高速光电探测器频率响应测试方法研究

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1、2010年2月宇航计测技术Feb．第30卷第l期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurement’V01．30．No．1文章编号：1000—7202(2010)01—0053—04中图分类号：TNl5文献标识码：A高速光电探测器频率响应测试方法研究费丰(华东电子测量仪器研究所，山东青岛266555)摘要主要分析了常见的几种光电探测器频率响应测试方法的优缺点，并提出了一种改进的光外差干涉方法，可以对带宽达50GHz的高速光电探测器的频率响应进行准确测量。关键词+高速光电探测器频率响应测试方法Resea

2、rchonFrequencyResponseofHighSpeedPhotodetectorsFEIFeng(EastChinaInstituteofElectronicMeasurementInstrument，ShandongQingdao266555)AbstractThispaperintroducedthebenefitsanddisadvantagesofseveralmeasurementmethodsforhequencyresponsesofphotodetectors，anddescribedaimprovedopt

3、icalheterodyneinterferencemeth·odstomeasurethebandwidthofhighspeedphotodetectors，itC[Lrlextendto50GHz．Keywords+HighspeedphotodetectorsFrequencyresponseMeasunementmethods引言光纤通讯系统是信息化社会的基础，随着信息化的技术程度不断发展，对光纤通讯系统传输速率的要求也越来越高。我国的光纤通讯系统从最初的传输速率622Mbit／s到2．5Gbit／s，正在向10Gbit／s过

4、渡。目前，西方先进国家光纤通讯系统的速率多为10Gbit／s，部分40Gbit／s系统已投入应用，而在实验室中已经开展了160Gbit／s系统的研制工作。高速光电探测器是光纤通讯系统的核心部件，它的带宽决定了系统的最高传输速率，因此人们非常重视对这一参数的测试。国外在高速光电器件研发方面进展很快，市场上已有110GHz光接收机出售，而在实验室内光接收机测量频率超过170GHz。国内相对落后，但随着国内光纤通讯行业的飞速发展，已经有超过(25—30)GHz的光电器件投入应用，现在，正在研发带宽达40GHz的高速光电探测器了。2参数定义当辐

5、射照射在光电探测器上时，探测器信号从产生到达到稳定值需要一定时间；当辐射停止时，信号逐渐减少到完全消失也需要一定时间，这种滞后过程称为探测器的惰性。通常用响应时间t来表示惰性的大小，由于探测器存在这种惰性，当调制光照射探测器时，如果调制频率比较低，则探测器的响应度不随调制频率变化，当调制频率提高到一定程度，则响应度随调制频率的升高而下降，这称为探测器的频率响应。带宽就是描述半导体光电器件频率响应特性的参数，工程应用中一般用3dB带宽来表示，即在器件频率响应曲线上，频响下降3dB所对应的调制频率i，ft，，1R，=一1019半(1)。If

6、式中：尺r是调制频率为／时器件的响应；·54·宇航计测技术2010年f，(t，，)——是器件的响应电流(电压)；P广是入射光功率。为了使用方便，也用相对频响来表达上式D母=一lolg孑(2)‘矿式中：P。广-是调制频率为／时的器件响应电功率，P矿——是调制频率为／时的器件入射光功率。3常见测量方法比较测量光电探测器频率响应的方法有时域法和频域法，频域法中又包括光外差干涉法和光波元件分析仪法等。3．1时域法图1时域法测量O／E器件原理框图时域法测量原理为：脉冲发生器激发作为标准光源的高速调制激光器，产生一个相对于被测器件响应时间很窄的光脉

7、冲，送入被测器件。被测探测器将光脉冲信号转变为电脉冲信号，送入取样示波器，同时脉冲发生器为取样示波器提供一路同步触发信号，这样取样示波器通过比较测量信号和同步信号，从而测量出被测探测器的响应时间，原理框图如图1所示。时域法可以直接观察测量波形，简单直观，但需要带宽至少为被测器件带宽3—5倍的标准光源，如需要测量带宽为40GHz的光电探测器，就要求激光器的带宽达到120GHz以上，这显然难以实现。3．2光波元件分析仪法光波元件分析仪是美国Agilent公司等开发的一种测量各类光电器件、光纤器件传输特性的测试系统，一般是由一台矢量网络分析仪

8、和配套的标准光接收机及参考光源组成，如图2中点划线框中所示。fI一_』：一一医丽磊翮“⋯⋯．：I-一{被测探测器k⋯⋯～。这种方法的测量过程分为两步，一是系统的自校准，即首先利用矢量网络分析仪的校准功能，测