סדרת גלאי פוטו: מבוא לגלאי פוטו איזון

מבוא לגלאי פוטו איזון(גלאי איזון אופטואלקטרוני)
ניתן לחלק את גלאי הפוטו-אופטיקה המאוזן לסוג צימוד סיבים אופטיים וסוג צימוד אופטי מרחבי בהתאם לשיטת הצימוד האופטית. באופן פנימי, הוא מורכב משתי פוטודיודות תואמות מאוד, מודול מעגל מגבר טרנס-אימפדנס בעל רעש נמוך ורוחב פס גבוה, ומודול הספק בעל רעש נמוך במיוחד. יש לו מאפיינים של יחס דחיית מצב משותף גבוה, רעש נמוך במיוחד ורוחב פס גבוה, והוא נמצא בשימוש נרחב בתחום התקשורת האופטית הקוהרנטית. בשנים האחרונות הוא הפך למוקד מחקר עבור ארגונים ואוניברסיטאות במדינות שונות.
עקרון העבודה של גלאי פוטו איזון (גלאי איזון אופטואלקטרוני)
גלאי הפוטו-דיודה המאוזן משתמש בשתי פוטודיודות במצב הטיה הפוכה כיחידת קליטת האור. בעת קליטת אות אור, הזרם הפוטואלקטרי שנוצר על ידי שתי הפוטודיודות מופחת ומחובר למגבר טרנס-אימפדנס כדי להמיר את אות הזרם לאות מתח לפלט. השימוש במבנה מצמצם עצמי יכול לדכא ביעילות את אות המצב המשותף המופק על ידי זרם אור וזרם חושך של מתנד מקומי, להגביר את אות המצב הדיפרנציאלי, ובמידה מסוימת לשפר את יכולת הזיהוי של אותות אור חלשים.
יתרונות: יחס דחייה גבוה של מצב משותף, רגישות גבוהה ורוחב פס גילוי גבוה יכולים לענות על תרחישי יישומים שונים.
חסרונות: הספק אופטי רווי נמוך, מתאים רק לגילוי אור חלש, יש לשפר את האינטגרציה.

איור: תרשים עקרון פעולה של גלאי איזון
פרמטרי ביצועים של גלאי פוטואלקטרי איזון (אופטואלקטרוני)גלאי איזון)
1. רספונסיביות
רגישות מתייחסת ליעילות של פוטודיודה בהמרת אותות אור לזרם פוטואלקטרי, שהוא היחס בין הזרם הפוטואלקטרי להספק האור. בחירת פוטודיודה עם רגישות גבוהה יותר יכולה לשפר ביעילות את הרגישות של גלאי הפוטואלקטרי המאוזן.
רגישות מתייחסת ליעילות של פוטודיודה בהמרת אותות אור לזרם פוטואלקטרי, שהוא היחס בין הזרם הפוטואלקטרי להספק האור. בחירת פוטודיודה עם רגישות גבוהה יותר יכולה לשפר ביעילות את הרגישות של גלאי הפוטואלקטרי המאוזן.
2. רוחב פס
רוחב הפס מייצג את תדר האות שבו משרעת אות המוצא של גלאי הפוטו-איזון דועכת ב-3dB-, והוא קשור לקיבול הטפילי של הפוטודיודה, לגודל הטרנס-אימפדנס ולמכפלת רוחב הפס של ההגבר של המגבר המבצעי.
3. יחס דחיית מצב משותף
יחס דחיית מצב משותף משמש למדידת מידת הדיכוי של אותות מצב משותף על ידי גלאים מאוזנים, ומוצרים מסחריים דורשים בדרך כלל דחיית מצב משותף מינימלית של 25dB.
4.NEP
הספק שווה ערך לרעש: הספק אות הקלט הנדרש ביחס אות לרעש של 1, שהוא פרמטר חשוב למדידת ביצועי הרעש של מערכת. המרכיבים העיקריים של רעש גלאי מאוזן הם רעש פיזור אופטי ורעש חשמלי.

יישום של גלאי איזון פוטואלקטרוני (גלאי איזון אופטואלקטרוני)
בשנים האחרונות, גלאי פוטו-גלאי מאוזנים נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו מכ"ם רוח בלייזר, מדידת רעידות בלייזר, חישת סיבים אופטיים, גילוי קוהרנטי של אור חלש, גילוי ספקטרלי, גילוי גז ועוד. המחקר על גלאים מאוזנים במהירות גבוהה, רוחב פס גבוה, רעש נמוך, יחס דחיית מצב משותף גבוה ורגישות גבוהה עשה פריצות דרך ומתפתח לקראת אינטגרציה גבוהה וצריכת חשמל נמוכה כדי לענות על תרחישי יישומים שונים.