光検出器シリーズ：バランス光検出器の紹介

はじめにバランス光検出器（光電子バランス検出器）
バランス光検出器は、光結合方式によって光ファイバ結合型と空間光結合型に分けられます。内部は、2つの高整合フォトダイオード、低ノイズ・広帯域トランスインピーダンス増幅回路モジュール、超低ノイズパワーモジュールで構成されています。高同相除去比、超低ノイズ、高帯域といった特徴を有し、コヒーレント光通信分野で広く利用されています。近年、各国の企業や大学の研究対象となっています。
バランス光検出器の動作原理（光電子バランス検出器)
バランス型光検出器は、逆バイアス状態の2つのフォトダイオードを受光部として用います。光信号を受信すると、2つのフォトダイオードによって生成された光電流が減算され、トランスインピーダンスアンプに結合され、電流信号を電圧信号に変換して出力します。自己減衰構造の採用により、局部発振器の光電流と暗電流によって発生するコモンモード信号を効果的に抑制し、差動モード信号を増加させることで、微弱光信号の検出能力をある程度向上させることができます。
利点: 高い同相モード除去比、高感度、高検出帯域幅により、さまざまなアプリケーション シナリオに対応できます。
デメリット: 飽和光パワーが低く、弱い光の検出にしか適しておらず、統合性を向上させる必要があります。

図：バランス検出器の動作原理図
バランス光検出器（オプトエレクトロニクス）の性能パラメータバランス検出器)
1. 応答性
応答性は、フォトダイオードが光信号を光電流に変換する効率、つまり光電流と光パワーの比を指します。応答性の高いフォトダイオードを選択することで、バランス光検出器の感度を効果的に向上させることができます。
応答性は、フォトダイオードが光信号を光電流に変換する効率、つまり光電流と光パワーの比を指します。応答性の高いフォトダイオードを選択することで、バランス光検出器の感度を効果的に向上させることができます。
2. 帯域幅
帯域幅は、バランス フォトディテクタの出力信号振幅が -3dB 減少する信号周波数を表し、フォトダイオードの寄生容量、トランスインピーダンスのサイズ、およびオペアンプのゲイン帯域幅積に関連しています。
3. 同相除去比
共通モード除去比は、バランス型検出器による共通モード信号の抑制度合いを測定するために使用され、市販製品では通常、最小 25dB の共通モード除去比が必要です。
4.ネップ
雑音等価電力：信号対雑音比（S/N比）が1のときに必要な入力信号電力。システムの雑音性能を測定する上で重要なパラメータです。バランス検出器の雑音の主な成分は、光散乱雑音と電気雑音です。

バランス光検出器（光電子バランス検出器）の応用
近年、バランス光検出器は、レーザー風向レーダー、レーザー振動測定、光ファイバーセンシング、微弱光コヒーレント検出、スペクトル検出、ガス検出などの分野で広く使用されています。バランス検出器の高速、高帯域幅、低ノイズ、高同相モード除去比、高感度に関する研究は飛躍的な進歩を遂げ、さまざまなアプリケーションシナリオに対応するために高集積化と低消費電力化に向けて開発が進められています。