試驗一 光電探測器特性測試試驗

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一、試驗目的

1、學習光電探測器響應度及量子效率的概念2、把握光電探測器響應度的測試方法

3、了解光電探測器響應度對光纖通信系統(tǒng)的影響

二、試驗內(nèi)容

1、測試1310nm檢測器I-P特性

2、根據(jù)I-P特性曲線，得出檢測器的響應度并計算其量子效率

三、試驗儀器

1、ZY12OFCom23BH1型光纖通信原理試驗箱2、光功率計3、FC-FC單模光跳線4、萬用表5、連接導線

1臺1臺1根1臺1根

四、試驗原理

在光纖通信工程中，光檢測器（photodetector），又稱光電探測器或光檢波器。按其作用原理可分為熱器件和光子器件兩大類。前者是吸收光子使器件升溫，從而探知入射光能的大小，后者則將入射光轉(zhuǎn)化為電流或電壓，是以光子-電子的能量轉(zhuǎn)換形式完成光的檢測目的。

最簡單的光檢測器就是p-n結(jié)，但它存在大量缺點，光纖通信系統(tǒng)中，較多采用p-i-n光電二極管（簡稱PIN管）及雪崩光電二極管（APD管），都是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的半導體器件。

在給定波長的光照射下，光檢測器的輸出平均電流與入射的光功率平均值之比稱響應率或響應度。簡言之，即輸入單位的光功率產(chǎn)生的平均輸出電流，R的單位為A/W或uA/uW。其表達式為：

R?IpP（1-1）

響應率是器件外部電路中浮現(xiàn)的宏觀靈敏特性，而量子效率是內(nèi)部浮現(xiàn)的微觀靈敏特性。量子效率是能量為hυ的每個入射光子所產(chǎn)生的電子-空穴載流子對的數(shù)量：

??通過結(jié)區(qū)的光生載流子對數(shù)IP/e＝（×100％）（1-2）

入射到器件上的光子數(shù)P/hv上式中，e是電子電荷；υ為光的頻率。通過測試IP與P的關系，即可計算獲得檢測器

的量子效率，其中光電檢測器的量子效率與響應度的關系為：

R???1.24（1-3）

在波長確定的狀況下，通過測試得到一定光功率下檢測器輸出的電流，即可獲得檢測器的響應度及量子效率的大小，從而了解檢測器的性能指標。

試驗箱中，1310nm與1550nm兩個波長使用的檢測器均為PIN光電二極管，用光功率計測試得到光發(fā)端機輸出的平均光功率，然后再測試得到光收端機檢測得到的響應電流，改變光發(fā)端機輸出功率，作檢測器端的I-P特性曲線，曲線斜率即為特定波長下的響應度。響應電流的測定是通過運放，將檢測器的電流信號，放大成電壓信號后得到的，檢測電壓點為T103（VOUT），即此測試點與接地點之間的電壓V。其放大系數(shù)為n可以通過W47（現(xiàn)行度調(diào)

節(jié)）來調(diào)理，即檢測電流I＝V/（10000×n）（1-4）（此關系式由運放電路的參數(shù)決定）電流電壓轉(zhuǎn)換原理圖見下圖1-1。R3451J15234PD-GNDPD+VCC1234W4745-5VDT103R3461R48723U83A165U83B7D8VCCD圖1-1電流電壓轉(zhuǎn)換原理圖而實際的所測的電流I只有探測器輸出電流的1/6，原因如下R345VCCD4W47-5VD47KT103PD8516R4551002RX37K30BM2183645183645SD3Z22R4872K23U83ATL08281R34665U83BTL0827CJ15PD-GNDPD+VCCPDHY1234R4882K77R362470VCCDVCCD無光告警電路1圖1-2探測器電流流向圖因此，在計算探測器的相應度時因該將測得的電流值乘以6倍，作為探測器的響應電流。因此，響應度R的實際計算公式為R?Ip/P?6?V/(10000?n?P)（1-5）B五、試驗步驟1、用導線連接電終端模塊T68(M)和T94(13_DIN)，為半導體激光器提供電源。2、將開關K43撥為“數(shù)字〞，即光功率的大小由試驗箱上的數(shù)字調(diào)理旋鈕（W44）調(diào)理；將開關BM1撥為1310nm,開關BM2撥為1310nm（為發(fā)射1310nm波長的激光器接通電源）Title,開關K30撥為“測試〞（K30撥到測試檔時，檢測器的響應電流就轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過T103Size（VOUT）表現(xiàn)出來），將電位器W44逆時針旋轉(zhuǎn)到最小。BDate:3、旋開光發(fā)端機光纖輸出端口（1310nmT）防塵帽，用FC-FC光纖跳線將半導體激光File:器與光機收機（1310nmR3）連接起來。454、開啟交流電源，此時指示燈D4、D5、D6、D7、D8亮。2345、將電位器W46(閾值電流調(diào)理)逆時針旋轉(zhuǎn)終究。6、用萬用表測量T97（TV+）和T98(TV-)兩端電壓V7-8（紅表筆插T97，黑表筆插T98），調(diào)理W44（半導體激光器驅(qū)動電壓），使萬用表示數(shù)為30mV，將電位器W47（線性度調(diào)理）順時針調(diào)到最大（電位器W47（線性度調(diào)理）用于調(diào)理（式1-4中）n的值，此處調(diào)理到最大時n=5,即此時的I=V/50000。），用萬用表測試T103（VOUT）與地之間電壓V，填入下表中，將1310nm光收端機端光纖取出，測試此時光功率并填入對應表格中。

NumberATitle24-Mar-2023D:\\光纖\\光纖H\\其次板原理圖\\H1PCBSizeBDate:File:522D17、調(diào)理W44，減小驅(qū)動電流，用萬用表測量T97（TV+）和T98(TV-)兩端電壓，使得萬用表示數(shù)為下表中的數(shù)值，測試T103（VOUT）與地之間的電壓，同時取出光纖測試光功率，填入對應表格中。

8、依次關閉各直流電源、交流電源，將K30撥到下面，拆除導線，將試驗箱還原。

V7-8(mv)T103：測試電壓V（V）輸出光功率P（uW）

353.24802.7303.390.407706.1252.960.355570.5202.670.320463.6152.310.277101.460.175計算得到電流I（mA）0.389353.7216.5表1-1試驗結(jié)果記錄表

9、將測得的電壓，代入公式1-5中，計算得到檢測器輸出電流I，填入對應表格中。

六、試驗測試結(jié)果分析

（1）根據(jù)測試結(jié)果，畫出的1310nm光電檢測器I-P特性曲線如下圖：