(3)太阳跟踪:太阳能作为能源,存量大,无污染为发展前途广阔的新能源。但为提高能量利用效率,最好让光垂直照射光能接收板。于是产生了类似于生物学中向日葵的对太阳光的跟踪定位。2004年,在Technical University Federico Santo Maria设计并建造了太阳跟踪系统。通过四象限光电探测器对光入射角进行测量,通过闭环设计实现自动控制,两个直流电机移动太阳能板光照平台,时时保持太阳光对四象限探测器的垂直入射(夹角为0),在直射太阳光不是主要天气(阴天,雨天)用自带程序运行计算阳光入射角并控制直流电机移动。此系统在瓦尔帕莱亚进行了测试,运行良好。
(4)细胞生物学:Optical Tweezers(光学镊子)是个新兴技术,类似于激光刀,其对激光移动精度有极大要求,因而我们的主角四象限光电二极管又可以排上用场了。利用强聚焦激光束形成很小的三维势阱,用此势阱来捕捉微小目标物体,靠光压带动目标物体随激光束进行移动。此过程需要对移动激光束进行精准位置控制,可以通过QD(或CCD)对激光入射角进行检测。有名的使用实例,染色体分离DNA片段,如2002年完成的中国完成的水稻基因组测序计划“精细图”。可以说为微生物操作工程提供了可行的技术手段。[9]
(5)工业对准:可以说用QD进行准直是最简单普遍的用途,在工业生产常需要对目标的直线性进行要求,而激光具有的发散角小的特点和四象限探测器的中心点输出电压相等使准直变得简单。可以充分使用在激光切割,掩膜对准上。
1。1四象限探测器相对于其他器件的特点
除了四象限探测器可以应用于定位,类似器件还有传统的CCD和PSD,以及从系统构建方面便完全不同的现代的基于卫星的GPS(中国的北斗导航)。
与CCD相比四象限探测器结构非常简单。CCD(Charge-coupled Device)由数百万像素探测器组成,而四象限仅有四个性能一致的光电器件。CCD应用广泛,且技术成熟,与其类似的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)更是普遍应用于手机摄像头(照相机的人脸识别也可以说是一种定位),可以说贴近生活。但是四象限探测器根据选用的光电传感器主要光敏区不同可以特化到红外到紫外区。而且响应快。而CCD对光要先进行电荷积累,速度上慢了半拍,同时CCD制造和驱动电路都更加复杂,毕竟所有像元再未经图像处理时都占用储存空间,从照相机拍照后获得照片大小多达几个MB既可以知晓其信息庞大,而四象限主信息就四个象限电压,相当于只有四个像素。
图1。1(1) CMOS器件 图1。1(2) CCD器件
图1。1(3) 四象限探测器(中心光敏面不同分方形和圆形)
与四象限探测器系统结构相似的算PSD(position sensitive detection),可以说互补了两者的优缺点,主要基于横向光电效应。其与QD不同,为一块整体的光电器件。没有因划分四象限而产生的暗区(图4)。对光斑大小中心位置等光斑特性没有特别需求。它与四象限一样是四个信号,它的中心不是光斑中心而是能量分布中心。从算法上比四象限探测器要简单许多。
图1。1(4) 四象限探测器的暗区 图1。1(5) PSD位置传感器 (十字坐标处)