سلسلة كاشفات الضوء: مقدمة عن كاشف الضوء المتوازن

مقدمة إلىكاشف ضوئي متوازن(كاشف التوازن الكهروضوئي)
يمكن تقسيم كاشف الضوء المتوازن إلى نوعين: نوع الاقتران بالألياف الضوئية ونوع الاقتران الضوئي المكاني، وذلك وفقًا لطريقة الاقتران الضوئي. يتكون الكاشف داخليًا من ثنائيين ضوئيين متطابقين للغاية، ووحدة دارة مكبر مقاومة تحويلية منخفضة الضوضاء وعالية النطاق الترددي، ووحدة طاقة منخفضة الضوضاء للغاية. يتميز الكاشف بنسبة رفض عالية للنمط المشترك، وضوضاء منخفضة للغاية، ونطاق ترددي عالٍ، ويُستخدم على نطاق واسع في مجال الاتصالات الضوئية المتماسكة. وقد أصبح محط اهتمام كبير في الأبحاث لدى الشركات والجامعات في مختلف البلدان خلال السنوات الأخيرة.
مبدأ عمل كاشف الضوء المتوازن (كاشف التوازن الكهروضوئي)
يستخدم كاشف الضوء المتوازن ثنائيين ضوئيين في حالة انحياز عكسي كوحدة استقبال للضوء. عند استقبال إشارة ضوئية، يُطرح التيار الضوئي الناتج عن الثنائيين ويُقرن بمضخم مقاومة تحويلية لتحويل إشارة التيار إلى إشارة جهد للإخراج. يساهم استخدام بنية الاختزال الذاتي في كبح إشارة الوضع المشترك الناتجة عن تيار الضوء والتيار المظلم للمذبذب المحلي، وزيادة إشارة الوضع التفاضلي، وتحسين قدرة الكشف عن الإشارات الضوئية الضعيفة إلى حد ما.
المزايا: نسبة رفض الوضع المشترك العالية، والحساسية العالية، وعرض نطاق الكشف العالي يمكن أن تلبي سيناريوهات التطبيق المختلفة.
العيوب: انخفاض القدرة البصرية المشبعة، مناسب فقط للكشف عن الضوء الضعيف، يحتاج التكامل إلى تحسين.

الشكل: مخطط مبدأ عمل كاشف التوازن
معايير أداء كاشف ضوئي متوازن (إلكتروني ضوئي)كاشف التوازن)
1. الاستجابة
تشير الاستجابة إلى كفاءة الصمام الثنائي الضوئي في تحويل الإشارات الضوئية إلى تيار ضوئي، وهي نسبة التيار الضوئي إلى قدرة الضوء. ويمكن لاختيار صمام ثنائي ضوئي ذي استجابة أعلى أن يحسن بشكل فعال حساسية كاشف التوازن الضوئي.
تشير الاستجابة إلى كفاءة الصمام الثنائي الضوئي في تحويل الإشارات الضوئية إلى تيار ضوئي، وهي نسبة التيار الضوئي إلى قدرة الضوء. ويمكن لاختيار صمام ثنائي ضوئي ذي استجابة أعلى أن يحسن بشكل فعال حساسية كاشف التوازن الضوئي.
2. عرض النطاق الترددي
يمثل عرض النطاق الترددي تردد الإشارة الذي يتلاشى عنده سعة إشارة الخرج لكاشف الضوء المتوازن بمقدار -3 ديسيبل، ويرتبط بالسعة الطفيلية للثنائي الضوئي، وحجم المقاومة العكسية، وحاصل ضرب عرض النطاق الترددي لمكبر العمليات.
3. نسبة رفض الوضع المشترك
تُستخدم نسبة رفض الوضع المشترك لقياس درجة قمع إشارات الوضع المشترك بواسطة أجهزة الكشف المتوازنة، وتتطلب المنتجات التجارية عمومًا حدًا أدنى لرفض الوضع المشترك يبلغ 25 ديسيبل.
4. السياسة الاقتصادية الجديدة
القدرة المكافئة للضوضاء: هي قدرة إشارة الإدخال المطلوبة عند نسبة إشارة إلى ضوضاء تساوي 1، وهي معيار مهم لقياس أداء الضوضاء في النظام. المكونات الرئيسية لضوضاء الكاشف المتوازن هي ضوضاء التشتت الضوئي والضوضاء الكهربائية.

تطبيق كاشف ضوئي متوازن (كاشف ضوئي إلكتروني متوازن)
في السنوات الأخيرة، تم استخدام كاشفات الضوء المتوازنة على نطاق واسع في مجالات مثل رادار الرياح الليزري، وقياس الاهتزازات الليزرية، والاستشعار بالألياف البصرية، والكشف المتماسك للضوء الضعيف، والكشف الطيفي، والكشف عن الغازات، وما إلى ذلك. وقد حققت الأبحاث المتعلقة بالسرعة العالية، وعرض النطاق الترددي العالي، والضوضاء المنخفضة، ونسبة رفض الوضع المشترك العالية، والحساسية العالية للكواشف المتوازنة، اختراقات كبيرة، وهي تتطور نحو التكامل العالي واستهلاك الطاقة المنخفض لتلبية سيناريوهات التطبيق المختلفة.