VierQuadrantendetektoren

Vierquadrantendetektoren, auch als 4Q-Detektoren bezeichnet, sind Photodetektoren, die aus vier unabhängigen Photodiodelementen in einer gemeinsamen Gehäuseeinheit bestehen und in einer 2x2-Anordnung angeordnet sind. Jedes Quadrat bildet einen separaten Detektor, der den einfallenden Lichtstrom in Form von Photostrom erzeugt. Dadurch lässt sich die Verteilung der Lichtintensität über das Detektorfeld schnell und direkt erfassen.

Prinzip und Messgrößen: Die Quadranten liefern Ströme I1 bis I4. Aus dem Gesamtstrom I = I1 + I2 + I3 + I4 lassen sich zentrale Strahlinformationen ableiten, etwa die Position des Strahls durch X = (I_right − I_left)/I_total und Y = (I_top − I_bottom)/I_total, wobei I_right und I_left die kombinierten Ströme rechts bzw. links des Strahlzentrums darstellen. Neben der Positionsdetektion ermöglichen Vierquadranten-Detektoren auch Aussagen über Strahlgröße und Helligkeitsverteilung. Die Detektoren werden typischerweise mit Transimpedanzverstärkern betrieben, wodurch schnelle Reaktionszeiten und geringes Rauschen erreicht werden können.

Anwendungen und Einsatzgebiete: Sie kommen in der Laser- und Optikmesstechnik häufig zum Einsatz, etwa zur Laserstrahlführung, Faserkopplung, Alignment, Positionierungs- und Winkelmessungen in Interferometern und optischen Messsystemen. In der Forschung dienen sie zudem der schnellen Signalauswertung in Experimenten, bei denen Licht als Messsignal fungiert. Einige Modelle integrieren auch vorverarbeitende Elektronik oder bieten separate Ausgänge für die Differentialsignale.

Vor- und Nachteile: Zu den Vorteilen zählen eine einfache Bauweise, hohe Bandbreite, schnelle Messungen und direkte Positionssignale. Nachteile ergeben sich aus begrenzter aktiver Fläche, möglicher Nichtlinearität aufgrund unterschiedlicher Responsivität der Quadranten sowie Crosstalk zwischen benachbarten Elementen. Spektralbereich und Empfindlichkeit hängen vom verwendeten Halbleitermaterial ab, typischerweise Silizium für sichtbares bis nahes Infrarot.