DifferenzierQuadDetektorVerfahren

DifferenzierQuadDetektorVerfahren ist ein signalverarbeitendes Verfahren in der optischen Messtechnik. Es nutzt einen Vier-Quadranten-Photodetektor, um differentiellen Informationen aus einem optischen Signal zu gewinnen und so räumliche Ableitungen, Kantenmerkmale oder Phasenvarationen über der Detektorfläche abzuleiten. Das Verfahren eignet sich besonders für Echtzeitanwendungen, bei denen eine schnelle, lineare Reaktion über einen großen Dynamikbereich erforderlich ist.

Prinzip: Ein Quaddetektor liefert Ausgänge I1, I2, I3, I4 aus den vier Quadranten. Durch Bildung linearer Kombinationssignale ergeben sich horizontale und vertikale Differentialsignale: Gx ≈ (I2 + I4) − (I1 + I3), Gy ≈ (I3 + I4) − (I1 + I2). Abhängig von Kalibrierung nähern sich diese Signale ersten Ableitungen der Intensität oder der optischen Phase über die Fläche an. Mit geeigneter Vorverarbeitung lassen sich Rausch- und Nichtlinearitätsprobleme mildern. Varianten umfassen Normierung durch die Gesamtintensität zur Reduktion von Fluktuationen der Einstrahlung und die Integration in Regelkreise für die Beampositionierung oder Oberflächenscanning.

Anwendungen: Beam-Positionierung und Servotechnik in Lasern, optische Trapping und Manipulation, Messtechnik und Profilometrie, Vibrationsmessung sowie Echtzeit-Wellenfrontsensorik. Das Verfahren findet auch Verwendung in Instrumenten, die schnelle Gradienteninformationen für Steuer- oder Mapping-Aufgaben benötigen.

Vorteile und Grenzen: Vorteile sind hohe Bandbreite, differenzielle Rauschunterdrückung und direkter Zugriff auf räumliche Ableitungen. Einschränkungen ergeben sich aus der Ungleichförmigkeit der Detektorantwort, Crosstalk, Kalibrierbedarf zur Erhaltung der Linearität sowie begrenztem Dynamikbereich durch Sättigung einzelner Quadranten. Typischerweise wird eine gleichmäßige Ausleuchtung über dem Detektor angenommen; Abweichungen erfordern Kompensation von Offset- und Gain-Unterschieden.

Stand: Das Konzept wird in der Fachliteratur als Methode zur Gewinnung differentieller Informationen aus Vier-Quadrantendetektoren beschrieben. In der Praxis finden sich Anwendungen in Forschungsprojekten sowie in kommerziellen Modulen für Mess- und Regeltechnik; es konkurriert mit Alternativen wie Zentroid-Bestimmung oder Vollfeld-Interferometrie.