光電探測器:靈敏度、偏置和帶寬

2023年12月13日發(作者：穿插是什么意思)

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實驗2. 光電探測器：靈敏度、偏置和帶寬

摘要:

本實驗將用到實驗1測量的中同樣為1550 nm激光器，將利用信號發生器調制激光器，并在不同的偏置條件下測量不同光電探測器的靈敏度和帶寬；將對商用光電接收器進行同樣的測試，比較測量結果。

本實驗的目的是了解半導體光電探測器基本使用及其偏置電路最優化設計，之后在本實驗和下面的實驗中將利用你自己搭建的光電接收器測量激光器及光纖的模式。

有關安全問題同實驗1的描述。

步驟:

激光器

如同實驗1一樣，讓激光器工作溫度20℃，輸出功率2mW（如果實驗1中激光器工作溫度不是20℃，則選擇的溫度應接近20℃）；用功率計（用衰減器）檢查激光裝置；如同實驗1中對激光器直接調制。將信號發生器連接到示波器輸出不同的波形、振幅和頻率。輸出一個幅度為0.05 V、頻率100 Hz弦波。信號發生器連接到電流源的輸入，確信信號發生器沒有超出激光器的最大調制速率。

光伏型光電探測器

測量光路如圖2.1所示。光電探測器是一光敏面InGaAs光敏二極管。注意光電二極管直接連接到示波器的DC端以便觀察激光器的調制信號，通過1M阻抗（示波器的輸入阻抗）和衰減器適當衰減就可觀察到信號，如果需要增加信號強度可去掉衰減器。觀察加在激光器的偏置電流和調制電壓如何導致信號的削波。導致削波的機理是什么？是信號使光電探測器飽和了嗎？

圖2.1不同偏置條件下半導體激光器的調制及光電探測器的靈敏度和帶寬測試裝置

激光器的偏置應加在其線性區域中心（無失真區），即大信號輸入時產生的上下削波量相同。在該偏置電流下確定示波器能夠探測到的最小調制電壓信號。什么是信號的調制度？圖2.2給出了信號調制度的定義。

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圖2.2.調制度定義為：m = (Imax-Imin)/Imax

使激光器偏置始終處在線性區域中心，在信號不失真情況下確定最大調制信號。失真是由探測器引起的還是激光器引起的？在此情況下信號的調制度是什么？調整調制信號的幅度為小信號，測量小信號的頻率響應。固定頻率分別測量幅度響應（實驗1中已做）和相位響應，通過比較信號發生器輸出到示波器的響應測量相位。

光導型光電探測器

如圖2.3是通過給探測器加反向偏置改變接收部分的測量裝置。

用偏置電壓V＝9.0v加偏置電阻（即1M的負載做為示波器的輸入阻抗）。確信你使用的是商用光電二極管。如果不慎給二極管加正向偏壓而非反向偏壓，將會燒壞。調整激光器的偏置讓其工作在線性區域的中心重復上述測量：最小可探測的調制電壓、不導致削波的最大調制電壓和小信號的頻率響應。反向偏壓明顯改變探測器特性嗎？探測器限制信道的小頻率響應嗎？

分別用10k和200歐的偏置電阻重復上述測量，存在最佳偏置電阻嗎？或著最佳選擇依賴于實際應用？

圖2.3.光導型光電二極管偏置電路

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商用光電接收器（可選）

用New Focus公司的帶前置放大器光電探測器重復上述測量：最小可探測的調制電壓、不導致削波的最大調制電壓和小信號的頻率響應（幅度和相位）。你選擇的放大倍數和帶寬是多少？為什么？

實驗設備

1 1550nm F-P半導體激光器

2 帶熱—電制冷器及準直透鏡的激光器支架

3 焦距f＝5mm激光器支架用準直透鏡

4 熱—電制冷器控制器

5 精密電流源

6 信號發生器

7 InGaAs光電探測器 (功率計) /衰減器

8 功率計顯示單元

9 示波器

10 紅外感應卡

11 InGaAs光電探測器

12 帶前置放大器的InGaAs 光電探測器

13 運算放大器

14 運算放大器電源

15 電池（供探測器偏壓）

16 電纜、導線、電阻器、印制電路板和各種連接器

17 光學實驗臺

18 三維調整支架

19 光機部件（支架、柱）

20 操作手冊、表格

精彩文檔

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