一种可精密调零的平衡光电探测器

本技术属于光电探测，特别涉及一种可精密调零的平衡光电探测器。

背景技术：

1、连续变量压缩态光场在特定分量能够突破量子噪声极限，在量子信息科学的发展中已经成为不可或缺的量子资源。平衡光电探测器广泛应用于量子光学实验中，能实现对光场压缩态的有效探测。

2、传统的平衡光电探测器由于两个光电二极管参数不完全一致、实际运放器件本身失调电压和偏置电流的影响，得到的量子信号都存在直流分量，不利于量子光学实验中对压缩态的测量。现有技术中采用电容隔直的方式来消除直流分量，但是这种方式会使输入阻抗随频率变化，使低频段的放大倍数降低，传递低频信号能力弱，使放大器的频率特性变差。

3、另外，传统探测器的电路中采用运放同相端串联相同阻值的补偿电阻，以此来减小运放输入电流引起的偏置效应，但是由于输入失调电流的存在，这种电阻匹配的方法不能完全抵消运放输入电流的引起的偏置效应。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种可精密调零的平衡光电探测器，用于解决现有技术中的光电探测器调零不精确、稳定性差、可靠性低的问题。

2、本实用新型采用的技术方案是一种可精密调零的平衡光电探测器，包括稳压电路、光电转换电路、i-v转换电路和二级放大电路；

3、所述光电转换电路与i-v转换电路连接；所述i-v转换电路与二级放大电路连接；所述稳压电路用于将电源电压转换稳压；所述稳压电路分别与光电转换电路、i-v转换电路和二级放大电路连接；

4、所述i-v转换电路包括跨阻放大电路和精密调零电路；

5、所述跨阻放大电路用于将光电转换电路输出的电流信号转换成电压信号；

6、所述精密调零电路包括电压基准电路和可微调电路；

7、所述电压基准电路与可微调电路连接；所述可微调电路与跨阻放大电路连接。

8、优选的，所述电压基准电路包括第五运算放大器u5、第六运算放大器、第一电压基准芯片l1、第二电压基准芯片l2、第八电阻r8和第九电阻r9；

9、所述第九电阻r9的一端连接正电源电压，另一端连接第一电压基准芯片l1和第五运算放大器u5的同相输入端；所述第一电压基准芯片l1的另一端接地；所述第五运算放大器u5的反相输入端连接输出端；

10、所述第八电阻r8的一端连接负电源电压，另一端连接第二电压基准芯片l2和第六运算放大器u6的同相输入端；所述第二电压基准芯片l2的另一端接地；所述第六运算放大器u6的反相输入端连接输出端。

11、优选的，所述可微调电路包括依次连接的第二电阻r2、第四电阻r4和第三电阻r3；所述第二电阻r2的一端连接第五运算放大器u5的输出端；所述第三电阻r3的一端连接第六运算放大器u6的输出端；所述第四电阻r4为微调电位器；所述第四电阻r4的调节端连接跨阻放大电路。

12、优选的，所述跨阻放大电路包括第一运算放大器u1和第一电阻r1；所述第一电阻r1的两端分别与第一运算放大器u1的反相输入端和输出端连接；所述第一运算放大器u1的同相输入端与第四电阻r4的调节端相连接；所述第一运算放大器u1的反相输入端与光电转换电路2的输出端连接；所述第一运算放大器u1的输出端与二级放大电路连接。

13、优选的，所述光电转换电路包括串联设置的第一光电二极管d1和第二光电二极管d2；所述第一光电二极管d1的正极和第二光电二极管d2的负极连接i-v转换电路的输入端。

14、优选的，所述二级放大电路包括第二运算放大器u2、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7；

15、所述第五电阻r5的一端与i-v转换电路的输出端连接，另外一端与第二运算放大器u2的同相输入端连接；所述第六电阻r6一端接地，另一端与第二运算放大u2的反相输入端连接；所述第七电阻r7的两端分别连接第二运算放大器u2的反相输入端和输出端。

16、优选的，所述稳压电路1包括将第一正稳压芯片u3、第二负稳压芯片u4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；

17、所述第一正稳压芯片u3的输入端连接正电源电压，其公共端接地，输出端分别连接第一光电二极管d1的负极、第一运算放大器u1的正供电端、第二运算放大器u2的正供电端、第五运算放大器u5的正供电端和第六运算放大器u6的正供电端；所述第一电容c1的正极与第一正稳压芯片u3的输入端连接，其负极接地；第二电容c2的正极与第一正稳压芯片u3的输出端连接，其负极接地；

18、所述第二负稳压芯片u4的输入端连接负电源电压，其公共端接地，输出端分别连接第二光电二极管d2的正极、第一运算放大器u1的负供电端、第二运算放大器u2的负供电端、第五运算放大器u5的负供电端和第六运算放大器u6的负供电端；所述第三电容c3的负极与第二负稳压芯片u4的输入端连接，其正极接地；所述第四电容c4的负极与第二负稳压芯片u4的输出端连接，其正极接地。

19、优选的，所述第二电阻r2与第三电阻r3的并联值等于第一电阻r1；所述第二电阻r2和第三电阻r3均采用金属膜贴片电阻。

20、优选的，所述第一电压基准芯片l1和第二电压基准芯片l2均采用低温漂电压基准芯片；所述第五运算放大器u5和第六运算放大器u6均采用精密运算放大器。

21、本实用新型通过电压基准电路为可微调电路提供稳定、低温漂的供电电压，通过精密调零电路，保证了外部电阻匹配抵消偏置电流影响，同时采用正负电压供电模式，能够微调电阻阻值，产生正负电压分量，抵消输入失调电压、失调电流的影响，进一步消除直流分量对量子信号的影响。与以往使用电容隔离直流分量的方式相比，极大提高了电路的稳定性和可靠性。

技术特征：

1.一种可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，包括稳压电路(1)、光电转换电路(2)、i-v转换电路(3)和二级放大电路(4)；

2.根据权利要求1所述的可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，所述电压基准电路(321)包括第五运算放大器u5、第六运算放大器u6、第一电压基准芯片l1、第二电压基准芯片l2、第八电阻r8和第九电阻r9；

3.根据权利要求2所述的可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，所述可微调电路(322)包括依次连接的第二电阻r2、第四电阻r4和第三电阻r3；所述第二电阻r2的一端连接第五运算放大器u5的输出端；所述第三电阻r3的一端连接第六运算放大器u6的输出端；所述第四电阻r4为微调电位器；所述第四电阻r4的调节端连接跨阻放大电路(31)。

4.根据权利要求3所述的可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，所述跨阻放大电路(31)包括第一运算放大器u1和第一电阻r1；所述第一电阻r1的两端分别与第一运算放大器u1的反相输入端和输出端连接；所述第一运算放大器u1的同相输入端与第四电阻r4的调节端相连接；所述第一运算放大器u1的反相输入端与光电转换电路(2)的输出端连接；所述第一运算放大器u1的输出端与二级放大电路(4)连接。

5.根据权利要求1所述的可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，所述光电转换电路(2)包括串联设置的第一光电二极管d1和第二光电二极管d2；所述第一光电二极管d1的正极和第二光电二极管d2的负极连接i-v转换电路(3)的输入端。

6.根据权利要求1所述的可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，所述二级放大电路(4)包括第二运算放大器u2、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7；

7.根据权利要求1-6任意一项所述的可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，所述稳压电路(1)包括将第一正稳压芯片u3、第二负稳压芯片u4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；

8.根据权利要求3或4所述的可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，所述第二电阻r2与第三电阻r3的并联值等于第一电阻r1；所述第二电阻r2和第三电阻r3均采用金属膜贴片电阻。

9.根据权利要求2所述的可精密调零的平衡光电探测器，其特征在于，所述第一电压基准芯片l1和第二电压基准芯片l2均采用低温漂电压基准芯片；所述第五运算放大器u5和第六运算放大器u6均采用精密运算放大器。

技术总结
本技术涉及一种可精密调零的平衡光电探测器，包括稳压电路、光电转换电路、I‑V转换电路和二级放大电路；所述光电转换电路与I‑V转换电路连接；所述I‑V转换电路与二级放大电路连接；所述I‑V转换电路包括跨阻放大电路和精密调零电路；所述跨阻放大电路用于将光电转换电路输出的电流信号转换成电压信号；所述精密调零电路包括电压基准电路和可微调电路；所述电压基准电路与可微调电路连接；所述可微调电路与跨阻放大电路连接。本技术中，精密调零电路选用精密低温漂电压基准芯片，通过微调电阻阻值，实现抵消由光电二极管参数不一致、实际运放本身的不平衡而产生的直流电压的功能，能有效测量连续变量量子信息科学研究中量子态量子噪声。

技术研发人员：李晨旭,吴治南,张玉驰,李刚
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：20230814
技术公布日：2024/3/12