[发明专利]一种高共模抑制比(CMRR)的光电差分探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电差分探测装置，尤其是涉及一种具有高共模抑制比的光电差分探测装置及实现方法，其特点是利用差分微调电路补偿光电二极管的差异来提高光电差分对管的共模抑制比。在高精度低噪声激光测量中具有重要的应用价值。

背景技术

随着激光实验的发展，激光器的功率漂移、散弹噪声和寄生调制等因素对激光实验的测量的影响越显突出，低噪声高分辨率的光电探测也越显重要，尤其是低频率调制的激光测量实验受此影响较大。光电差分探测能够运用电路手段抑制激光的噪声影响，大大提高光电探测的信噪比。

光电差分探测器通过对两束激光，一束为待测激光，另一束为参考激光，进行差分运算，实现共模噪声抵消，差模噪声将放大，从而提高测量的信噪比。两束激光的偏置和共模噪声将会被抑制，差异将被放大，由此可知，光电差分探测器对两束激光的共模抑制能力将决定噪声的消除效果。目前现有的技术由于技术单一，无法减小或者消除光电二极管的响应差异和放大电路差异，使得共模抑制比局限于40db。

本发明将对光电二极管的差异进行分析，运用差分微调电路对上述差异进行有效补偿，大大提高差分光电探测器的共模抑制比。

发明内容

光电二极管的等效电路如附图1，由二极管D1、并联电阻R2、并联电容C3和串联电阻Rs4组成。二极管D1等效光电二极管的PN结，可表示其光谱响应；并联电阻R2等效光电二极管开路电阻，可表示其暗电流；并联电容C3等效光电二极管的PN结电容，可表示其交流特性；串联电阻Rs4等效光电二极管封装中的连线、管脚以及各种连接电阻，可表示其输出内阻。

光电差分探测器运用两个光电二极管，其中一个用于探测待测光信号，另一个用于探测参考光信号，所以理论上应选择两个完全一样的光电二极管进行探测才能实现高共模抑制比，但是完全一样的光电二极管现实世界上不存在。影响光电二极管的差异主要有四个因素：光电二极管的光谱响应S差异、光电二极管的等效串联电阻Rs差异、光电二极管的等效并联电容C差异以及光电二极管等效并联电阻R差异。上述差异对光电差分对管的共模抑制比的影响分别如下：

a)光谱响应S差异将直接影响光信号转换为电信号的比例，此差异ΔS将直接影响光电流

的差异Δ×I，两者呈线性关系，对光电二极管共模抑制比的影响为：

CMRR=20×log10IcomΔ×I=20×log10IcomΔ×Icom]]>

b)光电二极管等效串联电阻Rs差异将直接影响光电二极管的输出相位特性，此差异ΔR1将直接影响光电流的相位差异两者呈线性关系，对光电二极管共模抑制比的影响为：

c)光电二极管等效并联电容C差异跟光电二极管等效串联电阻Rs差异一样，都将直接影响光电二极管的输出相位特性，此差异ΔC将直接影响光电流的相位差异对光电二极管的共模抑制影响与等效串联电阻Rs差异一样。

d)光电二极管等效并联电阻R差异与b)与c)影响效果一样，都将直接影响光电二极管的输出相位特性，但是影响比例不同，此差异ΔR将影响光电流的相位差异为对光电二极管共模抑制比的影响为：