第18卷�第10期2010年10月�����������光学精密工程�OpticsandPrecisionEngineering�������Vol.18�No.10�Oct.2010��收稿日期:2009�10�15;修订日期:2010�01�18.��基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.60677009);吉林省自然科学基金资助项目(No.20070527);吉林省教育厅�十一五�规划资助项目(No.2007294);国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2003AA712014)文章编号�1004�924X(2010)10�2164�07四象限探测器的特性测试赵�馨,佟首峰,姜会林(长春理工大学,吉林长春130022)摘要:研究了用四象限探测器检测光斑中心位置时,入射光斑的各种特性和外部环境对象限探测器输出产生的影响。通过理论推导得出了入射椭圆高斯光斑时光斑中心位置与探测器输出的关系公式及检测灵敏度公式;搭建实验系统完成了室内及野外测试实验。实验结果表明,室内环境下探测器具有较高的检测精度与细分能力;在极限灵敏度下通过数字滤波可以使器件具有36细分的能力;测量了象限探测器的电压特性,完成了背景光特性、光斑大小特性、信噪比特性测试实验。野外实验表明,光强闪烁对探测器影响很大,当大气折射率结构常数为10-16时,距离在830m时器件仅具有7细分能力,距离在12.5km时基本没有细分能力,已经无法进行光斑检测。关�键�词:四象限探测器;椭圆高斯光斑;光强闪烁;细分能力中图分类号:TP212.14;TN366��文献标识码:A��doi:10.3788/OPE.20101810.2164Experimentaltestingoncharacteristicsoffour�quadrantdetectorZHAOXin,TONGShou�feng,JIANGHui�lin(ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Changchun130022,China)Abstract:Thebasiccharacteristicsofincidentspotsandeffectsofexternalspaceenvironmentsonafour�quadrantdetectorwereresearchedwhenitwasusedtodetectthespotcenter.TheformulaeoftheoutputandsensitivityofthedetectorwereproposedwhentheincidentspotsshowedanellipticalGaussian�distribution.Anexperimentalsystemwassetuptotestandverifythecharacteristicsofthequadrantdetectorinanindoortestandafieldtest.Experimentalresultsdemonstratethatthedetectorhashigherdetectionaccuracyandsubdivisionintheindoortest,andcanoffera36�subdivisionwithdigitalfilteringatalimitedsensitivity.Bythevoltagecharacteristiccurves,thebackgroundlights,spotsizesandtheratioofsignaltonoisewerestudied.Theexperimentsinthefieldwerealsocomple�tedbetweenthetwospotsof830mand12.5km.Itispointedoutthattheinfluenceofirradiancescintillationonthedetectorisrigiderthanthatoftheindoortest.Whentherefractiveindexstructureparameteris10-16,thesubdivisionisonly7inadistanceof830m,furthermore,itcannotdetectspotsin12.5kmforthesubdivisionisinvalid.Keywords:four�quadrantdetector;ellipticalGaussian�distributedspot;irradiancescintillation;sub�division1�引�言��四象限探测器因为具有灵敏度和位置分辨率高、光谱范围宽、体积小、响应快、动态范围宽等特点,在光斑位置检测中得到了广泛应用,尤其是在空间光通信中,光波段从800nm改为1550nm,使用四象限探测器对实现通信光与精信光标统一、减小系统体积十分有效;而在1550nm波段用于激光光斑位置判定时,由于红外CCD探测器受限,象限探测器也是理想的选择。从目前国内外报道的空间光通信系统成功案例和通信系统规划看,象限探测器主要应用在捕获、对准、跟踪(APT)系统精跟踪的光斑检测和提前量伺服系统的光斑检测。例如,日本NADSA研制的LUCE系统采用象限探测器来完成精跟踪光斑检测及光斑中心计算,其链路为光通信系统的垂直链路[1�2]。象限探测器对光斑中心的计算使用的是质心算法,光斑的模型多数为均匀光斑、高斯光斑、艾丽光斑等,而在实际应用环境中由于受到分光系统、反射系统、振动等因素的影响,光斑多数为椭圆的高斯光斑,这对测量精度必然产生影响,因此,有必要对象限探测器的探测特性进行研究[3]。使用象限探测器时一个很重要的性能指标是其细分能力,即探测器可以分辨的光斑...
