Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский политехнический университет

—

Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций

Кафедра квантовой электроники

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№1

«Исследование характеристик фотоприемников на основе фотодиодов»

Санкт-Петербург

2014

Целью настоящей лабораторной работы является получение знаний об основных вариантах схемотехнического решения фотоприемников на основе фотодиодов и формирование практических навыков работы с ними.

1. Программа работ

Программа лабораторной работы включает в себя проведение измерений с различными типами фотоприемников, выполнение оценочных расчетов, написание и защиту отчета.

Задание для работы в лаборатории состоит из следующих пунктов:

1.1. Измерить мощность излучения лазерного модуля с длиной волны 655 нм фотоприемником ФП-1 на основе фотодиода, смещенного в обратном направлении.

Схема установки показана на рис.1.

Рис.1. Схема установки для исследования фотоприемника ФП–1.

В состав схемы входит металлическая оптическая плита, лазерный модуль 1 (длина волны излучения 655 нм, мощность ~ не более 3 мВт), набор фильтров 2, фотоприемник 3 (ФП-1) на основе кремниевого фотодиода, источник питания лазерного модуля 4, источники стабилизированного напряжения 5 и 6, соответственно, + 5 В, для фотоприемника ФП-1, и + 12 В (в данном пункте не используется), измерительный мультиметр 7 (MY65).

Набор фильтров 2 позволяет ослаблять излучение лазера.

Фотоприемник ФП-1 построен на базе фотодиода ФД-24К, включенного по схеме с отрицательным смещением без усилителя. Нагрузкой фотоприемника служит сопротивление 6,5 кОм (два параллельно включенных сопротивления по 13 кОм).

Перед началом работы, используя спектральную характеристику данного фотодиода или эквивалентную ей (рис.2), определить крутизну ватт-амперной характеристики (по сути ампер-ваттной характеристики, хотя этот термин почти не употребляется) или, что эквивалентно, чувствительность отклика фотодиода на длине волны излучения нашего источника (655 нм).

Рис.2. Зависимость чувствительности отклика кремниевого фотодиода от длины волны регистрируемого излучения [ 1 ].

После установки на рабочей оптической плите перечисленных выше устройств согласно схеме, изображенной на рис.1, следует произвести следующие действия:

1). Определить мощность излучения лазерного модуля.

Задание выполняется путем регистрации излучения лазерного модуля 1 известной мощности. Выходное напряжение фотоприемника, равное произведению фототока на сопротивление нагрузки (6,5 кОм), регистрируется мультиметром 6.

Найдя из этих данных величину фототока и считая характеристику фотодиода линейной, определить мощность излучения лазерного модуля при известной крутизне ватт-амперной характеристики.

2). Откалибровать имеющиеся фильтры 2 (измерить их пропускание).

Для этого фильтры 2 устанавливают на пути лазерного излучения перед фотоприемником и определяют ослабление (пропускание) мощности каждым из них. Измерения провести несколько раз и оценить при написании отчета разброс найденного пропускания.

Такие же измерения проделать с группой фильтров, состоящих из из двух – трех фильтров.

Добиваться одного и того же наклона фильтров при их установке.

3). Снять зависимость показаний фотоприемника от величины мощности направленного на него излучения. Для измерений использовать различные комбинации фильтров. Фильтры следует устанавливать нормально падающему на них

излучению. В противном случае из-за изменения «эффективной» толщины может меняться пропускание фильтра.

4). Измерить темновой ток фотоприемника.

Закрыть фотоприемник и измерить темновой сигнал. Обратить внимание на паразитную засветку фотоприемника.

5). Измерить угловую зависимость чувствительности фотодиода.

Схема опыта приведена на рис.3. Угол падения излучения изменять поворотом подвижки фотоприемника, совмещая отраженное излучение с одним из винтов. Для этого винты также должны переустанавливаться каждый раз на новое место.

Исходя из размеров координатной сетки отверстий на оптической плите, легко определить углы падения излучения.

При обработки данных учесть ориентацию поляризации излучения. Исходно она практически линейная. А вот ориентация может меняться от положение лазерного модуля. Как будут меняться показания фотоприемника при горизонтальной и вертикальной поляризации по отношению к плоскости оптического стола.

Рис.3. Схема измерения угловой зависимости чувствительности фотодиода ФП–1.

6). Задание к отчету. Отчет должен отражать информацию по пунктам а). – д).

а). Определить значение крутизны ватт-амперной характеристики. Оценить мощность лазерного диода

б). Получить значения пропускания фильтров и их разброс на основании проделанных измерений.

в). Оценить квантовую эффективность фотодиода. Сопротивление нагрузки фотодиода уточнить по его маркировке, непосредственно на плате фотоприемника.

г). Сравнить угловую зависимость чувствительности фотодиода ФД-24К с паспортными характеристиками других фотодиодов.

д). Оценить вклад поляризации в чувствительность фотодиодов п.г)..