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如何从强光中检测微弱信号
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如何从强光中检测微弱信号
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运算放大器
由于光电二极管具有恒流源性质，所以它对于运算放大器输入失调电压不敏感，但是由于光电二极管通常信号电流很微小，受电流影响非常敏感，只允许放大电路很小的偏置电流。但是偏置电流小，会影响放大倍数。提高放大倍数和控制噪声，需要较高的电路工作电压和大的工作电流。这些就是通常测量仪器电路工作电压较高、工作电流较大的原因。 为满足高输入阻抗要求，同时一定程度上保证放大电路的其他性能，发展出很多前置场效应管或者前置 CMOS 电路的运算放大器。CMOS 电路有低功耗低电压的优点，缺点是噪声稍大一点。过去的印象，没有综合性能好的运算放大器。这个问题随着技术的进步和市场的培育有了很大改观。近几年很多前置 CMOS 电路的自稳零运算放大器，比如 MCP6V01 等，综合性能很好，价格也不贵，通常几十元人民币一个。只是做测量电路，不仅仅是运算放大器的问题，还需要匹配电源、精密电阻等各种元件，能够做到无损清洁焊接。正因为有很多困难，仪器厂几百元的零件组装出的仪器要卖给我们几千元、上万元。 |
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youngler的研究确实做得深入，不过我还是认为，是理论，那就要拿出新理论；是应用，那就拿出新发明创造。
黄鹏辉 |
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理论的问题讨论不出结果，渐渐地兴趣转到实验方面的研究。精密的实验有很多技术问题需要解决，玩起来需要很多很多的时间，所以很少上网与大家交流。比如，由于光学工艺的变化，一个半反射膜就给现代 Michelson 实验在技术上带来很大的麻烦。现在你要做镀银的半反射膜，厂家说半反射膜早就不做银膜了。现代膜工艺的半反射膜，价格低，反射效率高，但是带来的问题，差点酿成大错。现代膜工艺的半反射膜，有一个严重的问题就是分光比随光束偏振有一些变化，这可是要命的问题。幸好在决定购买激光器之前发现了这个问题。半导体激光器，偏振稳定的，波长不稳定，波长稳定的，偏振不稳定。现代光学实验很多，那么偏振不稳定问题又是如何解决的呢？于是想到在光纤陀螺中使用的光源，SLD 光源。所谓 SLD ，就是没有两个平行反射面作为谐振腔的激光二极管，发光原理是激光的，只是光束是发散的，不像通常印象中的激光。这种激光没有偏振现象，所以分光膜的偏振敏感问题就不存在了。 因为有时间，电路后来选择自己做，这个也是王飞先生建议的。网上购买电路材料也不容易，很多东西你不知道名称，找起来费时间。由于考虑不周到，没有购买试验线路板，电路修改，拆卸再焊锡，很麻烦，吃了很多苦头。做电路也走了很多弯路，主要是我这里用到的信号光电流大约 1 pA，一级放大的话，需要 100M 欧姆高阻值的电阻。这个阻值以上的电阻需要采用玻璃釉膜电阻，温度稳定性和精度都很难做高，有钱也很难买到满意的电阻零件。如果采用 10 M 欧姆精密金属膜电阻的电流电压转换电路，需要两级放大。这是一个麻烦。另外，理论上用一个运算放大器，把电流转换成电压似乎电路很简单。但是，实际上这样的简单电路很不稳定。 |
| 我的这个实验，其实也是理论磨练出的课题。这个理论问题与楼上关心的理论问题很有联系。如果地球附近的以太跟着地球跑，不随地面转动，改进 Michelson 实验应该可以观测到干涉条纹的移动。之所以相信地球附近的以太跟着地球跑，有过去的 Michelson 实验可以判断。之所以相信地球附近的以太没有跟着地面自转，有航天飞机原子钟实验，也有 Sagnac 实验、大型 Sagnac 实验、激光陀螺、光纤陀螺这类实验，中日对钟结果，GPS 系统，等等。当然以太就是引力场，这是理论问题，有很多人知道，也有很多人不知道。从实验角度，这个不重要。当然，改进 Michelson 实验，如果成功观测到干涉条纹移动，是有理论意义的，也有应用价值，也有很多很多非常专业性的技术问题需要去解决。杨红新先生在我之前，希望改进 Michelson 实验，由此制造出一种航天用的速度仪器。他也做过很多技术研究，希望能够为国家的航天事业提供一种速度仪器。但是这种娇气实验，要达到更高的实验精度，光路本身的不稳定问题就显得很严重，他花了很多时间精力无法解决。后来，我提出新的技术方向，减少光路尺寸，通过设计新的光路形式和隔热处理等技术实现光路本身的稳定性。 |
| 楼主如果想检测光斑的偏移，可以考虑我发明的棱镜干涉仪：基本原理是：一束光从三棱镜上透过，如果其方向发生微小的偏移，光从玻璃中通过的时间将发生改变，最后它到达干涉屏的时间也会发生改变。 |