Tarp daugybės fotoaptikimo įrenginių keturių{0}}kvadrantų fotodetektorius (4-QPD) užima nepakeičiamą vietą laukuose, kuriuose reikia didelio-tikslumo ir didelės spartos padėties matavimo. Tai ne tik „akis“, kuri aptinka šviesos buvimą, bet veikiau „bullseye“, galinti tiksliai nustatyti šviesos taško nusileidimo padėtį.
I. Pagrindinė struktūra ir veikimo principas
Pagrindinė 4-QPD struktūra, kaip rodo pavadinimas, yra viena šviesai jautri sritis, padalyta iš kryžiaus- formos tarpo į keturis visiškai nepriklausomus ir labai identiškus sektorius (A, B, C, D). Šie keturi sektoriai iš esmės yra keturi fotodiodai, išdėstyti vienas šalia kito.
Kai sufokusuotas šviesos taškas apšviečia šviesai jautrų paviršių, kiekviename kvadrante jis generuoja fotosrovės signalus, kurie yra proporcingi gaunamos šviesos intensyvumui. Apdorojant ir naudojant šiuos keturis nepriklausomus elektrinius signalus (IA, IB, IC, ID), galima apskaičiuoti tikslią šviesos taško centroido padėtį.
Pagrindinis padėties apskaičiavimo principas yra toks:
Horizontalus (X-ašis) poslinkis: ( (IA + ID) - (IB + IC) ) / (IA + IB + IC + ID)
Vertikalus (Y-ašis) poslinkis: ( (IA + IB) - (IC + ID) ) / (IA + IB + IC + ID)
Šis normalizuotas skaičiavimas išradingai panaikina absoliutaus šviesos intensyvumo įtaką, užtikrindamas, kad išvestis priklauso tik nuo santykinės taško padėties. Kai taškas yra idealiai centre, visi keturi kvadrantai gauna vienodą šviesą, o skaičiavimo rezultatai yra lygūs nuliui. Kai dėmė nukrypsta nuo centro, rezultatai rodo nuokrypio kryptį ir dydį.
II. Pagrindinės techninės charakteristikos
Aukštos pozicijos skiriamoji geba:Tai yra ryškiausia 4-QPD savybė. Tiksliai išmatuodamas diferencialinius signalus, jis gali aptikti itin mažus šviesos taško poslinkius ir pasiekti iki mikrometro ar net nanometro lygio skiriamąją gebą, pranokstančią tipiškų padėties jautrių detektorių (PSD) veikimą tam tikromis sąlygomis.
Greitas reagavimo greitis:Puslaidininkiniams fotodiodams būdingų savybių dėka 4-QPD siūlo labai greitą atsako greitį, paprastai nuo nanosekundžių iki mikrosekundžių. Tai leidžia jiems stebėti dideliu greičiu-judančius taikinius arba greitai besikeičiančias taškų pozicijas realiuoju laiku.
Kompaktiška struktūra ir lengvas integravimas:Jo padėties -jutimo funkcija yra integruota į miniatiūrinį lustą, todėl konstrukcija yra labai kompaktiška ir lengvai įtraukiama į įvairias tikslias optines sistemas, derinimo etapus ar nešiojamus įrenginius.
Pozicijos ir intensyvumo įgijimas vienu metu:4-QPD pateikia ne tik informaciją apie padėtį, bet ir bendrą krintančios šviesos intensyvumą, gautą iš visų keturių kvadrantų (IA+IB+IC+ID) fotosrovių sumos. Ši funkcija labai naudinga tais atvejais, kai reikia vienu metu stebėti optinę galią.
III. Tipinės taikymo sritys
Išnaudojęs šias savybes, 4-QPD šviečia daugelyje aukštųjų technologijų sričių:
Lazerinis valdymas ir sekimas:Karinėse ir aviacijos srityse jis naudojamas lazerinio orientavimo sistemose kaip ieškantis lazerio taško, atsispindėjusio nuo taikinio, padėties, kad būtų galima realiuoju laiku{0}}koreguoti skrydžio trajektoriją.
Laisvas-erdvės optinis ryšys:Lazeriniam ryšiui tarp palydovų arba tarp žemės ir palydovo, 4-QPD naudojami tiksliuose gavimo, nukreipimo ir sekimo (APT) posistemiuose, siekiant užtikrinti, kad ryšio spindulys išliktų stabiliai suderintas su nutolusiu imtuvu.
Optinis tikslumas:Prietaisuose, tokiuose kaip atominių jėgų mikroskopai (AFM) ir optiniai pincetai, jis naudojamas mikro{0}}konsolių ar mažų dalelių nanodalelių poslinkiams aptikti.
Automatinis-Išlygiavimas ir kolimacija:Pramoniniuose procesuose, tokiuose kaip optinio pluošto sujungimas ir integrinių grandynų fotolitografija, 4-QPD leidžia labai tiksliai automatiškai išlygiuoti lazerio spindulius arba optinius komponentus.
Išvada
Dėl savo išradingo dizaino keturių{0}}kvadrantų fotodetektorius sudėtingą padėties matavimo problemą paverčia patikima elektroninio signalo apdorojimo užduotimi. Jis sujungia didelę skiriamąją gebą, didelį greitį ir kompaktišką struktūrą, tarnauja kaip kritinis tiltas, jungiantis optinį pasaulį su elektroninėmis valdymo sistemomis. Nors jis turi nelinijinę sritį, kai susiduriama su didelėmis ar sudėtingos{4}}formos šviesos dėmėmis, išskirtinis našumas labai tiksliai nustatant mažų dėmių padėtį užtikrina, kad jis išliks puikus šiuolaikinės optoelektroninės technologijos perlas, nuolat skatinantis pažangiausių{6}}mokslo ir technologijų pažangą.
Tarp daugybės fotoaptikimo įrenginių keturių{0}}kvadrantų fotodetektorius (4-QPD) užima nepakeičiamą vietą laukuose, kuriuose reikia didelio-tikslumo ir didelės spartos padėties matavimo. Tai ne tik „akis“, kuri aptinka šviesos buvimą, bet veikiau „bullseye“, galinti tiksliai nustatyti šviesos taško nusileidimo padėtį.