四象限探测器工作原理

四象限光电探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件。

使用四象限探测器来完成掩模的预对准是一种行之有效并且经济适用的方法，对于实现掩模版的预对准完全可行，通过初步的实验发现，该系统可以完成在10mm的对准精度，在改变环境为净化间环境以及提高安装精度后，该值可以满足最终的要求。

四象限光电探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，常用于激光制导或激光准直中。目前在光电探测系统中广为使用的多元非成像光电探测器多为四象限光电探测器件（以下简称四象限）。它包括各种规格的硅光电池以及类型各异的四象限光电二极管，如四象限PIN光电二极管、四象限雪崩光电二极管等。

1.四象限光电探测器概述

使用四象限探测器来完成掩模的预对准是一种行之有效并且经济适用的方法，对于实现掩模版的预对准完全可行，通过初步的实验发现，该系统可以完成在10mm的对准精度，在改变环境为净化间环境以及提高安装精度后，该值可以满足最终的要求。

2.预对准

使用四象限来完成掩模的预对准可以使系统更经济、紧凑。该系统的精度要求在7mm，可以用四象限来实现。该预对准系统由光源、透镜组，掩模版以及四象限组成，如图3所示，A为LD光源，发射近红外准直激光，波长为650nm，带宽10nm，发散角0.1~0.2mrad，准直扩束后的光束直径为5mm，其具体型号为Sanyo（SD650-80G3）。B为直角棱镜，C为掩模版，D为窄带滤波片，主要作用为滤去背景杂散光，提高系统信噪比；E为直角棱镜；F为四象限，其有效直径为2mm，峰值波长为820nm，具体型号为Centronic（QD7-5）。其输出功率？40mw，工作温度范围在-25℃～+75℃之间。

3.信号处理算法

图４所示为束斑在四象限上的位置。图中四象限探测器光敏面的半径为R。四象限中心与直角坐标的零点O重合。图中四象限的对称轴分别与坐标的x、y轴重合。束斑中心为O？。当O？位于四象限中心时，四个象限上接收到的光信号强度相等，经计算处理后得到的误差信号为零。当O？逐渐偏离Ｏ时，Er逐渐增大。Ex、Ey分别代表Er在x、y方向上的分量。为消除束斑光强（光能量或功率）波动对Er的影响，通常要对Er进行归一化处理。即在Er计算过程中除以一个与束斑光强度相关的量值。根据不同的应用目的，束斑半径r相对于四象限光敏区半径R存在一个最佳值ropt。对大多数应用场合ropt取1/2R。