在星间激光通信中，精跟踪单元常采用四象限探测器用于光斑位置定位，定位误差的大小直接影响精跟踪单元的测角精度。为实现微弧度量级的测角精度，文章研究了影响探测器定位误差的各个噪声因素，并根据星间光通信的实际情况进行了简化分析，提出了定位误差的具体计算方法，最后通过具体算例评估了各噪声因素的影响程度。研究结果表明，提高发射功率可以在一定范围内提高接收端信号的信噪比，减小定位误差，进而减小测角误差，提高测角精度。但定位误差并非随发射功率的增大而线性减小，当发射功率增大到一定程度之后，定位误差的减小有限，这时再单纯通过增大发射功率来提高测角精度代价将非常大。

针对引力波探测空间天线激光干涉仪对四象限光电探测器提出的低噪声、高灵敏度、高带宽的要求, 设计了一种四象限光电探测器芯片与读出电路混合集成的低噪声光电探测器。四象限光电探测器芯片采用四个性能一致的双耗尽区InGaAs PIN光电二极管单片集成结构, 以降低二极管电容, 减小象限间隔, 提高灵敏度。通过PSPICE软件对由探测器芯片、低噪声跨阻放大读出电路构成的探测器模块进行了仿真, 优化了电路参数, 计算出相应的增益、带宽、噪声功率密度。性能测试表明, 研制的集成式探测器模的-3dB带宽为28.3MHz, 等效噪声功率密度为1.7pW/Hz1/2, 象限增益一致性为0.76%, 基本满足空间激光干涉仪的需求。

分析了以卡塞格林（卡式）望远系统作为光学天线时, 大气激光通信捕获、对准和跟踪系统中四象限光电探测器光敏面上环形光斑位置检测的误差问题。基于光斑中心遮挡与死区感应光能量的等同效应, 理论推导了入射环形光斑偏移量与光斑中心坐标、探测器死区宽度和环形光斑内外圆半径之间关系的数学模型。数值仿真和实验结果表明: 与完整高斯光斑相比, 环形光斑的探测线性范围较小, 检测灵敏度较低。根据实验条件选择合适的卡式光学天线或光斑半径, 使遮光比为30%时探测器的探测线性范围最大, 不会出现非线性误差。所提环形光斑误差补偿算法克服了光斑中心遮挡带来的位置检测误差, 探测器探测精度可达0.0015 mm。

对四象限光电探测器系统的原理及其定位误差进行了分析，并提出了一种标定并修正其固有误差以及四象限非均匀性的方法。推导得出了入射光线偏移角度和输出电压的关系，并通过实验和计算 得到了证实。为改善四象限探测器探测精度以及消除各项误差的影响提供了一种方法。

介绍了基于压电陶瓷 (PZT)的激光干涉系统中若干信号同步问题: 首先, 针对采集卡 D/A驱动 PZT和 A/D高速采样二者的同步处理, 介绍了分别利用 Visual C++改进软件算法和软硬件相结合实现同步的两种方法, 并通过绘制 PZT线性特性曲线比较两种同步方法的优劣; 其次, 针对常用采集卡对多路信号的采集是异步的, 且采样频率越低, 误差越大的问题, 通过增加采集卡模拟量输入 (IA)通道使用数目的方式, 对四象限光电管四路信号进行对称布置的方法消除采样间隔引起的误差, 实现相邻象限相差的高精度识别, 同时起到了一定的滤波作用; 最后, 利用频谱特性分析了移动平均的滤波效果。实验结果表明该同步技巧能较大提高相差的识别精度, 滤波算法能较好滤去背景光强及光电子器件引起的噪声。

为了实现二维小角度的测量，采用压电陶瓷(PZT)驱动方式，获取运动的干涉条纹。利用数值积分法推导了理想干涉条纹下，条纹宽度、条纹方向角与光电探测器各象限信号相位的关系，解出了各象限相位等效点，并建立了激光光束夹角与条纹形状之间的模型。应用椭圆最小二乘拟合算法，实现了四象限探测器相位信息的有效提取，达到识别条纹宽度和方向角的目的。二维偏转角的测量实验结果表明，该方法能够满足对工作台角度偏转量等精密测量的要求，即使是在干涉条纹形状不规则、工作台运动频率不严格一致的环境下，对条纹形状的识别精度也很高，重复性好。

为了最大限度的利用太阳能,采用自动跟踪太阳的方式以获得更多的能量。简要介绍了现有的几种主要跟踪方式,光电探测器跟踪方式容易受天气条件干扰,时钟跟踪方式有累积误差或者因数据库庞大导致反应变慢等缺点。提出了一种时钟跟踪与光电探测器跟踪相结合的双轴跟踪方式,方位角采用时钟跟踪,俯仰角采用四象限光电探测器跟踪,控制核心选用ATmega16单片机。该跟踪方式结合这两种跟踪方式的优点,很好地克服了两者的缺点。实验表明,本系统转动精度高,工作稳定性好,太阳能接收损失小。

为提高激光通信、激光制导、激光雷达等光电系统的工作可靠性及自动化程度,提出了光学瞄准及自动跟踪系统的设计方案。系统采用四象限光电探测器为前端探测单元,结合自动控制技术和精密步进系统,实现目标激光光斑的自动瞄准和跟踪。介绍了系统的工作原理,并对其进行了硬件设计和控制程序设计。经调试、运行证明,该系统方案可行、简单且易于实现,二维位移的跟踪控制精度可达10μm以下。

对四象限光电探测器的信号处理方法进行了研究。分析了用四象限光电探测器获得光斑参数的方法,研究了其各项指标及误差来源,提出了一种新的采用微动法的四象限光电探测器光斑参数的计算方法,并与传统方法进行了比较。采用微动法获取四象限光电探测器的光斑参数,不仅能够得到光斑的光心坐标,还能够计算出传统方法得不到的光斑的半径,增加了信息量。与传统的方法相比,该方法具有误差与光斑中心位置、光斑半径无关的优点。理论分析、仿真和实验都证明,采用四象限光电探测器获得光斑参数的方法具有相当多的优点。获得的参数由两个增加到三个,采用Φ30 mm的GaAs-PIN四象限探测器时,最大误差由18%减小到1.2%以下,将其应用于车辆间大气激光通信光电精定位系统中证明,响应时间可减少30.75%。

提出了一种利用四象限光电探测器对转子速度大小和方向进行非接触测量的方法,推导了相关的理论计算公式,并给出了模拟计算结果和实验结果.利用该方法研制了测量装置, 该装置采用自准直式的光学系统,利用四象限硅光电探测器作为检测元件.通过对转子端表面进行简单巧妙的处理,测量传感器输出用于测量转子旋转速度大小及判别旋转方向的两路正交的方波信号,将这两路信号进行四倍频及辨向处理后,再送入单片机进行处理计算,可以得到转子的旋转速度大小及其旋转方向.测量装置采用象限相减的差动信号处理方式,可以有效克服噪声的影响及外部干扰信号的影响;采用过零检测处理电路,能够有效避免光源强度的变化对测量结果的影响;系统具有测量精度高,测量范围大的特点.