实验一光电探测器特性测试实验

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1、实验一光电探测器特性测试实验华南师范大学实验报告一、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、实验仪器1、ZY12OFCom23BHl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、实验原理在光纤通信工程中，光检测器(photodetector),又称光屯探测器或光检波器。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

2、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?lpP(1-1)响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性，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hu的每个入射光子所产生的电子-空穴载流

3、子对的数量：??通过结区的光生载流子对数IP/e=(X100%)(1-2)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???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。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(

4、电位器W47(线性度调节)用于调节(式1-4屮)n的值，此处调节到最大时n=5,即此时的l=V/50000。)，用万用表测试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。7、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拨到下妞，拆除导线，将实验箱还原。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(

5、VOUT)探测器I-P特性曲线电压测试端七、实验结果分析表1-1实验结果记录表由表1-1绘制I-P特性曲线如下图所示上图中，前两幅分别为I-P特性曲线的描绘的折线图与点图，有图可知P随丨的增大而增大，数据中最后一项相对其它点偏移较大(舍弃)。上图中后两幅图分别为取［(0.0184,204)(0.0624,685)］和［(0.032,322)(0.0624,685)］两组数据绘制的直线，由图中可观察到第四幅图的直线对各点的耦合程度较大，故取点(0.032,322)和(0.0624,685)计算斜率响应度:(0.0624?0.0482?0.0418?0.032?0.019)?6?0.2442

6、(mA)5685?548?439?322?204P??439.6000(uW)5lp?R?lp/P?6?V/(10000?n?P)0.2442?10?3?439.6?10?6?0.56量子效率：？?1.24R??1.24?0.56?100%?53%1310?10-3七、思考题1、普通P-N结光检测器有什么缺点？答：由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。2、推导检测器响应度R与量子效率关系式。答：？?通过结区的光生载流子对数IP/ehv="?100%?R??100°/o入射到器件上的光子数P/hve