- •Введение
- •Лабораторная работа “Измерение ватт-амперных характеристик инжекционного лазера при различных температурах”
- •Относительная спектральная характеристика инжекционного лазера
- •Диаграмма направленности инжекционного лазера
- •Ватт-амперные характеристики инжекционного лазера при различных температурах
- •Зонная диаграмма инжекционного квантоворазмерного InGaAsP/InPлазера
- •Инжекционный лазер с резонатором Фабри-Перо
- •Инжекционный лазер с распределенной обратной связью
- •Внешний вид волоконно-оптического лазерного модуля
- •Конструкция волоконно-оптического лазерного модуля
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Лабораторная работа “Измерение фотоэлектрических характеристик p-I-nфотодиода”
- •Вольт-амперные характеристики p-I-nфотодиода при различных уровнях мощности оптического излучения
- •Энергетическая характеристика p-I-nфотодиода
- •Относительная спектральная характеристика монохроматической чувствительности p-I-nфотодиода
- •CтруктураInGaAs/InPp-I-nфотодиода и его зонная диаграмма
- •Относительная спектральная характеристика InGaAs/ InP p-I-nфотодиода
- •Внешний вид волоконно-оптического фотодиодного модуля
- •Зависимость темнового тока InGaAs/InP p-I-nфотодиода от напряжения обратного смещения
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Лабораторная работа “Измерение амплитудно-частотной характеристики p-I-nфотодиода”
- •Переходные характеристики p-I-nфотодиода
- •Частотная характеристика p-I-nфотодиода
- •Зависимость предельной частоты InGaAs/InPp-I-nфотодиода от толщины поглощающегоi-слоя при различных диаметрах фоточувствительной области
- •Эквивалентная электрическая схема p-I-nфотодиода
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Лабораторная работа “Измерение фотоэлектрических характеристик лавинного фотодиода”
- •Вольт-амперные характеристики лавинного фотодиода в темновом режиме и при освещении, а также вольтовая характеристика коэффициента умножения
- •Структура InGaAs/InPлавинного фотодиода
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Лабораторная работа “Измерение токовой характеристики силы излучения светодиода”
- •Энергетические и фотометрические величины оптического излучения
- •Относительная спектральная характеристика светодиода
- •Диаграмма направленности светодиода
- •Токовые характеристики силы излучения (силы света) в максимуме диаграммы направленности светодиода при различных температурах
- •Поперечное сечение светодиода
- •Внешний вид 5 мм светодиода
- •Относительная спектральная характеристика квантоворазмерного GaAlAs суперяркого красного светодиода
- •Диаграмма направленности квантоворазмерного GaAlAs суперяркого красного светодиода
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Спектральная характеристика кремниевого p-I-nфотодиода
- •Относительная спектральная характеристика монохроматической чувствительности глаза человека
- •Оценка погрешностей результатов измерений
- •Значение коэффициента Стьюдента tдля случайной величиныX, имеющей распределение Стьюдента с (n-1) степенями свободы
- •Ряд экспериментальных значений
- •Ряд случайных отклонений результатов
- •Литература
Контрольные вопросы
Объясните принцип работы p-i-nфотодиода.
Приведите основные характеристики и параметры p-i-nфотодиода в стационарном режиме.
Приведите вольт-амперную характеристику p-i-nфотодиода и объясните ее поведение на различных участках при различных мощностях оптического излучения.
Укажите возможные причины уменьшения чувствительности p-i-nфотодиода при больших мощностях оптического излучения.
Лабораторная работа “Измерение амплитудно-частотной характеристики p-I-nфотодиода”
Задачи лабораторной работы
Измерить амплитудно-частотную характеристику p-i-nфотодиода, определить его предельную частоту, время нарастания и время спада.
Основные характеристики и параметры p-i-nфотодиодов в динамическом режиме
Быстродействие p-i-nфотодиода описывается переходными и частотными характеристиками.
Переходная характеристикаотражает зависимость выходного фотосигнала (тока, напряжения, чувствительности)p-i-nфотодиода от времени при воздействии импульса оптического излучения в форме ступени (Рис. 2.2.).
Обратная переходная характеристикаотражает зависимость выходного фотосигнала (тока, напряжения, чувствительности)p-i-nфотодиода от времени при резком прекращении воздействия оптического излучения (Рис. 2.2.).
Время нарастания tr – минимальный интервал времени между точками переходной характеристикиp-i-nфотодиода со значениями 10% и 90% от установившегося максимального значения фототока.
Переходные характеристики p-I-nфотодиода
Время спада td – минимальный интервал времени между точками обратной переходной характеристикиp-i-nфотодиода со значениями 10% и 90% от начального значения фототока.
Амплитудно-частотная характеристикаотражает зависимость выходного фотосигнала (тока, напряжения, чувствительности)p-i-nфотодиода от частоты модуляции падающего оптического излучения (Рис. 2.4.).
Предельная частотаfPD– частота синусоидальномодулированного оптического излучения, при которой выходной фотосигнал (ток, напряжение, чувствительность)p-i-nфотодиода падает до значения 0.707 от его значения при немодулированном оптическом излучении. Современныеp-i-nфотодиоды на основе кремния имеют предельные частоты порядка сотен мегагерц, аp-i-nфотодиоды на основе соединенийAIIIBV– порядка десятков гигагерц.
Частотная характеристика p-I-nфотодиода
Динамический режим работы p-i-nфотодиода
Быстродействие p-i-nфотодиода ограничено временем переноса генерированных оптическим излучением неосновных носителей заряда иRCпостоянной времени цепи фотодиода (Рис. 3.2.). Предельная частотаp-i-nфотодиодаfPDможет быть определена по следующей формуле:
(1.1)
где ft– предельная частота фотодиода, ограниченная временем переноса неосновных носителей заряда,fRC– предельная частота фотодиода, ограниченнаяRCпостоянной цепи,– средняя скорость неосновных носителей заряда,0– диэлектрическая проницаемость вакуума,– относительная диэлектрическая проницаемость поглощающего слоя,A– площадь фоточувствительной области фотодиода,d– ширина поглощающегоi-слоя,Rs– последовательное сопротивление фотодиода,ZL– сопротивление нагрузки. Из приведенной формулы видно, что для уменьшения времени переноса неосновных носителей заряда необходимо уменьшать толщину поглощающегоi-слоя, а для уменьшенияRCпостоянной цепи фотодиода (уменьшения барьерной емкостиp-nперехода) и увеличения квантовой эффективности необходимо увеличивать толщину поглощающего слоя. Таким образом, при заданной площади фоточувствительной области существует оптимальная толщина поглощающегоi-слоя, при которой предельная частотаp-i-nфотодиода максимальна (Рис. 3.2.):
(1.2)