RU165106U1 - Фотоприемное устройство - Google Patents

Фотоприемное устройство Download PDF

Info

Publication number
RU165106U1
RU165106U1 RU2016115195/28U RU2016115195U RU165106U1 RU 165106 U1 RU165106 U1 RU 165106U1 RU 2016115195/28 U RU2016115195/28 U RU 2016115195/28U RU 2016115195 U RU2016115195 U RU 2016115195U RU 165106 U1 RU165106 U1 RU 165106U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
photodiode
inverting amplifier
amplitude
Prior art date
Application number
RU2016115195/28U
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Михайлович Землянов
Александр Ефремович Сафутин
Александр Викторович Гринин
Алексей Алексеевич Короннов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (АО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (АО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (АО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха")
Priority to RU2016115195/28U priority Critical patent/RU165106U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU165106U1 publication Critical patent/RU165106U1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44Electric circuits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Фотоприемное устройство содержит источник питания, неинвертирующий усилитель, амплитудный детектор, фотодиод, катод которого соединен с входом амплитудного детектора и с входом неинвертирующего усилителя, а анод соединен с источником питания через резистор, отличающееся тем, что анод фотодиода дополнительно соединен через разделительный конденсатор с выходом амплитудного детектора, который соединен через дополнительно введенный конденсатор с выходом неинвертирующего усилителя.

Description

Полезная модель относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности к фотоприемным устройствам и может быть использована в импульсных лазерных дальномерах с широким диапазоном измерения дальности, минимальной дальностью измерения расстояния, а также с высокой стойкостью к мощной обратной засветке и к засветке средствами противодействия системам лазерной дальнометрии.
В числе требований, предъявляемых к фотоприемному устройству (ФПУ), основными являются: высокая чувствительность, высокое быстродействие, широкий динамический диапазон, а также сохранение работоспособности фотоприемного устройства после засветки мощным лазерным излучением.
Известно фотоприемное устройство, содержащее фотодиод и усилитель, входной каскад которого обладает низким уровнем шума, высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью, что позволяет реализовать высокую чувствительность [1]. Недостаток этого устройства состоит в отсутствии защиты усилителя от перегрузки, возникающей вследствие засветки фотодиода мощным лазерным излучением.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому фотоприемному устройству является фотоприемное устройство [2], содержащее источник питания, неинвертирующий усилитель, амплитудный детектор, фотодиод, катод которого соединен с входом амплитудного детектора и с входом неинвертирующего усилителя, а анод соединен с источником питания через резистор, и с выходом неинвертирующего усилителя через разделительный конденсатор, при этом выход амплитудного детектора подключен к общей шине, а инвертирующий выход предварительного усилителя подключен к широкополосному и дифференциальному усилителям, выходы которых подключены соответственно к неинвертирующему входу управляющего компаратора и к управляемому компаратору через линию задержки и корректирующее звено, которые совместно формируют компарируемые сигналы.
Недостатком этого фотоприемного устройства является включение амплитудного детектора параллельно сопротивлению нагрузки, что приводит к увеличению емкости входной RC-цепи и ограничению значения сопротивления нагрузки, что препятствует реализации более высокого соотношения сигнал/шум, и соответственно увеличивает пороговое значение уровня мощности доступного для детектирования фотоприемным устройством, который на длине волны излучения λ=1,064 мкм составляет 200 нВт для светового импульса длительностью 10 нс.
Задачей полезной модели является обеспечение высокой чувствительности (не более 100 нВт), малого времени восстановления чувствительности (менее 500 не) после засветки световым излучением в диапазоне мощностей до 50 мВт, а также сохранение работоспособности фотоприемного устройства после воздействия мощным лазерным излучением (не менее 10 Вт).
Поставленная задача решается тем, что в фотоприемном устройстве, содержащем источник питания, неинвертирующий усилитель, амплитудный детектор, фотодиод, катод которого соединен с входом амплитудного детектора и с входом неинвертирующего усилителя, а анод соединен с источником питания через резистор, анод фотодиода дополнительно соединен через разделительный конденсатор с выходом амплитудного детектора, который соединен через дополнительно введенный конденсатор с выходом неинвертирующего усилителя.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого фотоприемного устройства;
Фотоприемное устройство содержит источник питания 1, фотодиод 2, амплитудный детектор 3 и неинвертироующий усилитель 4, при этом анод фотодиода подключен к источнику питания через резистор R1 и к выходу амплитудного детектора через конденсатор С1 а катод к резистору R2 и входу амплитудного детектора. Кроме того выход амплитудного детектора подключен к выходу неинвертирующего усилителя через дополнительно введенный конденсатор С2.
ФПУ работает следующим образом:
При детектировании полезного сигнала малой мощности фотогенерированный ток создает импульс напряжения на нагрузке, состоящей из включенных параллельно сопротивления резистора R2, входного импеданса усилителя, а также паразитных емкостей, в том числе емкости резистора R2. Причем, сопротивление резистора R2 выбиралось из соображений максимизации соотношения сигнал/шум на выходе неинвертирующего усилителя. Вследствие того, что неинвертирующий усилитель 4, обладает коэффициентом передачи, близким к единице, а также малым выходным сопротивлением, на аноде фотодиода 2 и выходе амплитудного детектора 3 соединенных между собой через конденсатор C1 и подключенных через конденсатор С2 к выходу усилителя, формируется импульс напряжения, совпадающий по амплитуде и полярности с импульсом напряжения, действующим на катоде фотодиода и входе амплитудного детектора. Таким образом, включенные на высокой частоте параллельно емкости фотодиода и амплитудного детектора не перезаряжаются, что не приводит к дополнительному интегрированию сигнала на входе.
При увеличении мощности детектируемого светового импульса на входе усилителя формируется амплитуда сигнала, при которой входной транзистор входит в режим отсечки и на выходе усилителя наступает ограничение амплитуды сигнала. При этом максимальная амплитуда сигнала формируемого на входе усилителя будет превышать амплитуду сигнала на выходе усилителя на величину равную пороговой амплитуде напряжения амплитудного детектора, который на высокой частоте шунтирует сопротивление резистора R1. В результате, при мощной засветке фотоприемного устройства фотогенерированный ток протекает через малое сопротивление амплитудного детектора, что предотвращает расширение электрического импульса на выходе усилителя.
Стойкость фотоприемного устройства к засветке мощным импульсом лазерного излучения определяется стойкостью применяемого германиевого лавинного фотодиода, которая составляет 108 Вт/см2 [3], что гарантирует работоспособность ФПУ после засветки фотодиода световым импульсом мощностью менее 100 Вт.
Испытания показали, что на длине волны излучения λ=1,064 мкм при длительности светового импульса 10 нс чувствительность фотоприемного устройства составляет 100 нВт, а при засветке импульсом мощностью 50 мВт расширение электрического импульса на выходе неинвертирующего усилителя не превышает 500 не.
Помимо этого дополнительно были проведены испытания, показавшие сохранение работоспособности фотоприемного устройства после засветки фотодиода световым импульсом мощностью 100 Вт.
Источники информации:
1. Шевцов Э.А. Белкин М.Е. Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи. М.: Радио и связь, 1992. стр. 161 рис. 5.72.
2. Патент РФ №2083958 - прототип
3. Короннов А.А., Сафутин А.Е., Землянов М.М., Зверев Г.М. Повышение стойкости фотоприемных устройств на базе германиевого лавинного фотодиода к воздействию мощного лазерного излучения. // Прикладная физика. 2015. №6. С. 65-79

Claims (1)

  1. Фотоприемное устройство содержит источник питания, неинвертирующий усилитель, амплитудный детектор, фотодиод, катод которого соединен с входом амплитудного детектора и с входом неинвертирующего усилителя, а анод соединен с источником питания через резистор, отличающееся тем, что анод фотодиода дополнительно соединен через разделительный конденсатор с выходом амплитудного детектора, который соединен через дополнительно введенный конденсатор с выходом неинвертирующего усилителя.
    Figure 00000001
RU2016115195/28U 2016-04-20 2016-04-20 Фотоприемное устройство RU165106U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115195/28U RU165106U1 (ru) 2016-04-20 2016-04-20 Фотоприемное устройство

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115195/28U RU165106U1 (ru) 2016-04-20 2016-04-20 Фотоприемное устройство

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU165106U1 true RU165106U1 (ru) 2016-10-10

Family

ID=57122373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016115195/28U RU165106U1 (ru) 2016-04-20 2016-04-20 Фотоприемное устройство

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU165106U1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192302U1 (ru) * 2019-07-09 2019-09-12 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Импульсное приемное устройство
RU2755601C1 (ru) * 2020-11-26 2021-09-17 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Способ обнаружения оптических сигналов

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192302U1 (ru) * 2019-07-09 2019-09-12 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Импульсное приемное устройство
RU2755601C1 (ru) * 2020-11-26 2021-09-17 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Способ обнаружения оптических сигналов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230400558A1 (en) Lidar receiving apparatus, lidar system and laser ranging method
Ngo et al. Wideband receiver for a three-dimensional ranging LADAR system
US10203400B2 (en) Optical measurement system incorporating ambient light component nullification
US9064981B2 (en) Differential optical receiver for avalanche photodiode and SiPM
Cho et al. A high-sensitivity and low-walk error LADAR receiver for military application
JPH09105776A (ja) レーザ測距器用の温度補償されたapd検出器バイアスおよび伝達インピーダンス増幅器回路
JP2014081253A (ja) 光検出器
US8886697B2 (en) Solid state photomultiplier with improved pulse shape readout
RU165106U1 (ru) Фотоприемное устройство
CN102427388B (zh) 一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机
KR20140122553A (ko) 광 수신 장치
CN112583365B (zh) 带温度补偿及自动衰减功能的位敏跨阻放大器
Mu et al. Evaluation and experimental comparisons of different photodetector receivers for visible light communication systems under typical scenarios
CN107817097B (zh) 激光器光检测电路
TW201421926A (zh) 用於提升光接收器靈敏度之檢光裝置
CN105606213B (zh) 一种激光微脉冲峰值功率测试装置
KR20210126959A (ko) 게이트 신호 발생기를 내장한 포토 다이오드 기반 광자 검출 장치
Hintikka et al. A CMOS laser radar receiver for sub-ns optical pulses
Nadeev et al. Comparison of an avalanche photodiode and a photomultiplier tube as photodetectors of near-infrared radiation in the photon-counting mode
CN105043563A (zh) 一种积分门控单光子探测器的积分电容放电电路及方法
RU2750442C1 (ru) Способ приема оптических сигналов
EP3296761A1 (en) Distance measuring device
Ma et al. A 64× 64-pixel Image Sensor with Gain-configurable Photodiodes and Combined Subrange Method
CN217428089U (zh) 一种光电探测器前放电路
KR20240130935A (ko) 광전 소자