Série Fotodetectores: Introdução ao Fotodetector de Equilíbrio

Introdução aFotodetector de equilíbrio(Detector de equilíbrio optoeletrônico)
O fotodetector balanceado pode ser dividido em dois tipos, de acordo com o método de acoplamento óptico: acoplamento por fibra óptica e acoplamento óptico espacial. Internamente, ele consiste em dois fotodiodos altamente casados, um módulo de circuito amplificador de transimpedância de baixo ruído e alta largura de banda e um módulo de potência de ruído ultrabaixo. Possui características como alta taxa de rejeição de modo comum, ruído ultrabaixo e alta largura de banda, sendo amplamente utilizado na área de comunicação óptica coerente. Nos últimos anos, tornou-se um tema de pesquisa de grande interesse para empresas e universidades em diversos países.
Princípio de funcionamento do fotodetector de equilíbrio (Detector de equilíbrio optoeletrônico)
O fotodetector balanceado utiliza dois fotodiodos polarizados reversamente como unidade receptora de luz. Ao receber um sinal luminoso, a fotocorrente gerada pelos dois fotodiodos é subtraída e acoplada a um amplificador de transimpedância para converter o sinal de corrente em um sinal de tensão para saída. O uso de uma estrutura auto-redutora pode suprimir eficazmente o sinal de modo comum introduzido pela luz do oscilador local e pela corrente escura, aumentar o sinal de modo diferencial e, em certa medida, melhorar a capacidade de detecção de sinais luminosos fracos.
Vantagens: Alta taxa de rejeição de modo comum, alta sensibilidade e alta largura de banda de detecção atendem a diversos cenários de aplicação.
Desvantagens: Baixa potência óptica de saturação, adequada apenas para detecção de luz fraca, a integração precisa ser aprimorada.

FIGURA: Diagrama do princípio de funcionamento do detector de equilíbrio
Parâmetros de desempenho do fotodetector de equilíbrio (optoeletrônico)Detector de equilíbrio)
1. Capacidade de resposta
A responsividade refere-se à eficiência de um fotodiodo em converter sinais de luz em fotocorrente, que é a razão entre a fotocorrente e a potência da luz. Escolher um fotodiodo com maior responsividade pode melhorar efetivamente a sensibilidade do fotodetector balanceado.
A responsividade refere-se à eficiência de um fotodiodo em converter sinais de luz em fotocorrente, que é a razão entre a fotocorrente e a potência da luz. Escolher um fotodiodo com maior responsividade pode melhorar efetivamente a sensibilidade do fotodetector balanceado.
2. Largura de banda
A largura de banda representa a frequência do sinal na qual a amplitude do sinal de saída do fotodetector balanceado decai em -3dB e está relacionada à capacitância parasita do fotodiodo, ao valor da transimpedância e ao produto ganho-largura de banda do amplificador operacional.
3. Taxa de rejeição de modo comum
A taxa de rejeição de modo comum é usada para medir o grau de supressão de sinais de modo comum por detectores balanceados, e os produtos comerciais geralmente exigem uma rejeição mínima de modo comum de 25 dB.
4.NEP
Potência Equivalente de Ruído: A potência do sinal de entrada necessária para uma relação sinal-ruído de 1, sendo um parâmetro importante para medir o desempenho de ruído de um sistema. Os principais componentes do ruído de detectores balanceados são o ruído de dispersão óptica e o ruído elétrico.

Aplicação do fotodetector de balança (detector optoeletrônico de balança)
Nos últimos anos, os fotodetectores balanceados têm sido amplamente utilizados em áreas como radar de vento a laser, medição de vibração a laser, sensoriamento por fibra óptica, detecção coerente de luz fraca, detecção espectral, detecção de gases, etc. A pesquisa sobre a alta velocidade, alta largura de banda, baixo ruído, alta taxa de rejeição de modo comum e alta sensibilidade dos detectores balanceados tem alcançado avanços significativos e está se desenvolvendo em direção à alta integração e baixo consumo de energia para atender a diferentes cenários de aplicação.