CN104702248B

CN104702248B - 超快激光平衡探测光电脉冲信号整形方法及实现电路

Info

Publication number: CN104702248B
Application number: CN201510044868.6A
Authority: CN
Inventors: 郑哲; 赵海斌; 袁昊辰; 郭文平
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: CN104702248A

Abstract

本发明属于光学电子器件技术领域，具体为一种超快激光平衡探测光电脉冲信号整形方法及实现电路。本发明采用电学手段对光电流脉冲进行整形展宽处理，以减小波形失配引起的差分信号,降低其对平衡效果的不利影响，其中，整形展宽处理所用的传递函数H为：，其中，s是复变量，是拉普拉斯反变换记号，是不同的实参数，量纲为时间。具体实现电路有多种。本发明的电学整形方式具有两项电路的额外优势：提升电路高频噪声抑制能力；化简实验设备构成，降低成本，提高数据的准确性和信噪比。

Description

超快激光平衡探测光电脉冲信号整形方法及实现电路

技术领域

本发明属于光学电子器件技术领域，具体涉及一种光电脉冲信号的整形方法及其实现电路，主要应用于超快激光脉冲的平衡探测中。

背景技术

光学是研究物质材料，尤其是薄膜材料性质的一种有力手段。光学实验可以获得材料光学反射率、透射率、椭偏率等数据，并可依据此进一步了解有关材料内部能级，电子态配对情况、自旋状态等重要信息。特别是随着20世纪末期超短脉冲激光技术的发展，时间分辨的亚皮秒和飞秒泵浦探测技术应运而生，而如何精确地获得超短激光脉冲与物质相互作用后脉冲光的强度、偏振状态等性质，是现代光电子学的研究课题之一。

一般实验室常用的超快激光是掺钛的蓝宝石激光器产生的重复频率约在80MHz，持续时间约为35—150fs，波长在800nm左右的振荡级激光，以及利用啁啾放大振荡级激光得到的波长和持续时间接近振荡级，但重复频率在1 kHz 且单个脉冲能量密度极大的放大级激光。本说明书将放大级激光划归于低重复频率超快激光范畴。

在利用超快激光开展的测量中，经常需要测量超快激光的偏振角度的微小变化。采用平衡探测方式进行测量原则上可以极大地提高偏振变化的检测灵敏度。在这种测量方式中，将待检测的脉冲光通过偏振分光法分成两束脉冲光，分别进入两个相同的探测器，然后将光电流信号进行差分平衡处理。若两个光脉冲强度完全相同，则光电信号为零，若偏振角度发生变化，则两个光脉冲的强度之差随角度差异线性变化，而差分平衡的光电信号正比于光强差异，据此获得偏振变化的定量信息。

然而，普通的光电平衡探测器在开展低重复频率超快激光脉冲的平衡测量中效果并不理想。这是因为，对于探测器中成对的光电探头，两者之间总有非常微小的不同，因此其对超快脉冲激光的响应有所不同，体现在光电脉冲信号的波形失配，尤其是响应时间的差异，如说明书附图1所示。这种光电脉冲波形的失配导致在光脉冲强度相同的情形下依然产生很大的差分电信号，或者当脉冲光强不同时，实际光强差异对应的差分信号远小于由于波形失配产生的差分信号。因此这种波形失配造成的差分信号通常占据了总噪音的很大部分，降低了探测系统的信噪比。另一方面，由于波形失配形成的差分信号会在很大程度上限制探测器的总体增益，这同样减弱了探测器检测微弱信号的能力。事实上，实验表明普通的平衡探测器在进行低重复频率飞秒光脉冲平衡测量时，这种波形失配是很非常明显的。如何抑制平衡探测器中的波形失配，充分利用平衡探测手段消除大信号的共同噪音，提高脉冲光强信号差异的检测精度，是本发明平衡探测器的设计目的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够对光电脉冲信号波形失配效应进行有效抑制，提高平衡检测精度的超快激光脉冲平衡探测光电脉冲信号整形方法及实现电路。

为了抑制平衡探测中的光电流脉冲信号波形失配效应，本发明采用电学手段对光电流脉冲进行整形展宽处理，以减小波形失配引起的差分信号,降低其对平衡效果的不利影响。附图2是通过脉冲光电信号展宽而减小波形失配导致的差分信号的原理示意图。这里假设脉冲光电信号的形状接近三角形，两路电信号形状接近，但在上升与下降沿时间上有时间差的不匹配，其差分信号如图2（b）图所示。在保持原始脉冲信号强度H的情形下，差分信号的大小与脉冲时间宽度成反比，即展宽程度越大，波形失配引起的差分信号越小。当波形失配是限制电信号放大能力的关键瓶颈时，增加，能够有效地减小本底差分信号，提高信噪比。

本发明中，对光电流脉冲信号进行整形展宽处理，其对应的实现电路的传递函数H可以写成：

该传递函数满足，传递函数线性时不变，且收敛。其中，y是输出信号，t是时间，s是复变量，，…等是不同的实参数，量纲为时间表示的是直流情况下的传递函数。在传递函数满足上述关系时，恰当地设计，，…等参数，例如设计，就能实现所需的脉冲整形功能。

对于实际的平衡放大器而言，认为输入的两个具有微小差异的光电流信号分别为，其频域表示为。时域上的输入信号x可以认为是间隔时间非常长的近似函数的电信号，该输入信号经过传递函数处理之后，输出信号y在复频域的表示Y可以写为或者的形式，这两种信号处理方式分别对应于后文具体电路实现中的先差分后整形与先整形后差分的平衡测量方式，这里的传递函数与H有一样的形式，且的参数选择与H基本相同。因此经过恰当的传递函数的电路的处理，就能实现窄脉冲光电流的整形展宽，起到本发明提出的抑制不匹配的作用。

对于该设计来说，原始信号的形状改变不会影响这个方案的测量结果。该传递函数满足线性时不变特性，由该函数实现的整形输出对无穷长时间的积分值正比于原始信号的时域积分。在实际低重复频率脉冲平衡测量中，由于相邻脉冲之间的时间间隔相对于脉冲本身的持续时间和光电探头本身的响应时间而言非常长，并且传递函数的时间常数选择确保输出信号在下一个脉冲到来之前已经衰减完毕，所以可以认为输出信号积分值正比于原始输入信号的时域积分值。因此只要对整形后的信号进行积分操作，就能够获得原始输入信号的大小。

另外，这种新的电学整形方式会产生两项电路的额外优势：电路设计相当于一个特殊设计的窄带低通滤波器，会提升电路高频噪声抑制能力；由于电路积分特性，在结合锁相放大等测量中，该电路的电学展宽效果可以替代门积分器，以化简实验设备构成，降低成本，提高数据的准确性和信噪比。

附图说明

图1：平衡探测器对持续时间很短的光脉冲（<1ns）的信号响应示意图。其中，a）两个探测器产生的光电脉冲波形匹配，差分平衡信号正比于光强差。若光脉冲强度相同，差分平衡信号为零。b）两个探测器产生的光电脉冲波形不匹配（包括信号上升或下降沿时间错位），即使光脉冲强度相同，差分平衡信号亦不为零，且该信号随着波形不匹配程度的增加而显著增大，极大地限制了探测器的增益及其可以接收的最大光强范围，从而降低了对脉冲光强微小差异的检测能力。

图2：光电脉冲信号波形展宽对信号不匹配程度的半定量分析示意图，以待处理的信号波形近似三角波为例。若保持光电信号强度I不变，而波形时间宽度τ增加，则残留差分平衡信号ΔI（不匹配信号）减小。

图3：平衡探测器电学整形电路实现方法。其中，(a)先差分后整形电路（方式1）。（b）先差分后整形电路（方式2）。（c）先差分后整形电路（方式3）。（d）先差分后整形电路（带单端输出，方式1）。（e）先差分后整形电路（带单端输出，方式2）。（f）先整形后差分电路（方式1）。（g）先整形后差分电路（方式2）。（h）先整形后差分电路（方式3）。

图4：Tina软件仿真结果。其中， (a1)、(a2)先差分后整形电路（方式1），(a2)输入有较大不匹配，但总值积分为零，(a1)输入有较大不匹配，总值积分略小于零。插图为输入光电流，注意输入和输出时间尺度有较大不同。(b1）、(b2)先差分后整形电路（方式2），(b2)输入有较大不匹配，但总值积分为零，(b1)输入有较大不匹配，总值积分略大于零，插图为输入光电流，注意输入和输出时间尺度有较大不同。(c1）、(c2)先差分后整形电路（方式3）；在特定的参数选择下输出特性与a图完全相同，(c2)输入有较大不匹配，但总值积分为零，(c1)输入有较大不匹配，总值积分略大于零。插图为输入光电流，注意输入和输出时间尺度有较大不同。(d）先差分后整形电路（带单端输出，方式1），输入两路信号时间积分大致相同，但有一定的时间不匹配，点线、断续线为单端输出电压，连续线为平衡输出电压。插图为输入光电流，注意输入和输出时间尺度有较大不同。(e）先差分后整形电路（带单端输出，方式2），在特定的参数选择下输出电压与e图完全相同，输入两路信号时间积分大致相同，但有一定的时间不匹配。点线、断续线为单端输出电压，连续线为平衡输出电压。插图为输入光电流，注意输入和输出时间尺度有较大不同。(f）先整形后差分电路（方式1），在特定的参数选择下输出电压与e图近似相同，输入两路信号时间积分大致相同，但有一定的时间不匹配。点线、断续线为单端输出电压，连续线为平衡输出电压。插图为输入光电流，注意输入和输出时间尺度有较大不同。(g）先整形后差分电路（方式2），在特定的参数选择下输出电压与(e)图近似相同，与(f)图完全相同；输入两路信号时间积分大致相同，但有一定的时间不匹配；点线、断续线为单端输出电压，连续线为两者的平衡输出电压。插图为输入光电流，注意输入和输出时间尺度有较大不同。(h）先整形后差分电路（方式3）；输入两路信号时间积分大致相同，但有一定的时间不匹配；点线、断续线为单端输出电压，连续线为两者的平衡输出电压。插图为输入光电流，注意输入和输出时间尺度有较大不同。

图5为平衡探测方式实验光路图。飞秒激光通过分束镜分为泵浦光和探测光，通过控制两束光到达样品的光程差实现时间延迟，探测光经样品反射后通过半波片及偏振分光镜进入平衡探测器，从平衡探测器的信号强度变化获得探测光的偏振变化以反映GaAs极向自旋分量的时间演化。

图6为80 MHz 重复频率振荡级飞秒激光光源条件下GaAs自旋阻尼进动的磁光克尔效应测试结果。左图采用本发明设计制作的平衡探测器测试，右图采用商用平衡探测器Thorlabs PDB200测试。

图7为1 KHz重复频率放大级飞秒激光光源条件下Co₂FeAl的磁矩阻尼进动的磁光克尔效应测试结果。左图采用本发明设计制作的平衡探测器测量，右图采用商用平衡探测器(Thorlabs PDB200）测量。测量所用照射到样品的探测光强都是0.02。

图8为1 KHz重复频率放大级飞秒激光光源条件下，本发明设计制作的平衡探测器和商用平衡探测器(Thorlabs PDB200)的信噪比结果对比。

具体实施方式

本发明的整形电路，可以有多种具体实现方式，分别介绍如下：

一、先差分后整形平衡探测电路实现方式A1。电路元件包括一对光电二极管，一个集成运算放大器，电阻电容若干，具有正负级和接地的直流电源，以及PCB板及电线，接口。该探测电路的特征在于：顺次级联光电二极管，保证反向偏置连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接至由包括集成运放搭建的无输入级电阻的无限增益二阶低通滤波电路的反向输入级，从运放输出引出电压输出信号。电路图参见说明书附图3（a）。

该电路的功能是将输入的平衡光信号转化成光电流，并对光电流的差值进行展宽放大整形，以电压的方式供后级读取输出。软件仿真结果如说明书附图4（a）所示，仿真软件使用TI公司Tina。在输入光电流（图中插图部分，注意时间尺度）的总时间积分值为零，然而有微秒量级的不匹配时（4（a）右图），输出电压信号的时间积分为零。当输入光电流时间积分值有微小不同，且有一定程度的不匹配时，输出电压信号的时间积分不为零。且输出电压的时间积分正比于输入光电流的时间积分值（4（a）左图）。采用该电路后，输出电压信号能做到做到很高的直流跨阻增益，和很强的抑制不匹配的能力。该电路的直流增益在500kΩ，折算光强转换效率为250kV/W左右，而相同条件不做展宽，直流增益仅能做到300Ω以内，折算光强转换效率为150V/W左右，抑制不匹配能力和抑制噪音能力都大打折扣。仿真软件输入光电流大小与实际对商用探测器测试时，其商用探测器显示的光电流大小形状以及不匹配程度基本一致。

二、先差分后整形平衡探测电路实现方式A2。包括一对光电二极管，一个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；该探测电路的特征在于，顺次级联光电二极管，保证反向偏置连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的压控二阶低通滤波电路的输入端，从运放输出引出电压输出信号。如说明书附图3（b）所示。

软件仿真结果：仿真软件使用Tina，仿真结果如说明书附图4（b）所示。

三、先差分后整形平衡探测电路实现方式A3。包括一对光电二极管，两个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；该探测电路的特征在于，顺次级联光电二极管，保证反向偏置连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的级联的两级负反馈积分电路，从后级的运放输出引出电压输出信号。如说明书附图3（c）所示。

软件仿真结果：仿真软件使用Tina，仿真结果如说明书附图4（c）所示。

四、先差分后整形平衡探测电路带单端输出实现方式B1。包括一对光电二极管，匹配的一对P型和一对N型电流镜，三个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；该探测电路的特征在于，顺次级联光电二极管，保证反向偏置，通过恰当的电流镜结构连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的无输入端电阻的无限增益二阶低通滤波电路的反向输入级，并由运算放大级的输出端引出差分电压输出信号，同时由电流镜复制的两路电流信号分别连接两套无输入级电阻的无限增益二阶低通滤波电路的反向输入级，由运算放大器的输出端引出单端的电压信号。电原理图如说明书附图3（d）所示。

Tina仿真结果如说明书附图4（d）所示。

五、先差分后整形平衡探测电路带单端输出实现方式B2。包括一对光电二极管，匹配的一对P型和一对N型电流镜，六个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口，该探测电路的特征在于，顺次级联光电二极管，保证反向偏置，通过恰当的电流镜结构连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的两级级联的积分电路输入级，并由后级运算放大级的输出端引出差分电压输出信号，同时由电流镜复制的两路电流信号分别连接两路级联的积分器输入级，由运算放大器的输出端引出单端的电压信号。电原理图如说明书附图3（e）所示。

Tina仿真结果如说明书附图4（e）所示。

六、先整形后差分平衡探测电路实现方式C1。包括一对光电二极管，三个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口，该探测电路的特征在于，分别反向偏置连接两个光电二极管，将电流引出到两个独立的无限增益二阶低通滤波结构电路，各自的输出引出作为单端信号，同时两个输出连接一个运放构建的差分放大电路的两个输入端，差分放大的输出端引出作为差分信号。电原理图如说明书附图3（f）所示。

Tina仿真结果如说明书附图4（f）所示。

七、先整形后差分平衡探测电路实现方式C2。包括一对光电二极管，五个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；该探测电路的特征在于，分别反向偏置连接两个光电二极管，将电流引出到两个独立的两级的级联积分电路结构电路，各自后级的输出引出作为单端信号，同时两个输出连接一个运放构建的差分放大电路的两个输入端，差分放大的输出端引出作为差分信号。电原理图如图3（g）所示。

Tina仿真结果如说明书附图4（g）所示。

八、先整形后差分平衡探测电路实现方式C3。包括一对光电二极管，三个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口，该探测电路的特征在于，分别反向偏置连接两个光电二极管，将电流引出到一个一级的积分电路结构电路，将两个输出连接一个运放构建的，同时具有积分能力的差分放大电路的两个输入端，差分放大的输出端引出作为差分信号。电原理图如说明书附图3（h）所示。

Tina仿真结果如说明书附图4（h）所示。

以下将本发明设计制作的平衡探测器（电路方式1）与典型商用平衡探测器进行对比测试，测试分别采用高重复频率以及低重复频率的飞秒激光光源。

高重复频率振荡级飞秒激光光源下测试：

激光中心波长：800nm

激光脉冲宽度：100 fs

重复频率：80MHz

光强：泵浦光：0.01mJ/；探测光：0.001mJ/

测试样品：砷化镓GaAs（80K温度）

对比探测器：Thorlabs PDB200 平衡探测器(DC gain ～250kV/W at 800nm，增益与本发明设计制作的平衡探测器近似相同。

在低温下（80K）以圆偏振脉冲泵浦光激发出GaAs中的自旋极化电子，这些极化电子自旋在外加磁场作用下形成阻尼进动，进而通过磁光效应，利用时间延迟的线偏振脉冲探测光检测极向自旋进动分量。实验光路见说明书附图5，飞秒激光通过分束镜分为泵浦光和探测光，通过控制两束光到达样品的光程差实现时间延迟，探测光经样品反射后通过半波片及偏振分光镜进入平衡探测器，从平衡探测器的信号强度变化获得探测光的偏振变化以反映GaAs极向自旋分量的时间演化。

由于振荡级激光重复频率较高，对于一般的非高速硅光探测器而言，探测器响应时间远长于激光相邻脉冲的时间间隔，其产生的信号与相同功率连续激光照射下的信号没有区别，因此不产生脉冲波形不匹配的问题。本发明设计制作的平衡探测器与典型商用平衡探测器（Thorlabs PDB200）对比测试结果如说明书附图6所示。可以看到，对于高重复频率的振荡级激光，本发明设计制作的平衡探测器采集的信号与商用平衡探测器的信噪比类似。

低重复频率放大级飞秒激光光源下测试：

激光波长：～800nm

脉冲宽度：120 fs

重复频率：1kHz

光强：泵浦光1mJ/；探测光0.1mJ/～0.0001mJ/

测试样品：单晶CoFeAl薄膜（膜厚10nm）（室温）

对比探测器：Thorlabs PDB200 平衡探测器(DC gain ～250kV/W at 800nm)

用放大级激光测试的目的是为了演示在低重复频率超快激光作用下，本发明设计制作的平衡探测器相对于传统平衡探测器在抑制波形失配从而获取更高信噪比方面的优势。相对于传统平衡探测器，新的电学整形方案可以极大地减小平衡脉冲光电信号的不匹配程度对真实差异信号的影响，提高进入平衡探测器的光强，从而提升信噪比和检测弱信号的能力。实验光路与振荡级激光光源条件下测试的泵浦探测光路相同，如说明书附图5所示。

在GaAs表面外延生长的单晶Co₂FeAl薄膜，在放大级泵浦激光脉冲的作用下，会形成磁性各向异性调制，从而改变磁矩平衡的方向，驱动磁矩进动。在磁光效应下，磁矩的进动反映为从样品反射的线偏振探测光偏振方向的周期性变化。

图7是在直流增益相同的情况下，本发明制作的平衡探测器和商用平衡探测器（Thorlabs pdb200）在不同泵浦能量密度下的测试结果对比，其中的振荡衰减信号对应于磁矩阻尼进动衰减。实际测试中，由于不匹配原因的限制，进入商用平衡探测器的光强需受到一定的限制。相较于进入本发明设计制作的平衡探测器的光强而言，进入商用平衡探测器的光强需衰减8000倍才能保证其输出电信号不进入非线性响应区。因此本专利设计制作的平衡探测器采集的整体振荡信号与商用平衡探测器相比，信噪比明显较高。

附图8是本发明设计制作的平衡探测器和商用平衡探测器的信噪比对比图。该信噪比通过拟合图7的衰减振荡曲线获得，测量曲线和拟合曲线之间的差即为测量噪声。从中可以看到，随着泵浦光强不断减弱，两个平衡探测器的信噪比都降低。但总体而言，本专利设计制作的平衡探测器的信噪比优于商用平衡探测器的3-4倍。

Claims

1.一种超快激光平衡探测光电脉冲信号整形方法，其特征在于：采用电学手段对光电流脉冲进行整形展宽处理，以减小波形失配引起的差分信号,降低其对平衡效果的不利影响，其中，整形展宽处理所用的传递函数H为：

该传递函数满足，传递函数线性时不变，且收敛，其中，y是输出信号，t是时间，s是复变量，是不同的实参数，量纲为时间，H₀表示直流情况下的传递函数。

2.根据权利要求1所述的超快激光平衡探测光电脉冲信号整形方法，其特征在于：

设计。

3.一种基于权利要求1所述的超快激光平衡探测光电脉冲信号整形方法构建的电路，其特征在于，采用电学手段对光电流脉冲进行整形展宽处理，以减小波形失配引起的差分信号,降低其对平衡效果的不利影响，其中，整形展宽处理所用的传递函数H为：

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于为先差分后整形平衡探测电路，包括一对光电二极管，一个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；顺次级联光电二极管，保证反向偏置连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的无输入级电阻的无限增益二阶低通滤波电路的反向输入级，从运放输出引出电压输出信号。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于为先差分后整形平衡探测电路，包括一对光电二极管，一个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；顺次级联光电二极管，保证反向偏置连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的压控二阶低通滤波电路的输入端，从运放输出引出电压输出信号。

6.根据权利要求3所述的电路，其特征在于为先差分后整形平衡探测电路，包括一对光电二极管，两个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；顺次级联光电二极管，保证反向偏置连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的级联的两级负反馈积分电路，从后级的运放输出引出电压输出信号。

7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于为先差分后整形平衡探测电路，包括一对光电二极管，匹配的一对P型和一对N型电流镜，三个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；顺次级联光电二极管，保证反向偏置，通过电流镜结构连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的无输入端电阻的无限增益二阶低通滤波电路的反向输入级，并由运算放大级的输出端引出差分电压输出信号，同时由电流镜复制的两路电流信号分别连接两套无输入级电阻的无限增益二阶低通滤波电路的反向输入级，由运算放大器的输出端引出单端的电压信号。

8.根据权利要求3所述的电路，其特征在于为先差分后整形平衡探测电路，包括一对光电二极管，匹配的一对P型和一对N型电流镜，六个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；顺次级联光电二极管，保证反向偏置，通过电流镜结构连接到直流电源的正负级上，从两个光电二极管之间引出电流，连接由集成运放搭建的两级级联的积分电路输入级，并由后级运算放大级的输出端引出差分电压输出信号，同时由电流镜复制的两路电流信号分别连接两路级联的积分器输入级，由运算放大器的输出端引出单端的电压信号。

9.根据权利要求3所述的电路，其特征在于为先整形后差分平衡探测电路，包括一对光电二极管，三个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；分别反向偏置连接两个光电二极管，将电流引出到两个独立的无限增益二阶低通滤波结构电路，各自的输出引出作为单端信号，同时两个输出连接一个运放构建的差分放大电路的两个输入端，差分放大的输出端引出作为差分信号。

10.根据权利要求3所述的电路，其特征在于为先整形后差分平衡探测电路，包括一对光电二极管，五个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；分别反向偏置连接两个光电二极管，将电流引出到两个独立的两级的级联积分电路结构电路，各自后级的输出引出作为单端信号，同时两个输出连接一个运放构建的差分放大电路的两个输入端，差分放大的输出端引出作为差分信号。

11.根据权利要求3所述的电路，其特征在于为先整形后差分平衡探测电路，包括一对光电二极管，三个集成运算放大器，电阻电容若干，有正负级和地的直流电源，以及PCB板及电线，接口；分别反向偏置连接两个光电二极管，将电流引出到一个一级的积分电路结构电路，将两个输出连接一个运放构建的，同时具有积分能力的差分放大电路的两个输入端，差分放大的输出端引出作为差分信号。