Исследование фотодиодов

Цель работы. Изучение свойств фотодиодов, используемых в системах оптической связи, определение их параметров и характеристик.

Описание лабораторного стенда.

В состав лабораторного стенда входят три исследуемых фотодиода и три полупроводниковых лазера, соответственно, с l = 0.85, 1.3 и 1.55 мкм. Каждый из лазеров включается индивидуально выключателем на задней панели лабораторного стенда, а выходная мощность лазера может плавно регулироваться от» -4 дБм до -30 дБм с помощью потенциометра, расположенного ниже на передней панели. С помощью переключателя П1 фотодиоды могут быть попеременно подключены к источнику напряжения смещения, к измерителю выходного напряжения, а также к резистивной нагрузке имеющей два разных номинала. Соотношение положений переключателя и нагрузки ФД сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Оптическое излучение от лазера к фотоприемнику передается через ВО кабель. Питание лазеров осуществляется от постоянного источника с напряжением 10 В, а напряжение смещения на ФД подается от источника, амплитуда напряжения которого регулируется в пределах от 5 до 40 В. (Источники в состав стенда не входят).

В состав лабораторной установки также входят:

1. Комбинированный электрический измерительный прибор М238.

2. Измеритель оптической мощности (ИОМ).

Порядок выполнения работы.

1. Определение величины темнового тока.

1.1. Подключить (согласно маркировке на проводах) лабораторную установку к источнику питания лазеров и источнику смещения ФД.

1.2. Установить напряжение смещения ФД - 5 В.

1.3. Подключить к клеммам «Милливольтметр» комбинированный прибор. Установить его переключатель в положение 20 мВ (или 200 мВ).

1.4. Закрывая попеременно ФД1, ФД2 и ФД3 темным колпаком и переключая П1, соответственно, в положения 2, 4, 6 зафиксировать значения темнового напряжения.

1.5. Учитывая величину сопротивления нагрузки для каждого ФД рассчитать величину темнового тока. Данные измерений и расчетов внести в таблицу 2.

Таблица 2

2. Исследование зависимости чувствительности ФД от мощности входного оптического излучения и длины волны.

2.1. Тумблером на задней панели включить ЛД1.

2.2. Соединив оптическим кабелем ЛД1с ИОМ потенциометром выставить значение оптической мощности –20 дБм. При этом обязательно включить в ИОМ соответствующую длину волны.

2.3. Выставить напряжение смещения 5 В, подключить ФД1 к нагрузке 10 кОм и милливольтметру. Для этого переключить П1 в положение 1. Соединив оптическим кабелем ЛД1 и ФД1 зафиксировать значение напряжения на милливольтметре.

2.4. Данные измерения занести в таблицу 3.

Таблица 3.

2.5. Проделать аналогичные измерения подключив ФД2 и ФД3.

2.6. Для всех ФД проделать аналогичные измерения при выходной оптической мощности ЛД1 = - 15 дБм.

2.7. Для всех ФД проделать аналогичные измерения при выходной оптической мощности ЛД1 = - 10 дБм.

2.8. Выполнить пункты при напряжении смещения 10 В. Данные измерений занести в таблицу 4.

Таблица 4.

3. Исследование зависимости чувствительности ФД2 от напряжения смещения.

3.1. Тумблером на задней панели включить ЛД2.

3.2. Соединив оптическим кабелем ЛД2 с ИОМ потенциометром выставить значение оптической мощности –20 дБм. При этом обязательно включить на панели ИОМ соответствующую длину волны.

3.3. Выставить напряжение смещения 15 В, подключить ФД2 к нагрузке 10 кОм и милливольтметру. Для этого переключить П1 в положение 3. Соединив оптическим кабелем ЛД2 и ФД2 зафиксировать значение напряжения на милливольтметре.

3.4. Выполнить аналогичные измерения для напряжений смещения 20, 25, 30, 35, 40 В. Внимание! Свыше 40 В напряжение смещения не увеличивать.

3. 5. Данные измерения занести в таблицу 5.

Таблица 5.

4. Расчеты и графики.

4.1. Для выходной оптической мощности – 20 дБм рассчитать чувствительность всех ФД для всех длин волн. Результаты расчетов внести в таблицу 6.

Таблица 6

4.2. Для ФД1 рассчитать и построить зависимости чувствительности от входной оптической мощности для смещений 5 и 10 В.

4.3. Для ФД2 рассчитать и построить зависимости чувствительности от напряжения смещения 5 - 40 В.

Содержание отчета.

Отчет по лабораторной работе должен содержать;

- цель работы;

- результаты измерений и расчетов;

- заданный графический материал;

- выводы по результатам работы.

Вопросы для самопроверки.

1. Почему p-i-n фотодиоды обладают большими чувствительностью и быстродействием по сравнению с обычными фотодиодами?

2. Опишите принцип действия, назовите преимущества и недостатки ЛФД.

3. Почему кремниевые ФД не используются в спектральном диапазоне 1, 3 – 1, 55 мкм?

4. Нарисуйте и опишите функциональную схему цифрового ФПУ.

5. Назовите источники шумов в ФПУ. Какова причина возникновения квантового шума?