平衡光电探测器

  • 参数规格
  • 技术说明
产品说明
  • 高增益、高灵敏度、高带宽、低噪声、高共模抑制比
  • 内置低噪隔离电源
  • 结构紧凑

     LBTEK平衡光电探测模块集成了两个匹配的高线性度模拟PIN探测器和低噪声宽带跨阻放大器,具有高增益、高灵敏度、高带宽、低噪声、共模抑制比高等特点,可以有效地减少输入光的共模噪声,提高系统的信噪比。模块输入光接口分为FC/APC光纤接口和自由空间两种,电信号由SMA端口输出,主要应用于纳秒级光脉冲检测、激光雷达、光纤相干层析成像及光纤传感系统等领域。 LBTEK提供工作波长400 nm-1100 nm的Si平衡光电探测器和工作波长800 nm-1700 nm的InGaAs平衡光电探测器,这些平衡光电探测器通过两个光学输入信号相减消除共模噪声,共模抑制比>25dB。

示意图

光电探测器性能参数

一、灵敏度

1. 积分灵敏度R(响应度)

       灵敏度也常称作响应度,是光电探测器光电转换特性,光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。光电流\( i \) (或光电压\( u \) )和入射光功率\( P \) 之间的关系\( i=f(P) \) ,称为探测器的光电特性。积分电流灵敏度\( R_i \) 和积分电压灵敏度\( R_u \) 如式(1)所示,式中光功率\( P \) 指分布在某一光谱范围内的总功率。

\( R_i=\frac{di}{dP}=\frac{i}{P} \left (线性区域\right ) \left (A/W \right ) \)

\( \\ R_u=\frac{du}{dP}=\frac{u}{P}(线性区域) \left (A/W \right ) \tag{1} \)

2. 光谱灵敏度\( R_\lambda \)

    光功率谱密度\( \ P_\lambda \ \) 由于光电探测器的光谱选择性,在其它条件下不变的情况下,光电流将是光波长的函数,记为\( i _\lambda \ \) ,于是光谱灵敏度\( R_\lambda \) 定义为

\( R_\lambda=\frac{{di}_\lambda}{dP_\lambda} \tag{2} \)

\( R_\lambda \) 是常数时,相应探测器称为无选择性探测器(如光热探测器),光子探测器则是选择性探测器。式(2)的定义很难测量,通常给出的是相对光谱灵敏度\( S_\lambda \) 定义为

\( S_\lambda=\frac{R_\lambda}{R_{\lambda m}} \tag{3} \)

式(2)中,\( R_{\lambda m} \) 是指\( R_{\lambda } \) 的最大值,\( S_\lambda \) 为无量纲百分数,\( S_\lambda \) 随λ变化的曲线称为光谱灵敏度曲线。

3. 频率灵敏度\( R_f \)

       如果入射光是调制的,其他条件不变的情况下,光电流\( i_f \) 随调制频率\( f \) 的升高而下降,这时的灵敏度称为频率灵敏度\( S_f \) ,表示为

\( R_f=\frac{i_f}{P}\tag{4} \)

\( i_f=\frac{i(f=0)}{\sqrt{1+{(2\pi f\tau)}^2}}\tag{5} \)

式(5)中,\( \tau \) 为探测器的响应时间或时间常数,由材料、结构和外电路决定,将式(5)带入式(4)得:

\( R_f=\frac{R_0}{\sqrt{1+{(2\pi f\tau)}^2}} \tag{6} \)

式(6)体现了光电探测器的频率特性,\( R_f \) \( f \) 的升高而下降的速度与\( \tau \) 的大小有关。一般情况下\( R_f \) 下降到\( R_0/\sqrt 2 \) 时的频率\( f _c \) 称为探测器的截止响应频率或响应频率,当\( f < f _c \) 时,认为光电流能线性再现光功率变化。

\( f_c=\frac{1}{2\pi\tau} \tag {7} \)

二、量子效率\( \eta \)

       量子效率是指每个入射光子释放的平均电子数,它与入射光子能量有关。对于内光电效应,量子效率还与材料内电子的扩散长度有关。对于外光电效应与材料表面逸出功有关,其表达式为

\( \eta=\frac{I_c/e}{P/h\nu}\tag {8} \)

式(8)中,\( P \) 是入射到探测器上的光功率,\( I_c \) 是入射光产生的平均光电流大小,\( P/hv \) 是单位时间内入射的光子平均数,\( I_c /e \) 是单位时间产生的光电子平均数,\( e \) 是电子电荷。

将量子效率和灵敏度联系起来,可得:

\( \eta=\frac{h\nu}{e}R_i\tag {9} \)

\( \eta_\lambda=\frac{hc}{e\lambda}R_{i\lambda} \tag {10} \)

三、通量阈(Pth)和噪声等效功率(NEP)

       从灵敏度R的定义式(1)可见,如果\( P=0 \) 应有\( i=0 \) 。实际情况是,当\( P=0 \) 时,光电探测器的输出电流并不为0。这个电流称为暗电流或噪声电流,记为\( i_n=(\overline{i_n^2})^{1/2} \) ,它是瞬时噪声电流的有效值。显然,这时灵敏度\( R \) 已失去意义,我们必须定义一个新参量来描述光电探测器的这种特性。

       通常光功率\( P_s \) \( P_b \) 分别为信号和背景光功率,即使\( P_s \) \( P_b \) 都为0,也会有噪声输出,噪声的存在限制了探测微弱信号的能力。通常认为,如果信号光功率产生的信号光电流\( i _s \) 等于噪声电流\( i _n \) ,那么认为刚刚能探测到光信号存在。依照这一判据,定义探测器的通量阈\( P_{th } \)

\( P_{th}=\frac{i_n}{R_i}\ (W) \tag {11} \)

       同一个问题,还有另一种更通用的表述方法,这就是噪声等效功率NEP。它定义为单位信噪比时的信号光功率。信噪比SNR定义为

\( SNR=\frac{i_s}{i_n}\ (电流信噪比) \)

\( SNR=\frac{u_s}{u_n}\ (电压信噪比) \tag {12} \)

由式(11)和式(12)可得,

\( NEP=P_{th}=P_s\mid _{{SNR}_i=1 }= P_s\mid _{{SNR}_u=1 }\left ( W\right ) \tag {13} \)

所以,通量阈或者噪声等效功率越小表面探测器探测微弱信号的能力越强。

四、归一化探测度(D*)

       NEP越小,探测器探测能力越高,这不符合人们“越大越好”的习惯,于是取NEP的倒数并定义为探测度\( D \) ,即

\( D=\frac{1}{NEP}\ (W^{-1}) \tag {14} \)

       实际使用中,经常需要在同类型的不同探测器之间进行比较,发现“\( D \) 值大的探测器其探测力一定好”的结论并不充分。究其原因,主要是因为探测器光敏面积\( A \) 和测量带宽\( \Delta f \) \( D \) 值有很大影响。一方面,探测器的噪声功率\( N \propto \Delta f \) ,所以\( i_n \propto \Delta f ^{1/2} \) ,于是由\( D \) 的定义知\( D \propto \Delta f ^{-1/2} \) 另一方面,探测器的噪声功率\( N \propto A \) ,所以\( i_n \propto A ^{1/2} \) ,于是\( D \propto A ^{-1/2} \) 。为了消除这一影响,提出了归一化探测度\( D^* \)

\( D^\ast=D\sqrt {A∙\Delta f }(cm∙Hz^{\frac{1}{2}}/W) \tag {15} \)

这时就可以说,\( D^* \) 大的探测器其探测能力一定好。考虑到光谱的响应特性,一般给出\( D^* \) 值时注明响应波长\( \lambda \) 、光辐射调制频率\( f \) 、及测量带宽\( \Delta f \) ,即\( D^*{\left ( \lambda ,f,\Delta f \right )} \)

五、共模抑制比(CMRR)

       共模抑制比CMRR是平衡光电探测器的一个重要参数,其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数\( Aud \) 与对共模信号的电压放大倍数\( Auc \) 之比,可以表征探测器放大差模信号且抑制共模信号的能力。

\( CMRR=20\lg|\frac{Aud}{Auc}|\left (dB \right ) \tag {16} \)

六、其他参数

       光电探测器还有其他一些特性参数,在使用时必须注意,例如光敏面积,探测器电阻,电容等。特别是极限工作条件通常规定了工作电压、电流、温度以及光照功率允许范围,正常使用时都不允许超过这些指标,否则会影响探测器的正常工作,甚至使探测器损坏。

 

Si固定增益平衡光电探测器
  • 工作波长:400 nm-1100 nm
  • FC/APC光纤输入和自由空间输入可选
  • 共模抑制比>25 dB

LBTEK Si固定增益平衡光电探测器工作波长范围为400 nm-1100 nm,分为FC/APC光纤输入和自由空间光输入两种,有100 MHz、200 MHz、350 MHz、500 MHz、1 GHz五种带宽可选。

输入与输出接口
产品型号 工作波长 带宽 输入方式 对比 单价 发货日期 购物车
PDB-100M-AB 400 nm-1100 nm 100 MHz FC/APC
¥8000 3周
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PDBS-100M-AB 400 nm-1100 nm 100 MHz 自由空间
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PDB-200M-AB 400 nm-1100 nm 200 MHz FC/APC
¥8310 3周
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PDBS-200M-AB 400 nm-1100 nm 200 MHz 自由空间
¥8310 3周
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PDB-350M-AB 400 nm-1100 nm 350 MHz FC/APC
¥8770 3周
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PDBS-350M-AB 400 nm-1100 nm 350 MHz 自由空间
¥8770 3周
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PDB-500M-AB 400 nm-1100 nm 500 MHz FC/APC
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PDBS-500M-AB 400 nm-1100 nm 500 MHz 自由空间
¥10470 3周
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PDB-1G-AB 400 nm-1100 nm 1 GHz FC/APC
¥11080 3周
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PDBS-1G-AB 400 nm-1100 nm 1 GHz 自由空间
¥11080 3周
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InGaAs固定增益平衡光电探测器
  • 工作波长:800 nm-1700 nm
  • FC/APC光纤输入和自由空间输入可选
  • 共模抑制比>25 dB

LBTEK InGaAs固定增益平衡光电探测器工作波长范围为800 nm-1700 nm,分为FC/APC光线输入和自由空间光输入两种,有100 MHz、200 MHz、350 MHz、800 MHz、1.6 GHz五种带宽可选。

输入与输出接口
产品型号 工作波长 带宽 输入方式 对比 单价 发货日期 购物车
PDB-100M-BC 800 nm-1700 nm 100 MHz FC/APC
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PDBS-100M-BC 800 nm-1700 nm 100 MHz 自由空间
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PDB-200M-BC 800 nm-1700 nm 200 MHz FC/APC
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PDB-350M-BC 800 nm-1700 nm 350 MHz FC/APC
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PDBS-350M-BC 800 nm-1700 nm 350 MHz 自由空间
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PDB-800M-BC 800 nm-1700 nm 800 MHz FC/APC
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PDBS-800M-BC 800 nm-1700 nm 800 MHz 自由空间
¥11240 3周
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PDB-1.6G-BC 800 nm-1700 nm 1.6 GHz FC/APC
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PDBS-1.6G-BC 800 nm-1700 nm 1.6 GHz 自由空间
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