实验一 光电探测器特性测试实验.pdf

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1、实验一实验一 光电探测器特性测试实验光电探测器特性测试实验一、实验目的一、实验目的1、学习光电探测器响应度及量子效率的概念2、掌握光电探测器响应度的测试方法3、了解光电探测器响应度对光纤通信系统的影响二、实验内容二、实验内容1、测试 1310nm 检测器 I-P 特性2、根据 I-P 特性曲线，得出检测器的响应度并计算其量子效率三、实验仪器三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1 型光纤通信原理实验箱2、光功率计3、FC-FC 单模光跳线4、万用表5、连接导线1 台1 台 1 根1 台1 根四、实验原理四、实验原理在光纤通信工程中，光检测器（photodetector） ，又称光电探测器或

2、光检波器。按其作用原理可分为热器件和光子器件两大类。 前者是吸收光子使器件升温， 从而探知入射光能的大小，后者则将入射光转化为电流或电压，是以光子-电子的能量转换形式完成光的检测目的。最简单的光检测器就是 p-n 结，但它存在许多缺点，光纤通信系统中，较多采用p-i-n光电二极管（简称PIN 管）及雪崩光电二极管（APD 管） ，都是实现光电转换的半导体器件。在给定波长的光照射下， 光检测器的输出平均电流与入射的光功率平均值之比称响应率或响应度。简言之，即输入单位的光功率产生的平均输出电流，R 的单位为 A/W 或 uA/uW。其表达式为：R IpP（1-1）响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵

3、敏特性，而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。量子效率是能量为 h 的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量：通过结区的光生载流子对数IP/e（100） （1-2）入射到器件上的光子数P/hv上式中，e 是电子电荷； 为光的频率。通过测试IP与 P 的关系，即可计算获得检测器的量子效率，其中光电检测器的量子效率与响应度的关系为：R 1.24（1-3）在波长确定的情况下， 通过测试得到一定光功率下检测器输出的电流， 即可获得检测器的响应度及量子效率的大小，从而了解检测器的性能指标。实验箱中，1310nm 与 1550nm 两个波长使用的检测器均为PIN 光电二极管，用光功率计测试得到光发端机

4、输出的平均光功率， 然后再测试得到光收端机检测得到的响应电流， 改变光发端机输出功率，作检测器端的 I-P 特性曲线，曲线斜率即为特定波长下的响应度。 响应电流的测定是通过运放，将检测器的电流信号，放大成电压信号后得到的，检测电压点为T103（VOUT） ，即此测试点与接地点之间的电压V。其放大系数为 n 可以通过 W47（现行度调节）来调节，即检测电流IV/（10000n）（1-4） （此关系式由运放电路的参数决定）电流电压转换原理图见下图1-1。R3451J15234PD-GNDPD+VCC1234W4745-5VDT103R3461R48723U83A165U83B7D8VCCD图图 1

5、-11-1电流电压转换原理图电流电压转换原理图而实际的所测的电流 I 只有探测器输出电流的 1/6，原因如下R345VCCD4W47-5VD47KT103PD8516R455 1002RX37K30BM2183645183645SD3Z22R4872K23U83ATL08281R34665U83BTL0827CJ15PD-GNDPD+VCCPDHY1234R4882K77R362470VCCDVCCD无 光 告 警 电 路1图图 1-21-2探测器电流流向图探测器电流流向图因此， 在计算探测器的相应度时因该将测得的电流值乘以6 倍， 作为探测器的响应电流。因此，相应度 R 的实际计算公式为R

6、Ip/ P 6V /(10000nP)（1-5）B五、实验步骤五、实验步骤1、用导线连接电终端模块T68(M)和 T94(13_DIN)，为半导体激光器提供电源。2、将开关K43 拨为“数字” ，即光功率的大小由实验箱上的数字调节旋钮（ W44）调节；将开关 BM1 拨为 1310nm,开关 BM2 拨为 1310nm（为发射 1310nm 波长的激光器接通电源）Title,开关 K30 拨为 “测试” （K30 拨到测试档时， 检测器的响应电流就转化为电压信号， 通过 T103Size（VOUT）表现出来） ，将电位器 W44 逆时针旋转到最小。BDate:3、旋开光发端机光纤输出端口（13

7、10nm T）防尘帽，用 FC-FC 光纤跳线将半导体激光File:器与光机收机（1310nm R3）连接起来。454、打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、D7、D8 亮。2345、将电位器 W46(阈值电流调节)逆时针旋转到底。6、用万用表测量 T97（TV+）和 T98(TV-)两端电压V7-8（红表笔插 T97，黑表笔插 T98） ，调节 W44（半导体激光器驱动电压） ，使万用表示数为 30mV，将电位器 W47（线性度调节）顺时针调到最大（电位器 W47（线性度调节）用于调节（式1-4 中）n 的值，此处调节到最大时 n=5,即此时的 I=V/50000。 ） ， 用万用表测试

8、 T103 （VOUT） 与地之间电压 V， 填入下表中，将 1310nm 光收端机端光纤取出，测试此时光功率并填入对应表格中。NumberATitle24-Mar-2005D:光 纤光 纤H第 二 板 原 理 图H1PCBSizeBDate:File:522D17、调节 W44，减小驱动电流，用万用表测量T97（TV+）和 T98(TV-)两端电压，使得万用表示数为下表中的数值，测试T103（VOUT）与地之间的电压，同时取出光纤测试光功率，填入对应表格中。8、依次关闭各直流电源、交流电源，将K30 拨到下面，拆除导线，将实验箱还原。V7-8(mv)T103：测试电压 V（V）计算得到电流

9、I（mA）输出光功率 P（uW）30252015105表表 1-11-1 实验结果记录表实验结果记录表9、将测得的电压，代入公式1-5 中，计算得到检测器输出电流I，填入对应表格中。六、实验测试点说明六、实验测试点说明T97（V+） 、T98（V-）激光器的数字驱动电压测试端T103（VOUT）探测器 I-P 特性曲线电压测试端七、实验报告要求七、实验报告要求1、字迹工整2、原理论述清楚3、根据测试结果，画出1310nm 光检测器 I-P 特性曲线；计算直线的斜率，求出检测器的响应度，计算检测器的量子效率4、实验结果及误差分析正确八、思考题八、思考题1、普通 P-N 结光检测器有什么缺点？2、推导检测器响应度 R 与量子效率关系式。