ha logrado avances significativos y se está desarrollando hacia una alta integración y un bajo consumo de energía para satisfacer diferentes escenarios de aplicación.