Прецизионные фотоприёмники непрерывного типа

УДК 621.372.56

Г.С. Крутчинский

   Прецизионные  фотоприёмники  непрерывного  типа

Качественные показатели современных устройств оптоэлектроники и в частности акустооптических процессоров, в значительной степени определяются параметрами преобразователей свет-сигнал [1,2]. Фотоприёмные устройства (ФПУ) накапливающего типа, в том числе на основе ПЗС, разрабатывались главным образом как приёмники видеоизображения, и их быстродействие (время обращения к одному элементу ФПУ) потенциально составляет 200-1600нс, а динамический диапазон не превышает 30дБ. Эти параметры недостаточны для современных акустооптических систем, способных выполнять преобразований Фурье для 500 точек за одну микросекунду при динамическом диапазоне сигнала 50 дБ [1].

Как показано в [2,3] для обеспечения максимальной обнаружительной способности ФПУ необходимо обеспечить линейную работу фотодиода при постоянном (близком к нулю) напряжении смещения, а также при оптимальном, с точки зрения соотношения сигнал-шум сопротивлении нагрузки. Этим требованиям удовлетворяет схема, состоящая из фотодиода и операционного усилителя (ОУ) (Рис.1). Фотодиод выполняет роль источника тока, а ОУ - преобразователя фототока в выходное напряжение U_П.

Рис.1. Фотоприёмник непрерывного типа

Передаточная функция схемы при условии пренебрежимо малого времени преобразования фонона в электрический заряд имеет вид:

,

,      ,                           (1)

где  - частота затухания, - частота полюса ФПУ,  - площадь усиления ОУ,  - частота единичного усиления ОУ.

Длительность переходного процесса в схеме равна  при перерегулировании не более 5%. В табл.1 приведены значения чувствительности выходного напряжения к ёмкости фотодиода  и к параметрам элементов схемы R и П, а также динамический диапазон (ДД), ограниченный напряжением шума U_ш, определяемый тепловой, дробовой, фликкер составляющими и шумом ОУ. Величина фототоков рассчитана для кремниевых фотодиодов при освещении его поверхности (100´100 мкм²) световым потоком Ф=0,02 мВт/мм² и Ф=0,18 мВт/мм² (l=0,63 мкм), что типично для лазеров с мощностью Р_Л=1 мВт (ЛГ-208, ЛГ-209) и акустооптических модуляторов и дефлекторов с дифракционной эффективностью »5% (СВЧ), и »40% ( для приборов до 500МГц).

Таблица 1

Максимальный фототок Iф  мкА	Основные  параметры  ФПУ
	мB				Uш, мкВ	*%	** % на 10оС	t3, нс	ДД, дБ
4,9	100	-2,4	1	-4,25	55	0,1	0,05	90	65
0,6	100	-3,4	1	-4,25	200	0,2	0,05	210	54