实验四光电探测器特性测试实验

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1、常用光纤器件特性测试实验实验四光电探测器特性测试实验一、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、预备知识1、了解探测器的工作原理四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3 型光纤通信原理实验箱1台2、光功率计1台3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线1根4、万用表1台5、连接导线20 根五、实验原理在光纤通信工程中，光检测器(photodetector),又称光电探测器或光检波器。按其作

2、 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 二 Ip P (4-1)响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性，而

3、量子效率是内部呈现的微观灵敏特 性。量子效率是能量为hu的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量：(X100%) (4-2)通过结区的光生载流子对数_ Ip/e入射到器件上的光子数P/hV上式中，e是电子电荷；u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 = 1244-3)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，其参考指标见下表 4-1。表

4、 4-11310 与 1550 光检测器的参考指标参数Parameter符号Symbol单位Unit测试条件Testcondition最小 值Min典型 值Typ.最大 值Max.中心波长CentralWavelength入nm一1100一1600暗电流MonitorDarkCurrentIdnAVr=-5V,25C一15响应度1310nmDetect。rReponsivity1310nmRA/WVr=-5V入=1310nm0.800.85饱和光功率SaturationPowerPmWVr=-5V一10光敏面直径ActiveArea(Dia.)|J m一一75一响应时间Responsivity

5、Timetr/ tfnsRL=50Q一0.1一存储温度StorageTemperatureC-40+85工作温度OperatingTemperatureC-40+85反向电压ReverseVoltageV30用光功率计测试得到光发端机输出的平均光功率，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T123,即此测试点与接地点之间的电压V。其放大系数为10000倍，即检测电 流I=V/10000(4-4)六、注意事项1、本实验需要经

6、常联接和断开光跳线与光检测器、光跳线与光功率计，使用时切忌用 力过大；同时不可带电拔插光电器件，以免激光不小心入眼或者射到皮肤上面七、实验步骤A.1310nm光检测器I-P特性测试1、PCM 编译码模块 T661 与 CPLD 下载模块 983 连接， T980 与 1310nm 光发模块输入端 T101 连接。2、用FC-FC光纤跳线将1310nmT光发端与1310nmR光收端连接。拨码开关BM1、BM2、BM3 分别拨为：数字、1310nm和1310nm，并且将单刀双掷开关K121拨到上面。3、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。4、接通PCM编译

7、码模块(K60)、CPLD模块(K90)和光发模块(K10)的直流电源。5、用万用表监控R110两端电压(红表笔插T103,黑表笔插T104)，调节半导体激光器 驱动电流，使之为30mA，用万用表测试T123与电源模块中的地之间电压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。6、调节W101,减小驱动电流为下表中的数值，测试T123与地之间的电压，取出光纤 测试光功率，填入对应表格中。7、依次关闭各直流电源、交流电源，将K121拨到下面，拆除导线，将实验箱还原。8、将测得的电压，代入公式4-4中，计算得到检测器输出电流I,填入对应表格中。表 4-2 实验结果记录表驱动电流(mA)30252015105T123:测试电压V(V)计算得到电流I (mA)输出光功率P (uW)八、实验报告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；计算得出各检测器的响应度及 量子效率4、实验结果及误差分析正确九、思考题1、影响检测器响应度的指标有哪些？这些指标如何影响光纤通信系统性能？2、推导检测器响应度R与量子效率关系式。3、试设计实验，测试半导体检测器对 1550nm 波长光波响应度及量子效率。