در PhotoDetector متعادل ingaas apdیک نوع تخصصی از فوتودکتور است که از آن استفاده می کندINGAAS (ایندیوم گالیم آرسنید)ماده برایPhotodiodes بهمن (APD)، مرتب شده درپیکربندی متعادلبرای تشخیص سیگنال های نوری با حساسیت پیشرفته و سر و صدای کم . این پیکربندی از دو APD برای اندازه گیری تفاوت بین دو سیگنال نوری استفاده می کند ، از بین بردن نویز حالت مشترک (مانند نویز حرارتی ، سر و صدای منبع تغذیه یا تداخل محیطی) برای دستیابی به وفاداری سیگنال بالا.}}}}}
طراحی متعادل یک برتر را ارائه می دهدنسبت سیگنال به نویز (SNR)، آن را بسیار مناسب برایاندازه گیری نوری با دقت بالا, ارتباط فیبر نوریوتنوری کوانتومیبرنامه های کاربردی .
انواع عکسهای متعادل ingaas apd
Photodetector متعادل APD ingaas تک کانال
ساختار:شامل دو APD INGAAS است که به صورت متقارن قرار می گیرند ، با این که هر یک بخشی از سیگنال نوری ورودی را تشخیص می دهند . خروجی های این دو APD از یکدیگر جدا می شوند تا سر و صدای حالت مشترک .} از بین بروند.
اصل کار:تفاوت بین سیگنال ها از دو APD تقویت شده است ، که اجزای نویز مشترک برای هر دو سیگنال را لغو می کند ، مانند نوسانات منبع تغذیه یا تداخل نور محیط .
برنامه ها:در سیستم های ارتباطی نوری استفاده می شود ، جایی که مهم است سیگنال را از سر و صدا جدا کنید {{0}
دو کانال دو کانال INGAAS APD متعادل
ساختار:شامل دو کانال ورودی نوری جداگانه است که هر یک از آنها یک APD ingaas .}} این آشکارسازها در یک پیکربندی متعادل ترکیب می شوند که تفاوت در سیگنال های دریافت شده از هر دو کانال. را اندازه گیری می کند.
اصل کار:این دو APD به طور موازی کار می کنند ، هر کدام قسمت جداگانه ای از سیگنال نوری ورودی را تشخیص می دهند و تفاوت بین خروجی های آنها برای حذف نویز مشترک .} پردازش می شود.
برنامه ها:اغلب درارتباط چند برابریا درسیستم های نوری چند موجکه نیاز به جداسازی بالا بین کانال ها .
PhotoDetector متعادل APD INGAAS با تقویت یکپارچه
ساختار:APD ها برای تقویت سیگنال خروجی پس از تفریق نویز . با پیش از نوسانات کم نویز یکپارچه می شوند.
اصل کار:پس از تشخیص و تفریق سیگنال های نوری از هر دو APD ، سیگنال دیفرانسیل حاصل توسط تقویت کننده کم نویز یکپارچه تقویت می شود و SNR سیگنال را برای اندازه گیری های دقیق تقویت می کند {{1}
برنامه ها:اینها ایده آل برایارتباط نوری با سرعت بالاسیستم ها ، جایی که هم حساسیت بالا و هم نویز کم برای حفظ یکپارچگی داده {{0} بسیار مهم است
PhotoDetector متعادل APD INGAAS همراه با فیبر
ساختار:پیکربندی APD متعادل را با اتصالات فیبر نوری ترکیب می کند و امکان اتصال مستقیم الیاف نوری به فوتودکتور را برای سهولت ادغام در سیستم های نوری . انجام می دهد.
اصل کار:سیگنال نوری از طریق فیبر نوری به APD منتقل می شود ، که پیکربندی متعادل را از بین می برد . به حذف نویز مشترک از سیگنال کمک می کند ، و آن را برای اندازه گیری های نوری دقیق در برنامه های فیبر-نوری مناسب می کند .}}}
برنامه ها:استفاده شده درشبکه های فیبر نوریوتسنسورهای نوری توزیع شده، جایی که کاهش نویز برای دقت سیگنال {{0} مهم است
آرایه های Photodetector متعادل ingaas apd
ساختار:APD های چندگانه در یک ماتریس ترتیب داده شده اند تا آرایه ای ایجاد کنند که قابلیت تشخیص جامع تری را فراهم می کند . این آرایه ها می توانند نور را در یک منطقه بزرگتر یا طول موج های مختلف به طور همزمان تشخیص دهند.
اصل کار:هر APD در آرایه بخش خاصی از نور را تشخیص می دهد ، و سیگنال های دیفرانسیل پردازش می شوند تا سر و صدای منابع مشترک را لغو کنند {{0}
برنامه ها:استفاده شده درسیستم های تصویربرداری, تصویربرداری ابرشخصیوتلیدرسیستم ها ، که در آن پهنای باند و تشخیص طول چند موج مورد نیاز است .
اصل کار INGAAS APD Photodetectors متعادل
اصل کار یکPhotoDetector متعادل ingaas apdترکیب کردنتشخیص دیفرانسیلباضرب بهمن، استفاده از دو APD INGAAS برای دستیابی به عملکرد سیگنال به نویز بالا:
تشخیص APD دوگانه:
از دو APD INGAAS استفاده می شود ، و هر APD بخشی از سیگنال نوری ورودی را دریافت می کند ، یا از طریقمنابع نور تقسیم شدهیاالیاف نوری. این دو APD در یک پیکربندی متعادل تنظیم شده اند تا سیگنال دیفرانسیل . اندازه گیری کنند
جذب فوتون و تولید حامل:
هر APD فوتون ها را جذب می کند و تولید می کندجفت سوراخ الکترونیدر داخل ماده ingaas . این حامل ها تحت تعصب معکوس شتاب می گیرند و تولید می کننداثر بهمن، که فوتوکورنت را ضرب می کند و حساسیت را افزایش می دهد .
پردازش سیگنال دیفرانسیل:
سیگنال های دو APD هستندکماز یکدیگر به صورت دیفرانسیل . از آنجا که هر دو APD در معرض همان منبع نور یا شرایط محیطی مشابه قرار می گیرند ، سر و صدای حالت مشترک که هر دو ردیاب را به طور مساوی تحت تأثیر قرار می دهد ، لغو می شود ، فقط سیگنال دیفرانسیل که مطابق با سیگنال نوری واقعی است .}}
تقویت:
نتیجهسیگنال دیفرانسیلبه طور معمول ضعیف است ، بنابراین از آن عبور می کندتقویت کننده های کم نوسانکه در حالی که ویژگی های کم مصرف اندازه گیری. را افزایش می دهد ، قدرت سیگنال را افزایش می دهد
خروجی سیگنال:
خروجی یک سیگنال تمیز و تقویت شده است که نشان دهنده شدت نوری واقعی است ، عاری از بیشتر سر و صدای حالت مشترک ، و این امکان را برای اندازه گیری های نوری با دقت بالا . فراهم می کند
وظایفPhotoDetectors متعادل ingaas apd
لغو سر و صدا:
عملکرد اصلی پیکربندی متعادل این استسر و صدای حالت مشترک را لغو کنید، مانند نوسانات برق یا تداخل نور محیط ، با کم کردن نویز یکسان از هر دو سیگنال APD {{0}
تشخیص حساسیت بالا:
درضرب بهمنفرآیند فتوکورنت تولید شده توسط سیگنال های نوری ضعیف را تقویت می کند و باعث بهبود حساسیت آشکارساز به شرایط کم نور می شود.
تشخیص سیگنال دیفرانسیل:
این آشکارسازها با تشخیص اندازه گیری های دقیق ارائه می دهندمتمایزبین دو سیگنال نوری ، که به رد نویز و افزایش دقت سیگنال کمک می کند .
تقویت کم نویز:
آمپلی فایرهای کم نویز یکپارچه اطمینان حاصل می کنند که سیگنال های شناسایی شده هستندبا حداقل نویز تقویت شده است، حفظ SNR بالا برای اندازه گیری دقیق .
عملیات پر سرعت:
این آشکارسازها برای کار در آن طراحی شده اندسرعت زیاد، ساختن آنها برای برنامه های پاسخ سریع مانند ارتباطات با سرعت بالا یا اندازه گیری زمان پرواز.
برنامه های کاربردی عکسهای متعادل ingaas APD
ارتباط نوری با سرعت بالا:
برنامه:عکسهای متعادل Ingaas APD در آن استفاده می شودارتباط فیبر نوریسیستم ها ، به خصوص برای ارتباطات با سرعت بالا و طولانی {{2}
مثال:استفاده شده درتقسیم طول موج متراکم (DWDM)سیستم ها ، جایی که تشخیص دقیق سیگنال و حداقل نویز برای حفظ یکپارچگی داده {{0} بسیار مهم است
توزیع کلید کوانتومی (QKD):
برنامه:Photodetectors متعادل APD INGAAS برای تشخیص ضروری استتک فوتوندررمزنگاری کوانتومیسیستم .
مثال:استفاده شده درQKDسیستم هایی برای برقراری ارتباط ایمن ، جایی که تشخیص دیفرانسیل امکان اندازه گیری دقت بالا از سیگنال های کوانتومی ضعیف را فراهم می کند در حالی که نویز را رد می کند.
سیستم های LIDAR:
برنامه:این آشکارسازها درلیدر(تشخیص نور و محدوده) سیستم هایی برای اندازه گیری فاصله اشیاء با تشخیص زمان پرواز پالس های لیزر منعکس شده {{2}
مثال:دروسایل نقلیه خودمختار, هواپیمای بدون سرنشینوتروباتیک، جایی که برای نقشه برداری محیط یا جلوگیری از موانع.}}}
تصویربرداری و طیف سنجی Hyperspectral:
برنامه:استفاده شده درتصویربرداری ابرشخصیسیستم هایی برای تشخیص و تجزیه و تحلیل نور در طیف گسترده ای از طول موج {{0}
مثال:استفاده شده درسنجش از دوربرای نظارت بر محیط زیست ، یا درتجزیه و تحلیل موادبرای شناسایی ترکیب مواد بر اساس امضاهای طیفی آنها {{0}
بازتاب سنجی دامنه زمان نوری (OTDR):
برنامه:این آشکارسازها در سیستم های OTDR برای نظارت و عیب یابی استفاده می شوندشبکه های فیبر نوری، اطمینان از کیفیت سیگنال در مسافت های طولانی {{0}
مثال:در ارتباطات از راه دور و صنایع شبکه ، که در آن اندازه گیری های دقیق برای حفظ یکپارچگی اتصالات فیبر نوری . بسیار مهم است
نظارت بر قدرت لیزر:
برنامه:در سیستمهایی که نیاز به نظارت بر شدت لیزر دارند ، استفاده می شود ، از خروجی پایدار و دقیق از منبع لیزر .
مثال:استفاده شده درتولید مبتنی بر لیزرسیستم ها ، مانندبرش لیزریاجوش، برای اطمینان از قدرت پرتوی سازگار .
شمارش فوتون در تحقیقات علمی:
برنامه:عکسهای متعادل Ingaas APD در آن استفاده می شودبرنامه های شمارش فوتونجایی که فوتون های فردی باید شناسایی شوند .
مثال:استفاده شده درتصویربرداری از طول عمر فلورسانسو دیگریردیابی تک فوتونیبرنامه ها ، که در آن تشخیص سیگنال های نوری ضعیف بسیار مهم است {{0}
تصویربرداری زیست پزشکی (OCT):
برنامه:درتوموگرافی انسجام نوری (OCT)، APD های متعادل ، تشخیص دقیق نور را برای تولید تصاویر با وضوح بالا از بافت های بیولوژیکی . فراهم می کنند
مثال:درچشم شناسی، جایی که OCT برای تشخیص بیماری هایی مانند دژنراسیون ماکولا و گلوکوم {{0} استفاده می شود
مزایایPhotoDetectors متعادل ingaas apd
رد نویز برتر:پیکربندی متعادل به طور موثری سر و صدای حالت مشترک را لغو می کند ، به طور قابل توجهی کیفیت سیگنال. را بهبود می بخشد
حساسیت بالا:فرآیند ضرب بهمن سیگنال های ضعیف را تقویت می کند ، و امکان تشخیص سیگنال های نوری ضعیف .
دامنه طول موج گسترده:این آشکارسازها درنیر و سویرمناطق (800 نانومتر تا 2 . 6 میکرومتر) ، و آنها را برای بسیاری از برنامه های نوری مختلف مناسب می کند.
ادغام جمع و جور و آسان:این آشکارسازها در بسته های جمع و جور موجود هستند و به راحتی می توانند در سیستم های مختلف نوری ، به ویژه در شبکه های فیبر نوری. ادغام شوند.
عملکرد پر سرعت:عکسهای متعادل INGAAS APD عملکردی با سرعت بالا ارائه می دهند ، برای برنامه های با فرکانس بالا ضروری است {{2}
چالش
پیچیدگی:فوتودکتورهای متعادل پیچیده تر از آشکارسازهای تک عنصر هستند ، نیاز به تفریق سیگنال دقیق و تقویت مدارهای تقویت کننده {{1}
هزینه:با توجه به طراحی پیشرفته و تقویت یکپارچه ، APD های متعادل تمایل به گران تر از فوتودکتورهای سنتی {{0}
حساسیت دما:مانند همه APD ها ، APD های متعادل Ingaas به نوسانات دما حساس هستند و نیاز دارندتثبیت دمایا خنک کننده برای عملکرد بهینه .