四象限光電探測器

圖像為束斑在四象限上的位置。 圖中四象限探測器光敏面的半徑為R。 圖中四象限的對稱軸分別與坐標的x、y軸重合。

摘要

四象限光電探測器

四象限光電探測器是把四個性能完全相同的光電二極體按照直角坐標要求排列而成的光電探測器件，常用於雷射制導或雷射準直中。目前在光電探測系統中廣為使用的多元非成像光電探測器多為四象限光電探測器件（以下簡稱四象限）。它包括各種規格的矽光電池以及類型各異的四象限光電二極體，如四象限PIN光電二極體、四象限雪崩光電二極體等。

概述

使用四象限探測器來完成掩模的預對準是一種行之有效並且經濟適用的方法，對於實現掩模版的預對準完全可行，通過初步的實驗發現，該系統可以完成在10mm的對準精度，在改變環境為淨化間環境以及提高安裝精度後，該值可以滿足最終的要求。

預對準

組圖

　使用四象限來完成掩模的預對準可以使系統更經濟、緊湊。該系統的精度要求在7mm，可以用四象限來實現。該預對準系統由光源、透鏡組，掩模版以及四象限組成，如圖3所示，A為LD光源，發射近紅外準直雷射，波長為650nm，頻寬10nm，發散角0.1~0.2mrad，準直擴束後的光束直徑為5mm，其具體型號為Sanyo（SD650-80G3）。B為直角稜鏡，C為掩模版，D為窄帶濾波片，主要作用為濾去背景雜散光，提高系統信噪比；E為直角稜鏡；F為四象限，其有效直徑為2mm，峰值波長為820nm，具體型號為CentrONic（QD7-5）。其輸出功率?40mw，工作溫度範圍在-25℃～+75℃之間。

信號處理算法

圖像

為束斑在四象限上的位置。圖中四象限探測器光敏面的半徑為R。四象限中心與直角坐標的零點O重合。圖中四象限的對稱軸分別與坐標的x、y軸重合。束斑中心為O?。當O?位於四象限中心時，四個象限上接收到的光信號強度相等，經計算處理後得到的誤差信號為零。當O?逐漸偏離O時，Er逐漸增大。Ex、Ey分別代表Er在x、y方向上的分量。為消除束斑光強（光能量或功率）波動對Er的影響，通常要對Er進行歸一化處理。即在Er計算過程中除以一個與束斑光強度相關的量值。根據不同的套用目的，束斑半徑r相對於四象限光敏區半徑R存在一個最佳值ropt。對大多數套用場合ropt取1/2R。