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光电检测器的特性

2015-3-24 08:44| 编辑:电工学习网| 查看: 3131| 评论: 0

摘要: 前面介绍了光电检测器的原理和结构.下面将介绍衡量光电检测器PIN和APD性能好坏的几个主要技术指标.1.响应度R0和量子效率η响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的一种物理量.响应度Ro定义为 式中,IP ...
    前面介绍了光电检测器的原理和结构.下面将介绍衡量光电检测器PIN和APD性能好坏的几个主要技术指标.
    1.响应度R0和量子效率η
    响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的一种物理量.
    响应度Ro定义为
    式中,IP——光电检测器的平均输出电流;
    P0——光电检测器的平均输入功率,
    量子效率η定义为

    从物理概念可知:
    光生电子-空穴对=(e为电子电荷量)
    入射光子数=(hf为一个光子的能量)
    故

    即
    这即是说,光电二极管的响应度和量子效率、入射光波频率有关,还需说明的是,响应度和量子效率虽然都是描述器件光电转换能力的物理量,但是,分析的角度不同.
    2.响应时间
    响应时间是指半导体光电二极管产生的光电流跟随入射光信号变化快慢的状态.一般用响应时间(上升时间和下降时间)来表示.
    在半导体光电二极管中,光生载流子的“运输”与复合都需要一定时间,此外,器件的结电容和外电路的负载电阻也要影响响应时间,显然,一个快速响应的光电检测器,它的响应时间一定是短的。
    上面讨论的响应时间是从时域角度来看的,若从频域角度看,短的响应时间即意味这个器件的带宽宽.
    3.暗电流ID
    在理想条件下,当没有光照时,光电检测器应无光电流输出,但是,实际上由于热激励、宇宙射线或放射性物质的激励,在无光情况下,光电检测器仍有电流输出,这种电流称为暗电流.严格说暗电流还包括器件表面的漏电流.
    据理论研究,暗电流将引起光接收机噪声增大.因此,人们总是希望器件的暗电流越小越好.
    4.雪崩倍增因子G
    雪崩光电二极管还有一个与雪崩倍增效应对应的参量——雪崩倍增因子.在忽略暗电流影响条件下,它定义为
    式中,IM——有雪崩倍增时光电流的平均值;
    IP——无雪崩倍增时光电流的平均值,
    一般APD的倍增因子G在40~100之间.PIN光电管因无雪崩倍增作用故G=1.
    5.倍增噪声和过剩噪声系数F(G)
    从物理概念上容易理解,雪崩光电二极管的倍增是具有随机性的.显然,这种随机性的电流起伏将带来附加噪声,一般称为倍增噪声.倍增噪声可以用过剩噪声系数F(G)来描述.
    式中,g——每个初始电子一空穴对因雪崩倍增效应产生二次电子一空穴对的随机数;
    <g>——是g的平均值,因此<g>=G;
    一 产生的二次电子数平方再取平均值;
    ——产生的二次电子数平均值再平方,
    要提醒注意的是,在概率论中,一般讲,是不相同的。
    如果每次倍增都相同,即是理想倍增状态,那么,从物理概念来考虑,可以想像,这时必然F(G)=1.因此,F(G)表示雪崩光电二极管实际噪声超过理想倍增噪声的倍数.
    由于F( G)的表达式较复杂(从略),在实际使用时,往往将F(G)近似表达为
    将上式代人式(3-22)中,则有
    式中 ,X称为过剩噪声指数.对于Si - APD,X=0.5;对于Ge - APD,X=0.6~1.0等,由于过剩噪声系数F(G)表示APD因倍增作用而增加的噪声系数,所以选APD时,应选X值小的管子.

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