光検出器シリーズ：バランス型光検出器入門

入門バランス型光検出器（光電式天秤検出器）
バランス型フォトディテクタは、光結合方式によって光ファイバー結合型と空間光結合型に分類されます。内部構造は、高精度にマッチングされた2つのフォトダイオード、低ノイズ・広帯域幅のトランスインピーダンスアンプ回路モジュール、および超低ノイズ電源モジュールで構成されています。高い同相除去比、超低ノイズ、広帯域幅といった特徴を持ち、コヒーレント光通信分野で広く利用されています。近年、各国の企業や大学において研究のホットスポットとなっています。
バランス型光検出器の動作原理（光電子式天秤検出器)
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素子として使用します。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て、電流信号が電圧信号に変換されて出力されます。自己減算構造を採用することで、局部発振器の光電流と暗電流によって生じ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幅することで、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：高い同相除去比、高感度、および広い検出帯域幅により、さまざまなアプリケーションシナリオに対応できます。
欠点：飽和光出力が低く、微弱光検出にしか適さない。集積度の改善が必要である。

図：バランス検出器の動作原理図
バランス型光検出器（光電子式）の性能パラメータバランス検出器)
1. レスポンスの良さ
応答性とは、フォトダイオードが光信号を光電流に変換する効率、すなわち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、バランス型光検出器の感度を効果的に向上させることができます。
応答性とは、フォトダイオードが光信号を光電流に変換する効率、すなわち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、バランス型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、バランス型フォトディテクタの出力信号振幅が-3dB減衰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大きさ、および演算増幅器のゲイン帯域幅積に関係しています。
3. 同相除去比
同相信号除去比は、平衡型検波器による同相信号の抑制度合いを測定するために用いられ、市販製品では一般的に最低25dBの同相信号除去比が求められる。
4.NEP
雑音等価電力（NEPP）：信号対雑音比が1となるために必要な入力信号電力であり、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。平衡検出器の雑音の主な構成要素は、光散乱雑音と電気雑音です。

天秤光検出器（光電子式天秤検出器）の応用
近年、バランス型光検出器は、レーザー風速レーダー、レーザー振動計測、光ファイバーセンシング、微弱光コヒーレント検出、分光検出、ガス検出などの分野で広く利用されています。バランス型検出器の高速性、広帯域幅、低ノイズ、高同相除去比、高感度に関する研究は大きな進歩を遂げ、様々な応用シナリオに対応するため、高集積化と低消費電力化に向けて発展を続けています。