光電探測(cè)器：靈敏度、偏置和帶寬

1、實(shí)驗(yàn)2.光電探測(cè)器：靈敏度、偏置和帶寬摘要:本實(shí)驗(yàn)將用到實(shí)驗(yàn)1測(cè)量的中同樣為155 Onm激光器，將利用信號(hào)發(fā)生器 調(diào)制激光器，并在不同的偏置條件下測(cè)量不同光電探測(cè)器的靈敏度和帶寬；將 對(duì)商用光電接收器進(jìn)行同樣的測(cè)試，比較測(cè)量結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)的目的是了解半導(dǎo)體光電探測(cè)器基本使用及其偏置電路最優(yōu)化設(shè) 計(jì)，之后在本實(shí)驗(yàn)和下面的實(shí)驗(yàn)中將利用你自己搭建的光電接收器測(cè)量激光器 及光纖的模式。有關(guān)安全問(wèn)題同實(shí)驗(yàn) 1 的描述。步驟:激光器如同實(shí)驗(yàn)1 一樣，讓激光器工作溫度20C，輸出功率2mW （如果實(shí)驗(yàn)1中 激光器工作溫度不是20C，則選擇的溫度應(yīng)接近20C）;用功率計(jì)（用衰減 器）檢查激光裝置；如同實(shí)驗(yàn) 1

2、 中對(duì)激光器直接調(diào)制。將信號(hào)發(fā)生器連接到示 波器輸出不同的波形、振幅和頻率。輸出一個(gè)幅度為0.05 V頻率100 Hz弦波。信號(hào)發(fā)生器連接到電流源的輸入，確信信號(hào)發(fā) 生器沒(méi)有超出激光器的最大調(diào)制速率。光伏型光電探測(cè)器測(cè)量光路如圖2.1所示。光電探測(cè)器是一光敏面In GaAs光敏二極管。注意光電二極管直 接連接到示波器的DC端以便觀(guān)察激光器的調(diào)制信號(hào)，通過(guò) 1M阻抗（示波器的 輸入阻抗）和衰減器適當(dāng)衰減就可觀(guān)察到信號(hào)，如果需要增加信號(hào)強(qiáng)度可去掉衰減器。觀(guān)察加在激光器的偏置電流和調(diào)制電壓如何導(dǎo)致信號(hào)的削波。導(dǎo)致削 波的機(jī)理是什么？是信號(hào)使光電探測(cè)器飽和了嗎？圖 2.1 不同偏置條件下半導(dǎo)體 激光器

3、的調(diào)制及光電探測(cè)器的靈敏度和帶寬測(cè)試裝置激光器的偏置應(yīng)加在其線(xiàn)性區(qū)域中心（無(wú)失真區(qū)），即大信號(hào)輸入時(shí)產(chǎn)生 的上下削波量相同。在該偏置電流下確定示波器能夠探測(cè)到的最小調(diào)制電壓信 號(hào)。什么是信號(hào)的調(diào)制度？圖2.2 給出了信號(hào)調(diào)制度的定義。圖2.2. 調(diào)制度定義為：m = （Imax-Imin）/Imax使激光器偏置始終處在線(xiàn)性區(qū)域中心，在信號(hào)不失真情況下確定最大調(diào)制 信號(hào)。失真是由探測(cè)器引起的還是激光器引起的？在此情況下信號(hào)的調(diào)制度是 什么？調(diào)整調(diào)制信號(hào)的幅度為小信號(hào)，測(cè)量小信號(hào)的頻率響應(yīng)。固定頻率分別 測(cè)量幅度響應(yīng)（實(shí)驗(yàn) 1 中已做）和相位響應(yīng)，通過(guò)比較信號(hào)發(fā)生器輸出到示波 器的響應(yīng)測(cè)量相位。光

4、導(dǎo)型光電探測(cè)器如圖2.3 是通過(guò)給探測(cè)器加反向偏置改變接收部分的測(cè)量裝置。用偏置電壓v=9.0v加偏置電阻（即1M的負(fù)載做為示波器的輸入阻抗）。確信你使用的 是商用光電二極管。如果不慎給二極管加正向偏壓而非反向偏壓，將會(huì)燒壞。調(diào)整激光器的偏 置讓其工作在線(xiàn)性區(qū)域的中心重復(fù)上述測(cè)量：最小可探測(cè)的調(diào)制電壓、不導(dǎo)致削波的最大調(diào)制電壓和小信號(hào)的頻率響 應(yīng)。反向偏壓明顯改變探測(cè)器特性嗎？探測(cè)器限制信道的小頻率響應(yīng)嗎？分別用10k和200歐的偏置電阻重復(fù)上述測(cè)量，存在最佳偏置電阻嗎？或 著最佳選擇依賴(lài)于實(shí)際應(yīng)用？圖2.3. 光導(dǎo)型光電二極管偏置電路商用光電接收器（可選）用NewFocus公司的帶前置放大器光電探測(cè)器重復(fù)上述測(cè)量：最小可探測(cè)的調(diào)制電壓、不導(dǎo)致削波的最大調(diào)制電壓和小信號(hào)的頻率響應(yīng) （幅度和相位）。你選擇的放大倍數(shù)和帶寬是多少？為什么？實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 1550nm F-P半導(dǎo)體激光器2 帶熱電制冷器及準(zhǔn)直透鏡的激光器支架3焦距f= 5mm激光器支架用準(zhǔn)直透鏡4 熱電制冷器控制器5 精密電流源6 信號(hào)發(fā)生器7 InGaAs光電探測(cè)器（功率計(jì)）/衰減器8 功率計(jì)顯示單元9 示波器10xx 感應(yīng)卡11 In GaAs光電探測(cè)器12帶前置放大器的InGaAs光電探測(cè)器13運(yùn)算放大器14 運(yùn)算放大器電源15 電池