PDF《原子磁力仪系统高增益平衡光电探测器的设计》

2 平衡探测器原理简介 对于差分光信号的检测, 传统的光电检测方案 是基于 先放大后差分 的原理, 而平衡探测器检测 方案则是基于 先差分后放大 的原理.如图

1 ( a ) 所示.一束弱信号光和一束强本振光在偏振分束器 上分光相干后分别入射到两个性能基本一致[

3 ] 的 光电管上, 通过光电管串联的方式将两路光电流直 接做减法运算, 输出信号为两个光电管输出电流信 号的差值[

1 5 ] .该信号再经跨阻放大及滤波, 提取其 中频差值信号, 从而得到信号光的相关信息.这种 设计结构简单紧凑, 避免使用减法器, 并能最大程度 地抑制两束光的共模噪声从而进一步提高信噪比. 图1平衡零差探测器示意图 F i g 1D i a g r a mo f b a l a n c e dh o m o d y n e d e t e c t o r s

3 平衡光电探测器的设计及制作 通常情况下, 原子磁力仪系统中所使用的碱金 属原子气室[

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1 8 ] 由于其制作工艺的限制, 不可避免 地存在结构缺陷, 因此通过气室的光束将会出现不 同程度的离轴或发散等现象.虽然增加聚焦透镜等 光学元件可以改善上述情况, 但这些方法也增加了 系统的复杂程度和对信号光的损耗.而且, 聚焦不 当将导致诸多问题: 经过聚焦的高功率光束进入光 电管的光敏面将会引起非线性效应, 还会导致平衡 探测器频率响应特性衰减;

两束光分别聚焦会导致 输出信号的共模抑制比降低.因此, 聚焦法有很大 的局限性.本文设计并研制出一款具有大接光面积 的高增益宽带平衡光电探测器, 在限定的噪声水平 下, 使带宽尽可能达到最大, 通过各元件参数优化, 最终解决了自由空间光差分探测时出现的上述 问题.

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1 光电管的选择 用于原子磁力仪系统的光电管应满足两个要 求: (

1 ) 保证光电管能够接收到完整的光斑从而获 得完整信号;

(

2 ) 保证光电管不会对原子磁力仪系 统引入磁干扰.S

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