2. Структура InGaAs/InPлавинного фотодиода

Для увеличения предельной частоты лавинного фотодиода необходимо уменьшать как толщину поглощающего слоя, теряя при этом в эффективности, так и толщину слоя умножения. Однако, если минимальная толщина поглощающего слоя ограничена только малым значением квантовой эффективности, то толщина слоя умножения ограничена туннельными токами и минимальным расстоянием необходимым для того, чтобы носитель заряда приобрел энергию, необходимую для возникновения ударной ионизации. Поэтому предельная частота современных лавинных фотодиодов на основе соединений A^IIIB^Vограничена временем образования лавины и не превышает 30 ГГц. При увеличении коэффициента умножения предельная частота лавинного фотодиода уменьшается, так при этом увеличивается время образования лавины.

4. Объект исследования

В данной лабораторной работе исследуется волоконно-оптический фотодиодный модуль, который представляет собой кристалл планарного InGaAs/InP лавинного фотодиода с диаметром фоточувствительной области 50 мкм, соединенный с одномодовым оптическим волокном и помещенный в герметичный металлический корпус (2Рис. 4.2.). InGaAs/InPлавинный фотодиод работает в спектральном диапазоне от 950 до 1650 нм и имеет чувствительность 0.85 А/Вт на длине волны 1.55 мкм. Напряжение лавинного пробоя составляет величину порядка 60 В. Исследуемый волоконно-оптический фотодиодный модуль предназначен для волоконно-оптических линий связи.

5. Описание измерительной установки и методов измерения

Рис. 5.2. показывает блок-схему лабораторной установки, в состав которой входят:

• стенд для измерения фотоэлектрических характеристик лавинного фотодиода;

• вольтметр универсальный В7-73/2;

• персональный компьютер с COM-портом и с интерфейсной программой, управляющей работой стенда.

Лабораторная установка позволяет измерять ток I_PDчерез лавинный фотодиод в зависимости от напряжения смещенияU_biasи падающей на него мощностиP_optизлучения лазерного диода, которая устанавливается интерфейсной программой. Излучение лазерного диода по одномодовому волоконно-оптическому кабелю поступает на лавинный фотодиод. НапряжениеU_outна сопротивлении нагрузкиR_Lлавинного фотодиода измеряется с помощью вольтметра. ТокI_PDчерез лавинный фотодиод и напряжение обратного смещенияU_biasна лавинном фотодиоде рассчитываются по следующим формулам:

1. ,(1.1)

2. ,(1.2)

где V_PD– напряжение питания лавинного фотодиода, которое задается интерфейсной программой. В стенде лабораторной установки сопротивление нагрузкиR_Lлавинного фотодиода равняется 44.1 кОм.

1 – порт управления стендом

2 – клемма заземления

3 – разъем питания

4 – входной ВЧ разъем лазерного диода

5 – выходной электрический разъем фотодиода

6 – выходной оптический разъем лазерного диода

7 – входной оптический разъем фотодиода

2. Блок-схема лабораторной установки

Лабораторная установка включается в следующем порядке.

3. Заземлить стенд, вольтметр и персональный компьютер.

4. Подсоединить стенд к COM-порту компьютера с помощью ноль модемного кабеля.

5. Подключить блок питания к стенду при нахождении кнопки включения стенда в положении “Выкл.”.

6. Подключить блок питания стенда к электрической сети 100-240 В, 50/60 Гц.

7. Включить стенд (перевести кнопку включения стенда в положение “Вкл.”). Индикатор на кнопке включения стенда указывает на наличие напряжения питания на стенде.

8. Включить компьютер и запустить интерфейсную программу, управляющую стендом.

9. Выбрать в интерфейсной программе номер COM-порта, к которому подключен стенд, и произвести соединение интерфейсной программы со стендом нажатием кнопки “F9” на клавиатуре компьютера. Интерфейсная программа произведет диагностику работы стенда и при успешном соединении выведет сообщение “Соединение сCOMxустановлено”, где “х” – номерCOM-порта, к которому подключен стенд.

10. Если самодиагностика стенда не выявила ошибок, включить вольтметр и подключить его к выходному электрическому разъему фотодиода на стенде.

11. Соединить выходной оптический разъем лазерного диода с входным оптическим разъемом фотодиода с помощью одномодового волоконно-оптического кабеля.

6. Порядок выполнения работы

   1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

   2. Включить приборы в указанном выше порядке.

   3. Ознакомиться с работой интерфейсной программы.

   4. Установить нулевое значение тока накачки лазерного диода.

   5. Установить нулевое напряжения питания лавинного фотодиода.

   6. Измерить напряжение U_outна сопротивлении нагрузкиR_Lфотодиода с помощью вольтметра. Записать результат измерения напряжения.

   7. Повторить измерение по пп.Рис. 6.5.-Рис. 6.6. для различных напряжений питания лавинного фотодиода в диапазоне от максимального до минимального значения, установленного интерфейсной программой.

   8. Повторить измерения по пп.Рис. 6.5.-Рис. 6.7. для значения мощности излучения лазерного диода 10 мкВт.

   9. Для уменьшения ошибок измерений повторить измерения не менее 5 раз.

   10. Произвести обработку экспериментальных данных и оценить случайную погрешность измерения тока I_PDчерез лавинный фотодиод и напряжение обратного смещенияU_biasна лавинном фотодиоде, рассчитываемых по формулам 4.5(1.1) и 4.5(1.2), для доверительной вероятностиP= 0.95, при этом значение сопротивления нагрузкиR_Lсчитать постоянной величиной.

   11. Построить обратную ветвь вольт-амперной характеристики лавинного фотодиода в темновом режиме и при освещении. Определить напряжение лавинного пробоя.

   12. С помощью формул 4.2(1.1) и 4.2(1.2) построить вольтовую характеристику коэффициента умножения темнового тока и фототока лавинного фотодиода.

7. Содержание отчета

Отчет о проделанной лабораторной работе должен содержать:

• название работы, ф.и.о. студента и номер группы;

• таблицы с экспериментальными данными;

• обработку экспериментальных данных;

• вольт-амперные характеристики лавинного фотодиода в темновом режиме и при освещении;

• значение напряжение лавинного пробоя;

• вольтовую характеристику коэффициента умножения темнового тока и фототока лавинного фотодиода;

• выводы.