四象限光电探测器在激光光学系统中的典型应用分析VIP免费

四象限光电探测器在激光光学系统中的典型应用分析刘宁，柴金华(中国人民解放军炮兵学院，安徽合肥230031)摘要：分析了四象限光电探测器在激光制导、光镊、扫描探针显微镜和空间光通信等激光光学系统中的典型应用。结果表明，四象限光电探测器应用在激光制导中具有高制导精度的优势；应用在光镊系统和扫描探针显微镜中具有纳米级分辨率：应用在空间光通信中具有较高跟踪和定位精度。关键词：四象限光电探测器；激光制导；光镊；扫描探针显微镜；空间光通信中图分类号：TN366AnalysisofTypicalApplicationsofQuadrantPhotodetectorstoModernOpticalSystemsLIUNing，CHAIJin—hua(ArtilleryAcademyofPlJAHefei230031，China)Abstract：Thetypicalapplicationsofquadrantphotodetectorstomodemopticalsystemssuchaslaserguidance，opti-caltweezers，scanningprobemicroscopeandfreespaceopticalcommunicationwereanalyzed．Theresultsshowedthatquadrantphotodetectorcouldprovidhighguidanceprecisionappliedtolaserguidance，nanoresolutionappliedtoopticaltweezersandscanningprobemicroscope，andhightrackingprecisionappliedtospaceopticalcommunica。tion．Keywordsquadrantphotodetector；laserguidance；opticaltweezers；scanningprobemicroscope；freespaceopticalcommunicationJ!an2009．L———————一1引言四象限光电探测器广泛应用于跟踪【l21、制导、定位[51和准直[61等方面，作为测量组件在扫描探针显微镜、光镊以及空间光通信等激光光学系统中也有着大量的应用。近年来，我们重点关注了制导中四象限光电探测器及相关电路的抗干扰问题．考虑到四象限光电探测器在现代激光光学系统中的重要应用，且目前尚无文献对此做综述，故本文按制导、光镊、扫描探针显微镜和空问光通信的顺序。对近年来四象限光电探测器在这4个方面的典型应用做出了归纳和分析。2四象限光电探测器在激光制导系统中的应用目前应用最为广泛的激光制导模式是激光半主动(SAL)制导，典型的激光半主动制导武器系统主要由带激光半主动导引头的导弹(炸弹、炮弹)、发射平台和激光目标指示器构成。大部分激光导引头均采用四象限光电探测器作为获取目标空间坐标信息的传感器件。四象限探测器由相互独立的4只光电二极管组成，4只光电管以光学系统的轴线为对称轴，置于焦平面附近。导引头也可采用双四象限光电探测器．对来自不同区域的信号采用不同的模式处理。对外围区(qbl0mm)的信号可以采用开关电路进行处理，对中心区四象限f2mm)的信号采用线性电路进行处理I31，这样可以方便地调节导引头的跟踪视场。以适应不同的目标。在目标捕获阶段，双四象限均可接收目标信号，跟踪视场角大，为一15。一+l5。，便于发现和捕捉目标：而在自动导引阶段f线性跟踪阶段)，外围信号通道被关断，导引头跟踪视场缩小到一3。一+3。．从而降低了外部干扰的几率，提高了系统的灵敏度．但在具有发射前锁定功能的导弹上，这种指标就满足不了要求。双四象限的缺点是内外象限需切换，系统复杂，成本高。四象限探测器分为Si雪崩光电二极管(APD)四象限探测器和PIN光电二极管(PIN)四象限探测器，表1为两者之间性能的比较。激光制导武器的命中精度高，表2为几种采用四象限光电探测器的激光制导武器的性能对比。从表2可知，采用四象限光电探测器的精确激光制导武器攻击固定目标的命中精度f圆概率偏差)基本都在lm以内，可以实现对目标的精确打击，这在现代战争中已得到证实。比如在海湾战争中，F一117投掷激光制导炸弹的误差仅为1～2m，车臣战争中，精确制导炸弹的误差仅为1m左右，而精确制导导弹的精度则可以达到0．5m。表1APD和PIN四象限探测器在制导应用中的对比nAGM一65E幼畜LGB宝石路I型铜斑蛇Nimrod猎人空地导弹制导炸弹制导炮弹反坦克导弹19751970年代197119920．3～lm3m0．4～O．9m4～20km1m26km美国美国美国以色列光机电信息Jan．2009由于半主动激光制导易受天气以及对方激光对抗手段的干扰，目前激光制导的发展方向为采用激光雷达fLidar)的主动导引头，激光半主动与非制冷红外成像、毫米波寻的等制导体制相结合的以四象限探测...