1. CтруктураInGaAs/InPp-I-nфотодиода и его зонная диаграмма

Обычно к p-i-nфотодиоду прикладывается напряжение обратного смещения, достаточное для полного обеднения поглощающегоi-слоя. В результате исключается более медленный диффузионный механизм переноса носителей заряда и снижается емкость перехода, что в совокупности приводит к увеличению чувствительности и предельной частотыp-i-nфотодиода. Рис. 3.2. показывает схему включенияp-i-nфотодиода в СВЧ диапазоне и на низких или высоких частотах.

2. Схема включения p-i-nфотодиода: а) на низких или высоких частотах, б) в СВЧ диапазоне

4. Объект исследования

В данной лабораторной работе исследуется волоконно-оптический фотодиодный модуль, который представляет собой кристалл планарного InGaAs/InP p-i-nфотодиода с диаметром фоточувствительной области 40 мкм, соединенный с одномодовым оптическим волокном и помещенный в герметичный металлический корпус (Рис. 4.2.). Волоконно-оптический фотодиодный модуль работает в спектральном диапазоне от 800 до 1700 нм, длина волны максимума спектральной чувствительности равняется 1550 нм (Рис. 4.1.). Величина темного тока составляет 3.7 пА при напряжении смещения -2.0 В и 5.4 пА при напряжении смещения -20 В (Рис. 4.3.). Пробивное напряжение волоконно-оптического фотодиодного модуля равняется 40 В. Исследуемый волоконно-оптический фотодиодный модуль предназначен для волоконно-оптических систем связи и измерительных систем.

1. Относительная спектральная характеристика InGaAs/ InP p-I-nфотодиода

2. Внешний вид волоконно-оптического фотодиодного модуля

3. Зависимость темнового тока InGaAs/InP p-I-nфотодиода от напряжения обратного смещения

5. Описание лабораторной установки и методов измерения

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

• стенд для измерения фотоэлектрических характеристик p-i-n фотодиода;

• вольтметр универсальный портативный В7-58/2;

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

Лабораторная установка позволяет измерять ток I_PDчерезp-i-nфотодиод 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 наp-i-nфотодиод. НапряжениеU_outна сопротивлении нагрузкиR_Lp-i-nфотодиода измеряется с помощью вольтметра. ТокI_PDчерезp-i-nфотодиод и напряжение смещенияU_biasнаp-i-n фотодиоде рассчитываются по следующим формулам:

1. ,(1.1)

2. ,(1.2)

где V_PD– напряжение питанияp-i-nфотодиода, которое задается интерфейсной программой. Так как потери в оптическом волокне для длины волны 1550 нм составляют величину менее 0.2 дБ/км, то при длине кабеле в несколько метров ими можно пренебречь. В этом случае чувствительностьp-i-n фотодиода может быть определена по следующей формуле:

3. .(1.3)

В стенде лабораторной установки сопротивление нагрузки R_Lфотодиода равняется 56.2 Ом, а темновой токI_dp-i-nфотодиода при напряжении смещения в диапазоне от -15 В до +0.5В составляет величину менее 5 пА.

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