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基于横向光电效应的位敏探测器

发布时间:2024-05-23 16:59:39 浏览量:466 作者:Luca

摘要

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是基于PN结横向光电效应的一种光电探测器,以其小体积,高分辨率和快响应速度等优点在各领域广泛使用。

正文


基于横向光电效应的位敏探测器


位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)作为一种光电位置探测器,能够将照射到光敏面光电流信号转变为电压信号,随后通过放大电路计算之后得到入射光的光斑位置,而且得到的位置信息与光斑强度、尺寸、分布以及对称性无关。


PSD的主要原理如下图所示,其工作基于PN结的横向光电效应,当PN结的P侧受到了光的照射,照射点附近就会因为光的激发而产生大量的电子—空穴对,I层具有较大的阻值,同时空穴的迁移率高于电子,这就导致多余的电子只能像两侧移动,由于电子带负电,所以出现了照射点附近带正电而两侧带负电的情况。又因为P层阻值均匀,故我们可以根据两侧的电压值来判断实际光斑位置,将PN结和运算电路相组合就构成了我们熟悉的一维PSD。



二维PSD的工作原理与一维PSD相同,其共有四个电极,如下图所示,可以用于分辨光斑在二维空间的位置。常见的二维PSD可以根据电极和光敏面的位置分为方形,枕形和双面形。



当光斑落到PSD的感光面上,四个电极就会因为横向光电效应在四个方向上出现光电流,随后根据下面的式子就可以求出光斑的质心位置。


PSD的性能主要体现光谱响应,灵敏度,分辨率,线性度等。


PSD的光谱响应取决于芯片的材料,以zui常见的以硅为感光面的PSD而言,其响应波段一般在320nm~1100nm;芯片灵敏度指的是PSD的输出电流和入射激光功率比值,其与激光波长也有关,一般在0.6A/W左右;位置分辨率代表了zui小可探测的光斑位置变化量,主要受到器件尺寸和信噪比的影响,一般PSD的尺寸越小,分辨率越高;线性度指的PSD输出的位置和实际光斑位置之间的线性关系,一般用均方根非线性误差来表示。



来自德国TEM公司的PSD可以实现亚微米量级的光斑质心检测,若光斑较小甚至可以实现百纳米级别的探测精度,zui高采样频率可达15Khz,进行高精度和高实时性探测!根据需求定制不同款的PSD,响应波段可达180nm至2.6um。通过TEM公司独有的算法,实现芯片的极高线性度,搭配上快速反射镜和控制器,能够将光束稳定在亚微米和亚微弧度范围。此外,还可以通过软件控制快反镜的移动,实现高精度的光斑位置控制,在自由空间光耦合,非接触式测距,光谱分析仪,三位机器视觉等系统中发挥重要作用。



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