[实用新型]一种双频激光干涉信号接收器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种信号接收装置，且特别涉及一种双频激光干涉信号接收器。

背景技术

双频激光干涉仪具有大测量范围、高分辨率、高测量精度和高速度等优点，是高精度步进扫描投影光刻机工件台定位不可缺少的测量工具。双频激光干涉仪接收器，将携带测量对象位置变化信息的双频激光干涉信号，经过光电探测器转化为相应频率的电流信号，通过I-V电路再转换为电压信号。接收器输出电压信号的频率变化反映出测量对象位置的变化，也就是接收器输出信号的频率携带测量信息。接收器将电压信号转换为数字信号后输出给后续信号处理系统，在模数转换过程中，需要保证电压信号的幅值稳定。如果电压信号幅值过大，则容易造成输出饱和；幅值过小，则会因为信噪比过低导致信号淹没在噪声中。此外在多轴激光测量系统中，激光经过干涉仪多次分光后，到达接收器的能量非常微弱。这就要求激光干涉仪接收器能准确探测到极弱光信号。

APD(Avalance PhotoDiode)，即雪崩光电二极管，是具有倍增效应的光电探测器，可实现弱信号的探测。在双频激光干涉信号转换中的核心器件。雪崩二极管是利用光生载流子在耗尽层的雪崩倍增效应，产生光电流的倍增效应。所谓雪崩倍增效应是指PN结外加反向偏置电压后，在耗尽层形成一个强电场，当耗尽层吸收光子时，激发出来的光生载流子被强电场加速，以极高的速度与耗尽层的晶格发生碰撞，产生新的光生载流子，并形成连锁反应，从而使得光电流在光电二极管内部获得倍增。APD的转换公式为：

i＝G*P

其中：i为APD转化的电流；

G为APD的转换因子，即增益；

P为光功率。

激光干涉仪接收器的核心部分是将光电探测器输出的电流信号转换为电压信号，即I-V部分，这一部分是通过由运算放大器组成的I-V电路实现，运放输出电压信号Vo为：

Vo＝i*R₂

其中：i为探测器转化的电流信号；

R₂为反馈电阻，即放大倍数。

I-V转换电路的带宽f受到反馈电阻R₂和补偿电容C₁的限制。

f＝1/(2πR₂C₁)

当光强较弱时，为获得较大的输出电压Vo，可以通过增大反馈电阻R₂实现，但是R₂增大却将降低了I-V电路的带宽。因此极弱信号下不能靠增大I-V的反馈电阻来获得信噪比足够高的输出信号。由于APD具有较高的转换因子，即使是在微弱的光强下，由于自身的雪崩效应，能够产生大量的光流子，同样起到增加放大倍数的作用。但当光强过大即i过大时，容易使运放输出V饱和；当光强很弱即i过小时，导致信号淹没在噪声中无法探测到有用信号。因此I-V电路输出的电压信号V尽量保持幅值变化不大。

此外由于APD探测器需要外加一个高压的偏置电压，同时APD探测器的击穿电压对温度十分敏感。当温度变化时，由于击穿电压的变化将引起APD的倍增因子的变化，使得APD探测器工作不稳定，因此，为了保证APD探测器稳定工作，除了对APD探测器外加偏置电压，还需要采取APD增益稳定措施。

保持I-V输出的电压信号Vo稳定有两种途径：一是通过调节I-V电路的放大倍数R₂实现，二是通过调节光电探测器的输出电流实现，即调节增益G实现。第一种方法会影响I-V电路的带宽，甚至造成电路不稳定，因此可以采用调节G的方法来保持输出电压的稳定，具体就是通过偏置电压来调节转换因子，实现输出电压的稳定。

目前的APD偏置电压控制电路多采用温度补偿的方式，但不同的APD，击穿电压随温度变化的关系并不相同，相应的温度补偿系数也不相同，此外仅仅靠温度补偿，不能保证Vo幅值稳定。

实用新型内容

为了克服已有技术中存在的缺点，本实用新型提供一种既能探测微弱的双频激光信号，又能适应光强的变化，自动调整偏置电压的接收器。

为了实现上述目的，本实用新型提出一种双频激光干涉信号接收器，包括：光电探测器，所述光电探测器为雪崩光电二极管；电流电压转换模块，其输入端和所述光电探测器相连；整流滤波模块，和所述电流电压转换模块的输出端相连；电源控制模块，其输入端和所述整流滤波模块相连；限位保护模块，和所述电源控制模块相连；偏置电源模块，和所述电源控制模块相连。

可选的，所述电流电压转换模块包括第一放大器和第二放大器，所述第一放大器的反向输入端和第一二极管相连，所述第一放大器的输出端连接所述第二放大器的反向输入端。