A Vier-Quadrant-Fotodetektor (4QPD)ist eine Art von positionempfindlichem Fotodetektor, das in vier separate Fotodiodensegmente unterteilt ist, die in einem Quadrantenmuster angeordnet sind. Es wird in erster Linie verwendet, um die zu messenPosition, Ausrichtung oder Bewegungeines leichten Flecks auf seiner Oberfläche mit hoher Präzision durch Vergleich der Photoströme von jedem Quadranten.
Was ist ein Vier-Quadrant-Fotodetektor?
Es besteht ausvier unabhängige Fotodiodenelementeangeordnet als vier gleiche Quadranten (obere linke, obere rechte, untere links, unten rechts).
Wenn ein leichter Fleck auf den Detektor fällt, dieLichtintensität in jedem Quadranten erzeugt einen Photostromproportional zur lokalen Beleuchtung.
Durch den Vergleich dieser Ströme kann das Gerät erkennenVerschiebungen des StrahlsSowohl in X (horizontal) als auch in Y (vertikalen) Richtungen.
Es wird oft in verwendetStrahlausrichtung, optische Verfolgung, Vibrationsempfindung und Zeigenstabilitätsanwendungen.
Wie es funktioniert
Der ankommende Lichtplatz beleuchtet einige oder alle vier Quadranten.
Jeder Quadrant erzeugt einen elektrischen Strom proportional zur lichtintensität, das ihn tritt.
Durch die Berechnung der Unterschiede zwischen gegnerischen Quadranten:
X Position=(rechts - links) \/ (Summe aller Quadranten)
Y Position=(oben - unten) \/ (Summe aller Quadranten)
Der Ausgang ist ein normalisiertes Signal, das das darstelltStrahlfleckenverschiebungrelativ zum Detektorzentrum.
Schlüsselparameter
| Parameter | Typischer Wert\/Bereich |
|---|---|
| Aktive Flächengröße | 1 mm² to >10 mm² |
| Reaktionsfähigkeit | ~ {{0}}. 4 bis 0,7 a\/w (abhängig von der Wellenlänge) |
| Spektralbereich | Typischerweise 400 nm bis 1100 nm (Si Photodiodes) |
| Bandbreite | DC zu mehreren MHz |
| Rauschäquivalentleistung (NEP) | Sehr niedrig für hohe Empfindlichkeit |
| Positionsauflösung | Submikron zu Mikronspiegel |
| Dunkler Strom | Niedriger, typisch NA -Bereich |
Vorteile
Hohe Empfindlichkeit gegenüberStrahlverschiebung in zwei Dimensionen.
Schnelle Reaktionszeit, geeignet für dynamische Ausrichtung.
Kompaktes und robustes Design.
Kann mit Elektronik für direkte Position auslegt.
Einschränkungen
Beschränkt auf Messungen, bei denen der Strahlfleck in die aktive Fläche passt.
Die Genauigkeit hängt von der Strahlgröße und Gleichmäßigkeit ab.
Nicht ideal zur Messung der absoluten Leistung ohne Kalibrierung.
Quadrantengrenzen können Nichtlinearitäten verursachen, wenn Strahlkanten ausstrahlt.
Typische Anwendungen
| Anwendung | Beschreibung |
|---|---|
| Laserstrahlausrichtung | Genauige Ausrichtung von Lasersystemen |
| Optische Verfolgung | Nachstrahl oder Objektbewegung |
| Vibration und Stabilitätserfassung | Mechanische Schwingungen oder Winkelverschiebung nachweisen |
| Optische Kommunikation | Feedback für Strahllenkung und Zeigen |
| Atom- und Quantenexperimente | Positionsüberwachung von eingeschlossenen Partikeln oder Laserstrahlen |
Integration
Oft integriert inPositionsempfindliche Verstärkeroder Signalverarbeitungsschaltungen.
Kann Teil von a seinSteuerungssystem mit geschlossenem SchleifeStrahlen zum Stabilisieren von Zeigen.
Verwendet mitSpiegel auf Piezo -BühnenFür Strahllenkungsfeedback.