PDF《原子磁力仪系统高增益平衡光电探测器的设计》

1 0m m*

1 0m ml a r g e l i g h t r e c e i v i n g a r e a i s d e t e r m i n e d ;

t h e na p a i r o f p a r a l l e l t r a c kp a d s w h i c he n a b l e d o u b l e d i o d ec e n t e rs p a c e t ob ec o n t i n u o u s l ya d j u s t e df r o m2 0m m t o6 0m m i s d e s i g n e d , w h i c he n h a n c e s t h ec o m p a t i b i l i t y w i t hav a r i e t yo f o p t i c a l s y s t e m s ;

F i n a l l y , at w o s t a g ea m p l i f i e r c i r c u i t i sd e s i g n e dt oa c h i e v et h eh i g hg a i nc h a r a c t e r i s t i c E x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h ed e t e c t o r a c h i e v e s a- 3d Bb a n d w i d t ho f

8 0 0k H z , as i g n a l t r a n s i m p e d a n c eg a i no f

0

9 1M Ω, a n daS N Ro f

3 8 5d B @

7 0k H z T h e r e f o r e , t h i s b a l a n c e dp h o t o d e t e c t o r f a i r l ym e e t s t h en e e d s o f o p t i c a l s i g n a l d e t e c t i o no f a t o m i cm a g n e t o m e t e r s y s t e m s K e yw o r d s : b a l a n c e dp h o t o d e t e c t o r ;

a t o m i cm a g n e t o m e t e r ;

l i g h t r e c e i v i n ga r e a ;

h i g hg a i n ;

S N R 基金项目: 国家

8 6 3高新技术研究发展计划项目( N o

2 0

1 5 A A

8 1

1 2

0 0

5 ) 资助. 作者简介: 张鹏(

1 9

8 1- ) , 男, 硕士, 高级工程师, 主要从事原子磁传感器, 光纤水听器, 光纤压力传感器等方面的研究 工作.E m a i l : z h a n g p e n g

1 3

1 9 @1

2 6 c o m 收稿日期:

2 0

1 6

1 1

0 5

1 引言平衡光电探测器是一种基于平衡零差探测技术 和光电探测技术的新型差分式光电探测器, 因其具 有高共模抑制比、 高速和高灵敏度特性而成为平衡 零拍探测技术的核心器件.平衡光电探测器不但被 广泛应用于量子光学[

1 -

2 ] 和相干光通信[

3 -

6 ] 中, 而 且也被用于各种基于偏振分光的相干光学检测系统 中[

7 -

8 ] .2

0 1 3年, 黄端[

9 ] 等人研制了一款用于连续 变量量子点测量的高速平衡零拍探测器, 获得了

3 0 0M H z 带宽和

1 4 d B的噪声比率( 散粒噪声对电子 噪声 的比率) ;

2 0

1 4年, 孙洋[

3 ] 等人采用SMIC013μ mC O M S 工艺, 设计完成了一款用于 5G b p s 平衡光探测器通信系统的前置光电放大器, 其仿真 性能良好, 在47G H z 带宽范围内获得了

6 2d B Ω 的跨阻抗增益;

2 0

1 5年, 代永红[

4 ] 等人研制了一种 用于相干光通信的高速平衡探测器, 实现了在

2

5 G b p s 通信速率下优于

4 6d B的共模抑制比.另外, 代永红[

5 ] 等人还设计了

2 5G b p s 和5G b p s 平衡探 测器, 分析了两种探测器在非相干和相干探测条件 下的灵敏度, 并且通过实验在

2 5G b p s 的信号速率 下获 得了-2

1 1d B m 的非相干探测灵敏度和-412d B m的相干探测灵敏度.目前, 商用化的平 衡探测器以 N e w p o r t 公司的 N e wF o c u s 平衡光电探 测器和 T h o r l a b s 公司的 P D B

2 1 0系列平衡光电放大 器为主.然而上述文章中的各种平衡探测器并不适 用于许多涉及自由空间光的光学实验, 而商用化的 平衡探测器由于增益小、 光电管面积小及两管间距 不可调等问题也不能很好地与各种光学系统兼容. 为了获得更高的探测性能和更好的系统兼容性, 本 文以原子磁力仪[

1 0 -

1 4 ] 系统为背景, 对现有平衡光电 探测器进行了理论分析以及性能和结构上的改进, 研制了一种性能优良的大接光面积平衡光电探测 器, 验证了其在原子磁力仪系统中的应用.