3.8 Технические характеристики фотоприёмников

1. Токовая чувствительность (монохроматическая)

(3.7)

где I_ph – фототок, P(λ) – полная оптическая мощность излучения на длине волны λ, падающего на фоточувствительную площадку.

Токовая чувствительность обычно равна 0,4-0,6 А/Вт.

2. Квантовая эффективность

(3.8)

где N_ph – количество фотонов, падающих за единицу времени на приём

N_e – количество рождённых в результате этого свободных электронов (или электронно-дырочных пар). Квантовая эффективность обычно равна 0,6-0,9.

Рисунок 3.32 – Квантовая эффективность фотоприёмников

3. Темновой ток

Темновой ток I_Т протекает при обратном смещении через нагрузку в отсутствии падающего на фотодиод излучения. Он зависит от ширины запрещённой зоны. Чем меньше ширина запрещённой зоны, тем больше темновой ток. Темновой ток вызывается электронами, перешедшими из валентной зоны в зону проводимости под влиянием температурных изменений. Для хороших фотодиодов темновой ток I_Т должен быть меньше 10 нА.

4. Быстродействие (время спада Δτ ) – это самая важная характеристика. Она определяет время, необходимое выходному сигналу для возрастания от 0,1 до 0,9 (спада от 0,9 до 0,1) от установившегося максимального значения при условии, что на вход подаются строго прямоугольные импульсы света большой длительности.

Рисунок 3.33 – Быстродействие

Быстродействие Δτ определяется временем дрейфа носителей через I – область. Δτ = 0,2 – 1 нс для кремниевых фотодиодов и от 0,04 до 0,5 нс для фотодиодов, изготовленных из соединения InGaAs.

5. Эквивалентная мощность шума P_n (Вт) – это одна из наиболее важных характеристик, учитывающих шумовые свойства фотоприёмника

, (3.9)

где I_n – полный шумовой ток.

Главная функция фотоприёмника – это как можно более точное воспроизведение оптического сигнала, получаемого из ОВ. Две характеристики влияют на это - амплитуда входного сигнала и уровень шумов.

6. Частота появления ошибок (BER). Определяется как отношение неправильно принятых битов к полному числу принятых битов.

7. Максимально допустимое обратное напряжение U_r , превышение которого может привести к пробою фотодиода.

Шумы фотодиодов.

Шумы фотодиодов подразделяются на: шумы темнового тока и шумы фототока.

Шумы темнового тока обусловлены шумом движения свободных носителей, шумом тепловой генерации пар носителей зарядов, шумом рекомбинации пар, температурными изменениями.

Шум фототока (дробовой шум) обусловлен квантовыми процессами случайного возникновения пар носителей зарядов, шумом фоновой засветки, шумом отражения и поглощения в окне, шумом генерации и рекомбинации пар и т. д.

3.8.1 Электрическая схема включения и вольтамперная характеристика

p-i-n фотодиода.

Рисунок 3.34 – Электрическая схема включения p-i-n фотодиода

В схеме включения p-i-n фотодиода (рисунок 3.34) разделительная ёмкость Ср позволяет устранить высокое напряжение смещения Есм (до 30 В) со входа малошумящего усилителя.

Рисунок 3.35 – Вольтамперная характеристика p-i-n фотодиода

На вольтамперной характеристике фотодиода можно увидеть предельное значение Есм ( т.е. Епроб.) и величину темнового тока, протекающего через прибор при отсутствии освещения.

Рисунок 3.36 – Электрическая схема включения лавинного фотодиода

Особенностью схемы включения ЛФД является наличие регулируемого через цепь обратной связи источника напряжения смещения.