2.3. Объект исследования

В данной лабораторной работе исследуется волоконно-оптический фо­тодиодный модуль, который представляет собой кристалл планарного InGaAs/InP p-i-n фотодиода с диаметром фоточувствительной области 40 мкм, соединенный с одномодовым оптическим волокном и помещенный в герметичный металлический корпус (Рисунок 2.6).

Рисунок 2.6. - Внешний вид волоконно-оптического фотодиодного модуля

InGaAs/InP p-i-n фотодиод работает в спектральном диапазоне 0.81.7 мкм (Рисунок 2.7) и имеет темновой ток менее 5 пА при напряжении смещения -5 В (Рисунок 2.8).

Рисунок 2.7. - Спектральная характеристика InGaAs/InP p-i-n фотодиода

Рисунок 2.8. - Зависимость темнового тока InGaAs/InP p-i-n фотодиода

от напряжения обратного смещения

2.4. Описание лабораторной установки и методов измерения

Рисунок 2.9 показывает блок-схему лабораторной установки. В состав лабораторной установки входят:

• стенд для измерения фотоэлектрических характеристик p-i-n фотодиода;

• вольтметр универсальный портативный В7-58/2;

• персональный компьютер с СОМ-портом и с операционной системой Win9x/2k/XP/Vista.

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

Рисунок 2.9. - Блок-схема лабораторной установки

Лабораторная установка позволяет измерить ток I_PD через p-i-n фотодиод в зависимости от напряжения смещения U_PD и падающей на него мощности P_opt излучения лазерного диода, которая устанавливается интерфейсной про­граммой. Излучение лазерного диода по одномодовому волоконно- оптическому кабелю поступает на p-i-n фотодиод. Напряжение U на сопро­тивлении нагрузки R_L p-i-n фотодиода измеряется с помощью вольтметра. Ток I_PD через p-i-n фотодиод и напряжение смещения U_PD на p-i-n фотодиоде рассчитываются по следующим формулам:

I_PD = U/R_L, (2.4)

U_PD = V –U, (2.5)

где V - напряжение питания p-i-n фотодиода, которое задается интерфейсной программой. Так как потери в волоконно-оптическом кабеле пренебрежимо малы (длина кабеля l2 м, а для длины волны 1550 нм потери в волоконно- оптическом кабеле составляют величину менее 0.2 дБ/км), то чувствитель­ность p-i-n фотодиода может быть определена по следующей формуле:

. (2.6)

В стенде лабораторной установки сопротивление нагрузки R_L фотодиода равняется 56.2 Ом, а темновой ток I_d p-i-n фотодиода при напряжении сме­щения в диапазоне от -15 В до +0.5В составляет величину менее 1 нА.

Лабораторная установка включается в следующем порядке:

1. Заземлить стенд, вольтметр и персональный компьютер.

2. Подсоединить стенд к СОМ-порту компьютера с помощью ноль мо­демного кабеля.

3. Подключить блок питания к стенду при положении "Выкл." кнопки включения стенда.

4. Подключить блок питания стенда к электрической сети 220 В, 50- 60 Гц.

5. Включить стенд (перевести кнопку включения стенда в положение "Вкл."). Индикатор на кнопке включения стенда указывает на наличия на­пряжения питания на стенде.

6. Включить компьютер и запустить интерфейсную программу стенда.

7. Выбрать в интерфейсной программе номер СОМ-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 с СОМх установлено", где "х" - номер СОМ-порта, к которому подключен стенд.

8. Если самодиагностика стенда не выявила ошибок, то включить вольтметр и подключить его к выходному разъему фотодиода стенда.

9. Соединить выходной оптический разъем лазерного диода с входным оптическим разъемом фотодиода с помощью одномодового волоконно- оптического.