光電探測器：靈敏度、偏置和帶寬

1、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(fā)生器調(diào)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(jìn)行同樣的測試，比較測量結(jié)果。本實驗的目的是了解半導(dǎo)體光電探測器基本使用及其偏置電路最優(yōu)化設(shè)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(guān)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 20C，輸出功率2mV（如果實驗1中激光器工作溫度不是 20 C，則選 擇的溫度應(yīng)接近20C）；用功率計（用衰減器）檢查激光裝置；如同實驗1中對激光器

2、直接調(diào)制。將信號發(fā)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(fā)生器連接到電流源的輸入，確信信號發(fā)生器沒有超岀激光器的最大調(diào)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(diào)制信號，通過1M阻抗（示波器的輸入阻抗）和衰減器適當(dāng)衰減就可觀察到信號，如果需要增加信號強(qiáng)度可去掉衰減器。觀察加在激光器的偏置電流和調(diào)制電壓如何導(dǎo)致信號的削波。導(dǎo)致 削波的機(jī)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(dǎo)體激光器的調(diào)制及光電探測器的靈敏度

3、和帶寬測試裝置激光器的偏置應(yīng)加在其線性區(qū)域中心（無失真區(qū)），即大信號輸入時產(chǎn)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(diào)制電壓信號。什么是信號的調(diào)制度？圖2.2給岀了信號調(diào)制度的定義。光電流圖 2.2.調(diào)制度定義為： m = （lmax-lmin）/lmax使激光器偏置始終處在線性區(qū)域中心，在信號不失真情況下確定最大調(diào)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(diào)制度是什么？調(diào)整調(diào)制信號的幅度為小信號，測量小信號的頻率響 應(yīng)。固定頻率分別測量幅度響應(yīng)（實驗 1中已做）和相位響應(yīng)，通過比較信號發(fā)生器輸岀到示波器的響應(yīng) 測量相位。光導(dǎo)型光電探測器如圖2.3是通

4、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(fù)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(diào)整激光器的偏置讓其工作在線性區(qū)域的中心重 復(fù)上述測量：最小可探測的調(diào)制電壓、不導(dǎo)致削波的最大調(diào)制電壓和小信號的頻率響應(yīng)。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(yīng)嗎？分別用10k和200歐的偏置電阻重復(fù)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(yīng)用？ 圖2.3.光導(dǎo)型光電二極管偏置電路商用光電接收器（可選）用New Focus公司的帶前置放大器光電探測器重復(fù)上述測量：最小可探測的調(diào)制電壓、不導(dǎo)致削波的最大 調(diào)制電壓和小信號的頻率響應(yīng)（幅度和相位）。你選擇的放大倍數(shù)和帶寬是多少？為什么？實驗設(shè)備I 1550nm F-P半導(dǎo)體激光器2帶熱一電制冷器及準(zhǔn)直透鏡的激光器支架3焦距f = 5mm激光器支架用準(zhǔn)直透鏡4熱一電制冷器控制器5精密電流源6信號發(fā)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(yīng)卡II 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