A Fyra quadrant Photodetector (4QPD)är en typ av positionskänslig fotodetektor uppdelad i fyra separata fotodiodsegment arrangerade i ett kvadrantmönster . Det används främst för att mätaposition, inriktning eller rörelseav en lätt fläck på ytan med hög precision genom att jämföra fotokurserna från varje kvadrant .
Vad är en fyra kvadrant fotodetektor?
Den består avFyra oberoende fotodiodelementArrangerad som fyra lika kvadranter (topp-till-vänster, högst till höger, nedre vänster, botten till höger) .
När en lätt fläck faller på detektorn,ljusintensitet i varje kvadrant genererar en fotströmproportionell mot den lokala belysningen .
Genom att jämföra dessa strömmar kan enheten upptäckastråleI både x (horisontella) och y (vertikala) riktningar .
Det används ofta istrålejustering, optisk spårning, vibrationsavkänning och pekande stabilitetsapplikationer.
Hur det fungerar
Den inkommande ljusplatsen belyser några eller alla de fyra kvadranterna .
Varje kvadrant producerar en elektrisk ström proportionell mot ljusintensiteten som träffar den .
Genom att beräkna skillnaderna mellan motsatta kvadranter:
X Position=(Höger - vänster) / (summan av alla kvadranter)
Y Position=(TOP - BOTTOM) / (Summan av alla kvadranter)
Utgången är en normaliserad signal som representerarbalksportförskjutningrelativt detektorcentret .
Nyckelparametrar
| Parameter | Typiskt värde/intervall |
|---|---|
| Aktiv arealstorlek | 1 mm² to >10 mm² |
| Lyhördhet | ~ 0,4 till 0,7 A/W (beroende på våglängd) |
| Spektralt sortiment | Vanligtvis 400 nm till 1100 nm (Si fotodioder) |
| Bandbredd | DC till flera MHz |
| Bullerekvivalent kraft (NEP) | Mycket låg för hög känslighet |
| Positionsupplösning | Sub-mikron till mikronivå |
| Mörkström | Lågt, vanligtvis na räckvidd |
Fördelar
Hög känslighet förstrålförskjutning i två dimensioner.
Snabb responstid, lämplig för dynamisk justering .
Kompakt och robust design .
Kan kombineras med elektronik för avläsning av direkt position .
Begränsningar
Begränsad till mätningar där strålplatsen passar inom det aktiva området .
Noggrannhet beror på strålstorlek och enhetlighet .
Inte idealisk för att mäta absolut kraft utan kalibrering .
Kvadrantgränser kan orsaka olinjäriteter om strålen sträcker sig över kanter .
Typiska applikationer
| Ansökan | Beskrivning |
|---|---|
| Laserstråleinriktning | Exakt anpassning av lasersystem |
| Optisk spårning | Följer stråle eller objektrörelse |
| Vibration och stabilitetsavkänning | Detektera mekaniska vibrationer eller vinkelförskjutning |
| Optisk kommunikation | Feedback för strålstyrning och pekning |
| Atom- och kvantexperiment | Positionövervakning av fångade partiklar eller laserstrålar |
Integration
Ofta integrerad medpositionskänsliga förstärkareeller signalbehandlingskretsar .
Kan vara en del av enstängd slingkontrollsystemFör att stabilisera strålen pekande .
Med hjälp avspeglar på piezo -scenerFör strålstyrningsåterkoppling .