[发明专利]一种四象限探测器的标定方法

说明书

本发明公开了一种四象限探测器的标定方法，具体步骤为：根据入射光的能量分布规律，确定白噪声背景光；根据四象限探测器的尺寸、盲区、光敏度以及背景光噪声，确定探测器的响应值；利用光斑位置测量算法计算各象限由光斑引起的输出电压值；利用定位算法计算光斑质心的实际偏移量，根据光斑质心的实际偏移量确定探测器的测量误差。本发明将探测器盲区宽度加入模型进行计算，使计算精度更高。

技术领域

本发明属于光电测量领域，具体为一种可适应多种光束的四象限探测器标 定方法。

背景技术

四象限探测器(4-QD)是一种基于光导模式进行工作的光敏探测器件，它利 用光刻技术将光敏面分割成4个面积和形状均匀且相等的探测区域，各区域性 能参数基本保持一致。当有入射光照射在其光敏面时，根据各象限输出的比例 不同的电信号，以及预先设置的定位算法进行解算处理，从而计算出入射的光 斑中心在探测器光敏面上的坐标信息。

象限探测器的检测精度较高，且响应时间很短，配合APD结构的雪崩倍增 效应可以获得很高的探测响应度。若光敏面所受到照射的衍射成像光斑的质量 和大小都符合理想情况，则探测器可以获得很高的空间分辨率。因此，象限探 测器可应用于高精度能够快速智能定位的探测系统，对于需要精密定位的激光 测角、准直、自动定位并跟踪的测量系统，象限探测器的应用十分广泛。

4-QD的主要优势有：位置分辨率高，位置检测精度高；处理电路简单，器 件结电容较小，响应时间短。4-QD的主要劣势有：受到器件本身的限制，动态 范围较小；存在不产生光电效应的盲区(象限之间的沟道)。

当四象限探测器用于测量时，理想情况下，各象限的光电转换效率和暗电 流的影响都应相同。因此当有相应波长的入射光照射在探测器的各个光敏面上 时，各象限将根据区域内受照射的光斑能量的大小而生成相应的光电流输出信 号，通过对这四个象限的输出信号进行计算和处理，可以确定入射光斑的中心 照射在光敏面上的坐标方位。各象限之间的间隔区域就是利用光刻加工生成的 “盲区”(或“死区”)，在制造工艺上要求尽量将其做得越窄越好。盲区将探测 器的光敏面分割成A、B、C、D四个部分，各部分的光敏面各自引出一根导线， 而探测器的背面基区也引出一根导线作为四象限的公共极。

实际情况中光斑的能量分布通常呈高斯分布，而且形状并不都是圆形，而 在实际的测量情况中，光斑的形状和光强分布都会影响探测器的测量精度。传 统的光斑能量分布模型仅能描述理想的圆形高斯光斑，而对于椭圆形的高斯光 斑，传统的各象限的响应情况和测量算法的解算误差则不能够精准的描述。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种能够标定四象限探测器的方法，能够在多种 场合和情况下对探测系统的测量误差进行计算。

一种四象限探测器的标定方法，具体步骤为：

步骤1、根据入射光的能量分布确定模型，然后根据能量分布模型确定背景 光噪声；

步骤2、根据四象限探测器的象限尺寸、盲区宽度、光敏响应度以及背景光 噪声，确定各象限的响应值；

步骤3、利用定位算法计算各象限的输出电压值；

步骤4、根据由高斯光斑引起的各象限的输出电压值，计算光斑质心的实际 偏移量，根据光斑质心的实际偏移量确定探测器的测量误差。

所述步骤1确定的能量分布模型能够表示各个象限受到的光照强度、背景 光造成的白噪声光强、光敏面各象限的边长、象限间盲区的半宽度。

所述步骤4中光斑质心的实际偏移量中，包涵了光响应度、电流-电压转换 系数的比例系数。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：