光電二極管教程

1、光電二極管教程工作原理結光電二極管是一種根本器件，其功能類似于一個普通的信號二極管，但在結半導體的耗盡區(qū)吸收光時，它會產(chǎn)生光電流。光電二極管是一種快速，高線性度的器件，在應用中具有高量子效率，可應用于各種不同的場合。根據(jù)入射光確定期望的輸出電流水平和響應度是有必要的。圖1描繪了一個結光電二極管模型，它由根本的獨立元件組成，這樣便于直觀了解光電二極管的主要性質(zhì)，更好地了解Thorlabs光電二極管工作過程。圖1 :光電二極管模型光電二極管術語響應度光電二極管的響應度可以定義為給定波長下，產(chǎn)生的光電流I pd和入射光功率P之比：工作模式光導模式和光伏模式光電二極管可以工作在這兩個模式中的一個：光導

2、模式反向偏置或光伏模式零偏置。工作模式的選擇根據(jù)應用中速度和可接受暗電流大小漏電流而定。光導模式處于光導模式時，有一個外加的偏壓，這是我們DET系列探測器的根底。電路中測得的電流代表器件接受到的光照；測量的輸岀電流與輸入光功率成正比。外加偏壓使得耗盡區(qū)的寬度增大，響應度增大，結電容變小，響應度趨向直線。工作在這些條件下容易產(chǎn)生很大的暗電流，但可以選擇光電二極管的材料以限制其大小。注：我們的DET器件都是反向偏置的，不能工作在正向偏壓下。光伏模式光伏模式下，光電二極管是零偏置的。器件的電流流動被限制，形成一個電壓。這種工作模式利用了光伏效應，它是太陽能電池的根底。當工作在光伏模式時，暗電流最小。

3、暗電流暗電流是光電二極管有偏壓時的漏電流.工作在光導模式時，容易岀現(xiàn)更高的暗電流，并與溫度直接相關.溫度每增加?10?° C,暗電流幾乎增加一倍，溫度每增加？6 ° C,分流電阻增大一倍.顯然，應用更大的偏壓會降低結電容，但也會增加 當前暗電流的大小.當前的暗電流也受光電二極管材料和有源區(qū)尺寸的影響.鍺器件暗電流很大，硅器件通常比鍺器件暗電流小.下表給岀了幾種光電二極管材料及它們相關的暗電流，速度，響應波段和價格.MaterialDark Curre ntSpeedSen sitivity*CosSilicon (Si)LowHigh Speed400 - 1000 nmL

4、owMaterialDark Curre ntSpeedSen sitivity*CosGermanium (Ge)HighLow Speed900 - 1600 nmLowGallium Phosphide (GaP)LowHigh Speed150 - 550 nmModeraIndium Gallium Arsenide (InGaAs)LowHigh Speed800 - 1800 nmModeraExtended Range Indium Gallium Arsenide (InGaAs)HighHigh Speed1200 - 2600 nmHigh*代表近似值結電容結電容Cj是光

5、電二極管的一個重要性質(zhì)，對光電二極管的帶寬和響應有很大影響。需要注意的是，結區(qū)面積大的二極管結體積也越大，也擁有較大的充電電容。在反向偏壓應用中，結的耗盡區(qū)寬度增加，會有效地減小結電容，增大響應速 度。帶寬和響應負載電阻和光電二極管的電容共同限制帶寬。要得到最正確的頻率響應，一個50歐姆的終端需要使用一條 50歐姆的同軸電纜。帶寬fBw和上升時間響應tr可以近似用結電容Cj和負載電阻Rioad表示：終端電阻使用負載電阻將光電流轉換為電壓 Vout以便在示波器上顯示：根據(jù)光電二極管的類型，負載電阻影響其響應速度。為到達最大帶寬，我們建議在同軸電纜的另一端使用50歐姆的終端電阻。其與電纜的本征阻抗

6、相匹配，將會最小化諧振。如果帶寬不重要，您可以增大負載電阻Road ，從而增大給定光功率下的光電壓。終端不匹配時，電纜的長度對響應影響很大，所以我們建議使電纜越短越好。分流電阻分流電阻代表零偏壓下光電二極管的結電阻。理想的光電二極管分流電阻無限大，但實際值可能從十歐姆到幾千兆歐不等，與其材料有關。例如，InGaAs探測器分流電阻在10兆歐姆量級，而Ge探測器的分流電阻在千歐量級。這會顯著影響光電二極管的噪聲電流。然而，在大局部應用中，大電阻幾乎不產(chǎn)生效應，因而可以忽略。串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻是半導體材料的電阻，這個小電阻通常可以忽略。串聯(lián)電阻來自于光電二極管的觸點和線接頭，通常用來確定二 極管在零偏壓下的線性度。通用工作電路圖2 :反向偏壓電路DET系列探測器DET系列探測器有上面所示的模塊化電路。探測器反向偏置對輸入光產(chǎn)生線性響應。光電流的大小與入射光大小以及波長有關，輸出端加一個負載電阻就可以在示波器上顯示。RC濾波電路的作用是濾掉輸入電源的高頻噪聲，這些噪聲會影響輸出端的噪聲。圖3 :放大探測器電路也可以用光電探測器加放大器來實現(xiàn)所需要的高增益。用戶可以選擇工作在光導模式和光伏模式。使用這個有源電路有幾個優(yōu)勢：« 光伏模式：由于運算放大器 A點電勢和B點電勢相等，因而光電二極管兩端的電勢差為零伏。這