مجموعه آشکارساز نوری: مقدمه‌ای بر آشکارساز نوری تعادلی

مقدمه‌ای برآشکارساز نوری تعادل(تشخیص‌دهنده تعادل اپتوالکترونیکی)
آشکارساز نوری بالانس را می‌توان بر اساس روش کوپلینگ نوری به نوع کوپلینگ فیبر نوری و نوع کوپلینگ نوری فضایی تقسیم کرد. در داخل، از دو فوتودیود بسیار منطبق، یک ماژول مدار تقویت‌کننده امپدانس انتقالی با نویز کم و پهنای باند بالا و یک ماژول توان با نویز بسیار کم تشکیل شده است. این آشکارساز دارای ویژگی‌های نسبت رد حالت مشترک بالا، نویز بسیار کم و پهنای باند بالا است و به طور گسترده در زمینه ارتباطات نوری منسجم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سال‌های اخیر به یک کانون تحقیقاتی برای شرکت‌ها و دانشگاه‌ها در کشورهای مختلف تبدیل شده است.
اصول کار آشکارساز نوری تعادلی (آشکارساز تعادل اپتوالکترونیکی)
آشکارساز نوری بالانس از دو فتودیود در حالت بایاس معکوس به عنوان واحد دریافت نور استفاده می‌کند. هنگام دریافت سیگنال نور، جریان نوری تولید شده توسط دو فتودیود کم شده و به یک تقویت‌کننده امپدانس انتقالی متصل می‌شود تا سیگنال جریان را به یک سیگنال ولتاژ برای خروجی تبدیل کند. استفاده از ساختار خود کاهنده می‌تواند به طور موثری سیگنال حالت مشترک ایجاد شده توسط نور نوسانگر محلی و جریان تاریکی را سرکوب کند، سیگنال حالت تفاضلی را افزایش دهد و تا حدودی توانایی تشخیص سیگنال‌های نور ضعیف را بهبود بخشد.
مزایا: نسبت رد حالت مشترک بالا، حساسیت بالا و پهنای باند تشخیص بالا که می‌تواند سناریوهای کاربردی مختلفی را برآورده کند.
معایب: توان نوری اشباع پایین، فقط مناسب برای تشخیص نور ضعیف، یکپارچه‌سازی نیاز به بهبود دارد.

شکل: نمودار اصل کار آشکارساز تعادل
پارامترهای عملکرد آشکارساز نوری تعادل (اپتوالکترونیکی)آشکارساز تعادل)
۱. پاسخگویی
پاسخگویی به کارایی یک فتودیود در تبدیل سیگنال‌های نوری به جریان نوری اشاره دارد که نسبت جریان نوری به توان نور است. انتخاب یک فتودیود با پاسخگویی بالاتر می‌تواند به طور موثری حساسیت آشکارساز نوری بالانس را بهبود بخشد.
پاسخگویی به کارایی یک فتودیود در تبدیل سیگنال‌های نوری به جریان نوری اشاره دارد که نسبت جریان نوری به توان نور است. انتخاب یک فتودیود با پاسخگویی بالاتر می‌تواند به طور موثری حساسیت آشکارساز نوری بالانس را بهبود بخشد.
۲. پهنای باند
پهنای باند، فرکانس سیگنالی را نشان می‌دهد که در آن دامنه سیگنال خروجی آشکارساز نوری بالانس به اندازه -3dB کاهش می‌یابد و به ظرفیت پارازیتی فوتودیود، اندازه امپدانس انتقالی و حاصلضرب پهنای باند بهره تقویت‌کننده عملیاتی مربوط می‌شود.
۳. نسبت رد حالت مشترک
نسبت حذف حالت مشترک برای اندازه‌گیری میزان سرکوب سیگنال‌های حالت مشترک توسط آشکارسازهای متعادل استفاده می‌شود و محصولات تجاری معمولاً به حداقل حذف حالت مشترک ۲۵ دسی‌بل نیاز دارند.
۴.نپ
توان معادل نویز: توان سیگنال ورودی مورد نیاز در نسبت سیگنال به نویز ۱، که پارامتر مهمی برای اندازه‌گیری عملکرد نویز یک سیستم است. اجزای اصلی نویز آشکارساز متعادل، نویز پراکندگی نوری و نویز الکتریکی هستند.

کاربرد آشکارساز نوری تعادل (آشکارساز تعادل اپتوالکترونیکی)
در سال‌های اخیر، آشکارساز نوری بالانس (Balance Photodetector) به طور گسترده در زمینه‌هایی مانند رادار باد لیزری، اندازه‌گیری ارتعاش لیزری، حسگر فیبر نوری، تشخیص همدوس نور ضعیف، تشخیص طیفی، تشخیص گاز و غیره مورد استفاده قرار گرفته است. تحقیقات در مورد سرعت بالا، پهنای باند بالا، نویز کم، نسبت رد حالت مشترک بالا و حساسیت بالای آشکارسازهای بالانس، پیشرفت‌هایی را به همراه داشته و در حال توسعه به سمت یکپارچه‌سازی بالا و مصرف توان پایین برای برآورده کردن سناریوهای کاربردی مختلف است.