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光电探测器和光接收组件——睿海光电
返回列表 来源: 发布日期: 2020.06.24


1PD基本工作原理

光电检测过程的基本原理是受激光吸收。如果半导体的PN结受到光照时,且入射光能量大于或等于半导体材料的禁带宽度Eg时,光子就会释放它的能量,并把电子由价带激发到导带而产生光生载流子,即电子 空穴对。在PN结区施加反向电压的情况下,凡是能扩散到PN结构电场范围(耗尽层)内的载流子都参加定向运动,受激吸收过程生成的空穴和电子在电场的作用下分别流向 P区和N区。从而在外电路形成光生电流。当入射功率变化时,光生电流也随之变化,从而把光信号转成电信号。

2、分类

PIN光电二极管;

当光照射到PIN光电二极管的光敏面上时,会在整个耗尽区(高场区)及耗尽区附近产生受激辐射现象,从而产生电子空穴对。

PIN-Transimpedance ( PIN-TIA);

PINTIA其典型电路原理如下,在PIN的基础上增加了电流放大电路,比PIN有着更好的低噪音和暗电流,灵敏度也优于PIN

 

图片35.png 图片36.png       

5PIN 另有PINTIA  TO封装有五管脚可测试DD ,用于数字诊断模块中

雪崩光电二极管(APD);

雪崩光电二极管应用光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应而获得光生电流的雪崩倍增。

其典型电路如下与PINTIAN 不同是其有五个管脚,多出一个高压脚Vpd  APD成本较高,大多应用于高速率,长距离,高灵敏度要求的光电接收组件。

图片34.png

3PN光电检测器的常用工作特性

⑴响应度R Responsivity

在一定波长的光照射下,光电检测器的平均输出电流与入射的平均光功率之比称为响应度(或响应率)。它描述了单位光功率产生的光生电流的大小。响应度可以表示如下:图片33

通常测试条件如下:25℃环境温度,100uW入射光功率;1.310um 1.550um5V反偏压

图片32.png 

量子效率

响应度是器件在外部电路中呈现的宏观灵敏特性,而量子效率是器件在内部呈现的微观灵敏特性。量子效率定义为通过结区的载流子数与入射的光子数之比,常用符号η表示:

图片31.png

暗电流Idm

暗电流是指在规定反向电压下,无入射光情况下器件内部产生的反向电流。

APD的倍增因子

APD的电流增益,即平均倍增因子M可表示为:

M=Ip/Ipo 式中:Ip为APD倍增后的光生电流;Ip0是未倍增时的原始光生电流。

响应速度

光电二极管的响应速度是指它的光电转换速度。

光电检测器的噪声

光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声和由倍增过程产生的倍增噪声。

PhotoDiode (PD) 

Parameter

Symbol

Value

Value

Value

Value

Unit

Test Condition

Active Area(Dia.)

 

55

75

100

300

µm

 

 

Min.

Typ

Max.

Min.

Typ

Max.

Min.

Typ

Max.

Min.

Typ

Max.

 

 

Detection Range

 

1100

1310

1650

1100

1310

1650

1100

1310

1650

1100

1310

1650

nm

Responsivity

R

0.75

0.8

0.8

0.85

0.8

0.85

0.8

0.85

A/W

VR=5V,λ=1310nm

Dark Current

Idark

 

 

0.7

 

0.4

0.8

 

0.5

2

 

2

5

nA

VR=5V

Capacitance

C

 

 

0.7

 

0.7

0.9

 

0.9

1.3

 

6

10

pF

VR=5V

Rise/Fall Time

Tr / Tf

 

 

0.3

 

 

0.3

 

 

0.5

1

ns

VR=5V,10%~90%

Bandwidth

BW

3

 

 

2

 

 

1.5

 

 

0.5

 

 

GHz

VR=5V


 

4PINTIAN测试原理图

耦合及测试时,给测试板通电,根据需要选择发光模块的波长,调节衰减器使LD光功率控制在-30~-40dBm左右,将另一路光接在 PINTIAN管芯上,给PINTIAN管脚供电,将PINTAI两个数据管脚接到示波器上查看波形,使波形输出最好,幅度最大,清晰。

 

APD耦合测试时原理 PINTAI 只是需要给 Vpd脚高压供电。

PIN测试原理图 PINTIAN基本连接相同,只是不需要给发射光加入信号,同时测试时就不需要示波器,测试条件参照 PIN响应度测试


图片39



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