PDF《原子磁力仪系统高增益平衡光电探测器的设计》

第47卷 第 6期 激光与红外Vol.

47,No.62017年 6月LASER&

INFRAREDJune,2017文章编号:

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7 8 (

2 0

1 7 )

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0 6 ・光电技术与系统・ 原子磁力仪系统高增益平衡光电探测器的设计 张鹏1 ,

2 ,

3 , 陈洪娟1 ,

2 , 桂永雷3 , 孙立凯3 (

1 哈尔滨工程大学水声工程学院, 黑龙江 哈尔滨

1 5

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0 1 ;

2 哈尔滨工程大学水声技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨

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0 1 ;

3 中国电子科技集团公司第四十九研究所, 黑龙江 哈尔滨

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0 0

0 1 ) 摘要: 为了实现对原子磁力仪系统中微弱、 发散、 快速调制的光信号的精密检测, 克服传统平衡 探测器接光面积小、 增益小、 光电管间距不可调及与自由空间光信号探测不兼容等缺点, 采用基 于基尔霍夫定律的平衡差分放大法和基于平行轨道焊盘的精调方法, 设计并制作了高增益平衡 光电探测器, 并介绍了其工作原理和结构组成.首先, 针对光斑发散大和调制速率快的特点确定 了具有

1 0m m*

1 0m m大接光面积的高速光电管;

然后设计了双管中心间距从

2 0~

6 0m m连续 可调的平行轨道焊盘, 增强其对各种光学系统的兼容性;

最后, 利用两级放大电路设计实现了高 增益特性.实验结果表明, 该探测器 - 3d B带宽达到

8 0 0k H z , 信号跨阻增益达

0

9 1M Ω , 在70k H z 时的信噪比为

3 8 5d B , 能够满足原子磁力仪系统光信号检测的要求. 关键词: 平衡光电探测器;

原子磁力仪;

接光面积;

高增益;

信噪比 中图分类号: T N

2 4

7 文献标识码: A D O I :

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3 9

6 9 / j . i s s n .

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0 6 .

0 2

0 D e s i g no f ah i g hg a i nb a l a n c e dp h o t o e l e c t r i cd e t e c o r f o ra t o mi cma g n e t o me t e rs y s t e m Z H A N GP e n g

1 ,

2 ,

3 , C H E NH o n g j u a n

1 ,

2 , G U I Y o n g l e i

3 , S U NL i k a i

3 (

1 C o l l e g eo f U n d e r w a t e r A c o u s t i cE n g i n e e r i n g , H a r b i nE n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y , H a r b i n1

5 0

0 0

1 , C h i n a ;

2 K e yL a b o r a t o r yo f U n d e r w a t e r A c o u s t i cT e c h n o l o g y , H a r b i nE n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y , H a r b i n1

5 0

0 0

1 , C h i n a ;

3 T h eN O

4 9 t hR e s e a r c hI n s t i t u t eo f C h i n aE l e c t r o n i c s T e c h n o l o g yG r o u pC o r p o r a t i o n , H a r b i n1

5 0

0 0

1 , C h i n a ) A b s t r a c t : I no r d e r t oa c h i e v ep r e c i s i o nd e t e c t i o no f t h ew e a k , d i v e r g e n t a n df a s t m o d u l a t e do p t i c a l s i g n a l i na t o m i c m a g n e t o m e t e r s y s t e m s a n do v e r c o m e t h e d i s a d v a n t a g e s o f t r a d i t i o n a l b a l a n c e dd e t e c t o r s w i t hs m a l l l i g h t r e c e i v i n g a r e a s , s m a l l g a i n s , n o n a d j u s t a b l ec e n t e r d i s t a n c e s b e t w e e ne a c h p a i r o f p h o t o d i o d e s a n di n c o m p a t i b l e w i t hf r e e s p a c e o p t i c a l s i g n a l d e t e c t i o n , a n a p p r o a c h b a s e do nK i r c h h o f f '

sl a wo fb a l a n c e dd i f f e r e n t i a la m p l i f i c a t i o na n daf i n et u n i n g m e t h o d b a s e do np a r a l l e l t r a c k s p a d s a r e a d o p t e d A h i g h g a i nb a l a n c e dp h o t o d e t e c t o r i s d e s i g n e da n dp r o d u c e d , a n dt h e w o r k i n gp r i n c i p l ea n ds t r u c t u r ec o m p o s i t i o na r ei n t r o d u c e d F i r s t , f o r t h ef e a t u r e so f l a r g es p o t d i v e r g e n c ea n dh i g h m o d u l a t i o nr a t e , ah i g h s p e e dp h o t o d i o d e w i t ha