- •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
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 AIIIBVограничена временем образования лавины и не превышает 30 ГГц. При увеличении коэффициента умножения предельная частота лавинного фотодиода уменьшается, так при этом увеличивается время образования лавины.
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.
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 IPDчерез лавинный фотодиод в зависимости от напряжения смещенияUbiasи падающей на него мощностиPoptизлучения лазерного диода, которая устанавливается интерфейсной программой. Излучение лазерного диода по одномодовому волоконно-оптическому кабелю поступает на лавинный фотодиод. НапряжениеUoutна сопротивлении нагрузкиRLлавинного фотодиода измеряется с помощью вольтметра. ТокIPDчерез лавинный фотодиод и напряжение обратного смещенияUbiasна лавинном фотодиоде рассчитываются по следующим формулам:
,(1.1)
,(1.2)
где VPD– напряжение питания лавинного фотодиода, которое задается интерфейсной программой. В стенде лабораторной установки сопротивление нагрузкиRLлавинного 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
Блок-схема лабораторной установки
Лабораторная установка включается в следующем порядке.
Заземлить стенд, вольтметр и персональный компьютер.
Подсоединить стенд к COM-порту компьютера с помощью ноль модемного кабеля.
Подключить блок питания к стенду при нахождении кнопки включения стенда в положении “Выкл.”.
Подключить блок питания стенда к электрической сети 100-240 В, 50/60 Гц.
Включить стенд (перевести кнопку включения стенда в положение “Вкл.”). Индикатор на кнопке включения стенда указывает на наличие напряжения питания на стенде.
Включить компьютер и запустить интерфейсную программу, управляющую стендом.
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.
Если самодиагностика стенда не выявила ошибок, включить вольтметр и подключить его к выходному электрическому разъему фотодиода на стенде.
Соединить выходной оптический разъем лазерного диода с входным оптическим разъемом фотодиода с помощью одномодового волоконно-оптического кабеля.
Порядок выполнения работы
Ознакомиться с лабораторной установкой.
Включить приборы в указанном выше порядке.
Ознакомиться с работой интерфейсной программы.
Установить нулевое значение тока накачки лазерного диода.
Установить нулевое напряжения питания лавинного фотодиода.
Измерить напряжение Uoutна сопротивлении нагрузкиRLфотодиода с помощью вольтметра. Записать результат измерения напряжения.
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.
Повторить измерения по пп.Рис. 6.5.-Рис. 6.7. для значения мощности излучения лазерного диода 10 мкВт.
Для уменьшения ошибок измерений повторить измерения не менее 5 раз.
Произвести обработку экспериментальных данных и оценить случайную погрешность измерения тока IPDчерез лавинный фотодиод и напряжение обратного смещенияUbiasна лавинном фотодиоде, рассчитываемых по формулам 4.5(1.1) и 4.5(1.2), для доверительной вероятностиP= 0.95, при этом значение сопротивления нагрузкиRLсчитать постоянной величиной.
Построить обратную ветвь вольт-амперной характеристики лавинного фотодиода в темновом режиме и при освещении. Определить напряжение лавинного пробоя.
С помощью формул 4.2(1.1) и 4.2(1.2) построить вольтовую характеристику коэффициента умножения темнового тока и фототока лавинного фотодиода.
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.