第六章光檢測(cè)器(參考版)
2024-08-12 13:17本頁面
【正文】 常用光電檢測(cè)器件的參考數(shù)據(jù)如表 。 2. 光電器件的簡(jiǎn)易檢測(cè) 與光源器件一樣 ， 在沒有測(cè)試條件的情況下 ， 使用人員也可以借助于指針式萬用表對(duì)光電檢測(cè)器件進(jìn)行簡(jiǎn)易的測(cè)試 。 給定偏置電壓，降低溫度，則 電離速度增加，電流增益變大 電流增益 電壓 偏置電壓很大時(shí)，對(duì)溫 度的敏感程度大大增加 ? ?? ?00 1)()( TTaTVTV BB ???? ? ? ? )](1[ 00 TTbTnTn ???其中， VB與溫度的關(guān)系： 參數(shù) n也隨溫度變化： a, b可從實(shí)驗(yàn)中得到。電離速度變快，增益會(huì)增加。 信噪比 最佳增益： 使信噪比最大的 M值。 InGaAs光電二極管在波長為 1300 nm時(shí)有如下參數(shù)：初級(jí)體暗電流 ID = 4 nA， 負(fù)載電阻 RL = 1000 W，量子效率 ?=，表面暗電流可以忽略，入射光功率為 300 nW (35 dBm)， 接收機(jī)帶寬為 20 MHz， 計(jì)算接收機(jī)的各種噪聲。 雪崩倍增噪聲 APD中的雪崩過程具有統(tǒng)計(jì)特性，不同的光生載流子的放大倍數(shù)可能不同，給放大后的信號(hào)帶來了幅度上的隨機(jī)噪聲。參數(shù) x稱為 過剩噪聲指數(shù) ，一般取決于材料，并在0~1之間變化， x對(duì)于 Si APD為 ，對(duì) InGaAs APD為 ，對(duì) Ge APD 為 。 體暗電流： pn結(jié)區(qū)熱產(chǎn)生的電子和（或）空穴。其中 F(M) ? Mx是噪聲系數(shù)，它與雪崩過程的隨機(jī)特性有關(guān)。 量子噪聲 是光電子產(chǎn)生和收集過程具有的統(tǒng)計(jì)特性。 若無倍增時(shí)和倍增時(shí)的總電流分別為 I1和 I2， 則應(yīng)扣除當(dāng)時(shí)的暗電流 Id1和 Id2后才能求出 M。 上升時(shí)間和下降時(shí)間 圖 10%~90%上升時(shí)間和下降時(shí)間 非全耗盡型光電二極管的典型相應(yīng)時(shí)間 光電二極管脈沖響應(yīng) 1. 為了獲得較高的量子效率，耗盡區(qū)寬度 w必須大于 1/?s (吸 收系數(shù)的倒數(shù) )，以便可以吸收大部分的光； 2. 同時(shí)如果 w較大，會(huì)讓二極管結(jié)電容 C變小，于是 RLC常數(shù) 變小，從而得到較快的響應(yīng)； 3. 但是過大的 w會(huì)導(dǎo)致渡越時(shí)間的增大 折衷取值范圍： 1/?s w 2/?s 不同參數(shù)條件下，光電二極管的脈沖響應(yīng) 帶寬 設(shè) RT是負(fù)載電阻和放大器輸出電阻的組合， CT是光電二極管結(jié)電容和放大器輸入電容之和，則檢測(cè)器可以近似為一個(gè)RC低通濾波器，其帶寬為： TT CRB ?2 1?例：如果光電二極管的電容為 3 PF， 放大器電容為 4 PF， 負(fù)載電阻為 1 K歐姆，放大器輸入電阻為 1歐姆，則 CT = 7 PF，RT =1 K歐姆，所以電路帶寬： 如果將負(fù)載電阻降為 50歐姆，電路帶寬增加為 455 MHz。 例如：耗盡層為 10 mm的 Si光電二極管 電場(chǎng)強(qiáng)度： 20220 V/cm 電子最大速度： x 106 cm/s 空穴最大速度： x 106 cm/s 極限響應(yīng)時(shí)間： ~ ns 光載流子渡越時(shí)間 耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子 光載流子擴(kuò)散時(shí)間 耗盡區(qū)外產(chǎn)生的光生載流子 p區(qū)或 n區(qū)產(chǎn)生的載流子 向耗盡區(qū)擴(kuò)散 在耗盡區(qū)內(nèi)漂移到電極 存在問題：較長的擴(kuò)散時(shí)間會(huì)影響光電二極管的響應(yīng)時(shí)間 解決
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