DE3929845A1

DE3929845A1 - Optical radiation wavelength determining equipment - has detectors having different spectral sensitivities and computer determining incident light wavelength

Info

Publication number: DE3929845A1
Application number: DE19893929845
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Mueller; Hans Dr Poisel; Ernst-August Dipl In Seiffarth; Gert Dr Trommer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1991-03-21
Also published as: DE3929845C2

Abstract

The optical radiation wavelength determining equipment includes at least two detectors with different spectral sensitivity and a computer for determining the incident light wavelength from the photo-current difference or ratio. The equipment may employ photodiodes (10,11) of different types (e.g. Si and InGaAs) or of the same type, a spectral damping filter (13) being positioned in front of one of the photodiodes when identical photodiodes are used. Alternatively, the detectors may be replaced by a quadrant diode with sectors of different spectral or absolute sensitivity, two quadrants reproducing the wavelength in the normal range and the other two quandrants giving wavelengths for irradiaiton intensities which control the first two quadrants. The second two quadrants are damped by neutral filters and the quadrant detector is associated with a high pass filter for suppressing background light. ADVANTAGE - Allows instantaneous wavelength determination.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Wellenlängenbestimmung von optischer Strahlung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for determining the wavelength of optical radiation according to the preamble of claim 1.

Zur Wellenlängenbestimmung solcher Strahlung werden bisher Spektrometer, vorwiegend mit Gitter oder Prisma und sogenannte Fabry-Perot-Geräte verwendet. Hierbei handelt es sich bekanntlich um dispergierende Geräte. die das Llcht spektral zerlegen und auf einen Foto-Detektor oder ein Detektor-Array abbilden. Weiterhin ist bekannt, Wellenlängen mittels Detektoren mit schmalbandigen vorgesetzten Filtern zu messen.So far, spectrometers have been used to determine the wavelength of such radiation, predominantly with grating or prism and so-called Fabry-Perot devices used. As is well known, these are dispersing devices. which spectrally split the light and onto a photo detector or a Map the detector array. It is also known to use wavelengths Measure detectors with narrow-band filters.

Alle diese Meßgeräte sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß sie entweder nach einem Abtast - bzw. Scan-Verfahren arbeiten, wie beispiels weise die Fabry-Perots, und daher hier zur Erfüllung der nachstehend angegebenen Aufgabe nicht verwendbar sind, oder sie müssen ausgangsseitig das komplette Spektrum gleichzeitig, zeilenweise detektieren.However, all these measuring devices have the disadvantage that they either work according to a scanning or scanning method, such as wise the Fabry-Perots, and therefore here to fulfill the below specified task are not usable, or they must be on the output side Detect the entire spectrum simultaneously, line by line.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine instantane Bestimmung der Wellenlänge ermöglicht - also auch wenn nur ein kurzer Einzelpuls zur Verfügung steht - und hierbei ein bestimmter spektraler Bereich, bei spielsweise 0,4 bis 1,1 µm, lückenlos abgedeckt werden soll. Dieses Gerät soll außerdem einen großen Dynamikbereich aufweisen, wirtschaftlich und volumensparend konzipiert sein.The present invention has for its object a device of the type mentioned at the beginning, which create an instantaneous determination of the Wavelength enables - even if only a short single pulse for Is available - and here a certain spectral range, at for example 0.4 to 1.1 µm, should be covered without gaps. This Device should also have a large dynamic range, economical and be designed to save volume.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen in überraschend einfacher Weise gelöst.This object is achieved by the measures indicated in claim 1 solved surprisingly simple way.

In den Unteransprüchen sind Ausge staltungen und Weiterbildungen aufgezeigt und in der nachfolgenden Be schreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen. Es zeigen:In the subclaims are Ausge Events and further training are shown and in the following Be Examples are explained. The figures of the drawing supplement these explanations. Show it:

Fig. 1 ein Schemabild in Form eines Blockschaltbildes eines Ausführungs beispiels. Fig. 1 is a schematic diagram in the form of a block diagram of an embodiment example.

Fig. 2 ein Diagramm bezüglich des Verhältnisses Empfindlichkeit/Wellen länge verschiedener Detektortypen, Fig. 2 is a diagram regarding the relationship sensitivity / wave length different types of detectors,

Fig. 3 ein Diagramm bezüglich des Verhältnisses Übertragung/Wellenlänge mit Transmissionskurven geeigneter Filter, Fig. 3 is a diagram regarding the relationship transmission / wavelength with a suitable filter transmission curves,

Fig. 4 ein Diagramm bezüglich der Empfindlichkeitsverläufe für eine Si-PIN-Diode mit und ohne Filter sowie deren Differenzsignal, Fig. 4 is a graph relating to the sensitivity curves for a Si-PIN diode with and without filters as well as their difference signal,

Fig. 5 ein Schemabild einer Quadrantendiode mit unterschiedlich spektraler bzw. absoluter Empfindlichkeit der einzelnen Quadran ten, und Fig. 5 is a schematic image of a quadrant diode with different spectral or absolute sensitivity of the individual Quadran th, and

Fig. 6 schematisch die Auswahl der einzusetzenden aus mehreren zur Verfügung stehenden Detektoren. Fig. 6 shows schematically the selection of to be used from a plurality of available detectors.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird nun vorgeschlagen, eine Einrichtung zur Wellenlängenbestimmung zu schaffen, die sich aus mindestens zwei Halbleiterdetektoren 10, 11 mit unterschiedlicher spektraler Empfindlich keit zusammensetzt, welche von dem zu analysierenden Licht beaufschlagt werden und mittels eines nachgeordneten Rechners 12 die Wellenlänge aus der Differenz oder dem Verhältnis der Fotoströme bestimmt wird.To solve the problem, it is now proposed to create a device for determining the wavelength, which is composed of at least two semiconductor detectors 10 , 11 with different spectral sensitivity, which are acted upon by the light to be analyzed and by means of a downstream computer 12 the wavelength from Difference or the ratio of the photo currents is determined.

Die hierfür zu verwendenden Detektoren 10, 11 können nun Fotodioden unterschiedlichen Typs sein, beispielsweise der eine Detektor 10 aus Si und der andere Detektor 11 aus InGaAs. In der Fig. 2 sind verschiedene Halbleiterdetektoren in ihren spektralen Empfindlichkeitskurven gezeigt.The detectors 10 , 11 to be used for this purpose can now be photodiodes of different types, for example one detector 10 made of Si and the other detector 11 made of InGaAs. In FIG. 2 different semiconductor detectors are shown in their spectral sensitivity curves.

Es ist aber auch möglich, zwei gleichgeartete Detektoren 10, 11 einzu setzen und einem dieser Detektoren - in Fig. 1 ist es der Detektor 11 - ein Filter 13 zuzuordnen, der eine spektral unterschiedliche Dämpfung gegenüber derjenigen des Detektors 10 aufweist.However, it is also possible to use two detectors 10 , 11 of the same type and to assign one of these detectors - in FIG. 1 it is the detector 11 - a filter 13 which has a spectrally different attenuation compared to that of the detector 10 .

In der Fig. 4 sind modellhaft die Empfindlichkeitswerte für eine Si-PIN-Diode mit und ohne Filter sowie deren Differenzsignal aufgezeigt. In FIG. 4, the sensitivity values for a Si-PIN diode with and without filters as well as their difference signal are modeled demonstrated.

Diese Diagramme dürften vor Augen führen, wie in einfachster Art und Weise ein relativ großer spektraler Bereich, auch wenn nur ein kurzer Einzel impuls vorliegt, abgedeckt und die Wellenlänge aus der Differenz oder dem Verhältnis der Fotoströme genau bestimmt werden kann.These diagrams should show you how in the simplest way a relatively large spectral range, even if only a short single impulse is present, covered and the wavelength from the difference or the Ratio of photo streams can be determined accurately.

In der Fig. 5 ist nun ein weiteres Ausführungsbeispiel skizziert, das insbesondere der Forderung nach erweiterter Dynamik Rechnung trägt. Hier wird ein Quadrantendetektor eingesetzt, dessen Sektoren 1 bis 4 unter schiedlich spektral bzw. absolut empfindlich sind. Das Quadrantenpaar 1 und 2 gibt die Wellenlänge im Normalbereich, das Quadrantenpaar 3 und 4, das mit Neutralfilter um "n" DB - im Beispiel gemäß der Fig. 5 sind es 20 dB - gedämpft ist, die Wellenlängen für Bestrahlungsstärken, die die Quadranten 1 oder 2 übersteuern. Störungen durch Hintergrundlicht können durch ein Hochpaßfilter eliminiert werden, da dieses Hintergrundlicht bekanntlich niederfrequent ist.A further exemplary embodiment is now outlined in FIG. 5, which particularly takes into account the demand for expanded dynamics. Here a quadrant detector is used, the sectors 1 to 4 of which are differently spectrally or absolutely sensitive. The quadrant pair 1 and 2 gives the wavelength in the normal range, the quadrant pair 3 and 4 , which is attenuated by "n" DB with a neutral filter - in the example according to FIG. 5 it is 20 dB - the wavelengths for irradiance levels which the quadrant 1 or override 2 . Interference from background light can be eliminated with a high-pass filter, as this background light is known to be low-frequency.

Wie in Fig. 6 dargestellt, können auch mehr als zwei verschiedene oder gleichartige Detektoren 10a ... 10n mit oder ohne zusätzliche Filter mit dem zu analysierenden Licht beaufschlagt werden. Mittels eines Rechners kann aus der Differenz oder dem Verhältnis der Signale der verschiedenen Detektoren auf die Wellenlänge des Lichts geschlossen werden. Die größere Anzahl der Detektoren bringt eine genauere Wellenlängenauflösung und/oder einen größeren überdeckten Wellenlängenbereich.As shown in Fig. 6, more than two different or similar detectors 10 a ... 10 n can be exposed to the light to be analyzed with or without additional filters. A computer can be used to deduce the wavelength of the light from the difference or the ratio of the signals from the various detectors. The larger number of detectors brings a more precise wavelength resolution and / or a larger covered wavelength range.

Durch die vorgeschlagene Einrichtung ist nun eine Wellenlängenbestimmung so wesentlich vereinfacht worden, daß ihr Einsatz auch in größeren Stück zahlen erfolgen kann und auch unter ungünstigen Umweltbedingungen wirt schaftlich möglich ist.The proposed device now enables wavelength determination have been simplified so much that their use in larger pieces numbers can take place and also under unfavorable environmental conditions is socially possible.

Claims

1. Device for determining the wavelength of optical radiation by means of detectors, characterized in that the device has at least two detectors with different spectral sensitivity, which are acted upon by the light to be analyzed and determines the wavelength from the difference or the ratio of the photo currents by means of a downstream computer becomes.

2. Device according to claim 1, that the detectors ( 10 , 11 ) Fotodio of different types - for example Si and InGaAs - are.

3. Device according to claim 1, characterized in that the detectors ( 10 , 11 ) are photodiodes of the same type, but one of these diodes ( 10 or 11 ) is connected upstream of a filter ( 13 ) which has a spectrally different attenuation.

4. Device according to claim 1, characterized in that instead of the at least two detectors ( 10 , 11 ) with different spectral sensitivity, a quadrant diode ( Fig. 5) is used, the sectors of which are differently spectrally or absolutely sensitive.

5. Device according to claims 1 or 4, characterized in that the quadrants ( 1 and 2 ) of the quadrant diode ( Fig. 5) reflect the wavelength in the normal range and the quadrants ( 3 and 4 ) the wavelengths for irradiations that the Overdrive quadrants ( 1 and 2 ), whereby these quadrants ( 3 and 4 ) are damped with a neutral filter.

6. Device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that a high-pass filter is associated with the quadrant detector ( Fig. 5) for suppressing background light.