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具有两级放大的平衡零拍光电探测器 郑公爵 戴大鹏 方银飞 李兴佳 尹燕宁 杜向丽 夏 勇 印建平 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062 摘要 平衡零拍探测技术具有低噪声和高灵敏度的特性,是量子噪声谱测量的主要方法之一。采用基尔霍夫定律，设 计并研究了一种具有两级放大的平衡零拍光电探测器。 由两个性能匹配的光电管相减产生的光电流经过一级跨阻 放大后差分输出 ，再 经过二级差分放大电路进行放大输出 。 结果表明 ，探 测器饱和功率为 5 mW，信 号响应带宽约 140 MHz。 当 入 射 光 功 率 为 2 mW、分 析 频 率 小 于 30 MHz 时 ，探 测 的 光 学 噪 声 功 率 高 于 探 测 器 电 子 噪 声 10 dB 以 上。在 20 MHz 附近，该探测器的共模抑制比达 55 dB。 关键词 探测器; 平衡零拍探测器; 跨阻与差分放大; 量子噪声; 共模抑制比 中图分类号 O431.1 文献标识码 A doi: 10.3788/LOP51.040401 Balanced Homodyne Detector Based on Two-Stage Amplification Zheng Gongjue Dai Dapeng Fang Yinfei Li Xingjia Yin Yanning Du Xiangli Xia Yong Yin Jianping State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China Abstract With the characteristics of high sensitivity and low noise, balanced homodyne detection technique has been one of the main methods in quantum noise measurement. Based on the Kirchhoffs law, a balanced homodyne photoelectric detector with two-stage amplification is designed and studied. The differential photocurrent of two similar photodiodes is primarily amplified by a trans- impedance amplifier, and then sent into the secondary differential amplifier. Experimental results show that the saturation power of this detector is 5 mW, and the signal response bandwidth is about 140 MHz. When the input laser power is equal to 2 mW and the frequency is lower than 30 MHz, the optical shot noise is 10 dB larger than the electronic noise. Near 20 MHz, the common mode rejection ratio of the detector could reach 55 dB. Key words detectors; balanced homodyne detector; trans-impedance and differential amplification; quantum noise; common mode rejection ratio OCIS codes 040.5570; 040.5160; 040.6040; 270.5570 1 引 言 平衡零拍探测技术在量子噪声测量、光谱测量、外差探测、太赫兹探测等领域有着重要的应用[1-14]。在量 子光学实验中 ，由 于压缩态等非经典态均为弱光 ，且 其正交振幅或相位分量已经低于真空涨落 ，因 此要对压 缩态进行测量 ，必 须使用对相位敏感的探测技术并突破量子噪声极限[1]。 平衡零拍探测技术即是一种具有 高敏感度 、且 对入射光振幅 、相 位