Фотодетекторы EOT: принцип работы и основные характеристики

Введение

Фотодетекторы EOT - по-настоящему многофункциональный инструмент для измерений ширины импульса и различных приложений, связанных с анализом профиля импульса.

Серия ЕТ разработана на базе PIN фотодиодов. Фотодетекторы работают в режиме обратного смещения. В основе работы PIN фотодиодов - внутренний фотоэффект, с помощью которого оптическое излучение преобразуется в электрический сигнал (ток). В качестве источника напряжения обратного смещения используется литиевый элемент (один или более) на 3 В. Если требуется более высокое напряжение, подключают внешние аккумуляторы. Каждый фотодетектор оснащен выходным SMA или BNC разъемом. Для подключения фотодетектора к осциллографу достаточно установить нагрузочное сопротивление в 50 Ом. Почти все фотодетекторы подходят к подключению через разъем FC и совместимы с оптоволоконными источниками излучения.

Фотодетекторы с усилителем трансимпеданса

Эти фотодетекторы также основаны на технологии PIN фотодиодов, однако оснащены еще и высокоскоростным усилителем трансимпеданса. Благодаря усилителям повышается чувствительность фотодетектора - устройство распознает излучение мощностью до 100 нВт.
В основном коэффициент усиления в фотоприемниках с усилителем трансимпеданса составляет 26 дБ. Следует отметить, что эти фотоприемники связаны по переменному току, нижняя частота среза составляет 30 кГц.

Приложения

• Измерение ширины импульса / визуализация профиля импульса лазерных источников с модуляцией добротности
• Мониторинг выходного сигнала лазеров с синхронизацией мод
• Визуализация резкой модуляции диодных лазеров и непрерывных (или импульсных) лазерных источников с внешней модуляцией
• Обнаружение пучка / калибровка импульсных и непрерывных лазеров
• Фотоприемники с большой рабочей областью применяются и в качестве измерителей мощности (расчет уровней мощности проводится по закону Ома)

На рисунке проиллюстрированы некоторые области применения фотоприемников серии ET:

Слева: профиль непрерывного импульса длительностью менее 100 пс (анализ сделан при длине волны 1064 нм, фотодетектор ET-2000), справа: биение мод в лазерном Q-switched источнике на основе Nd:YAG кристалла, диапазон частот осциллографа более 10 ГГц, фотодетектор ЕТ-2000

Основные характеристики фотодетекторов

Чувствительность: отношение возникающего фототока к данной мощности падающего света, зависит от длины волны, единица измерения А/Вт.

Спектральная чувствительность: спектральная чувствительность фотодетектора представлена зависимостью от длины волны.

Время нарастания: время, необходимое для роста уровня выходного сигнала фотодетектора от 10% до 90% от пиковой величины.

Время спадания: время, необходимое для снижения уровня выходного сигнала фотодетектора от 90% до 10% от пиковой величины.

Частотная характеристика: частотная характеристика фотоприемника чаще всего описывается как функция чувствительности от частоты модуляции потока излучения, измеряется в децибелах или герцах.

Нижняя пороговая частота: частота излучения, при которой мощность выходного сигнала фотодетектора снижается на 3 дБ, при этом частота сигнала составляет порядка 100 кГц.

Частотный диапазон: разность между верхним и нижним частотным порогом, измеренная в герцах. Частотный диапазон фотодетектора приближенно рассчитывается через время нарастания T_r по следующей формуле:

Частотный диапазон (Гц) ≈ 0.35/T_r

Темновой ток: небольшой ток, протекающий в фотодиоде при отсутствии освещения фотокатода.

Емкость перехода: значение емкости между выводами полупроводникового излучателя без емкости корпуса при заданных напряжении смещения и частоте.

Напряжение пробоя: значение обратного напряжения, вызывающего пробой перехода, при котором обратный ток через полупроводниковый излучатель превышает заданное значение.

Энергетический эквивалент шума: энергетический эквивалент количества падающих фотонов (излучения) к уровню собственных шумов, когда соотношение сигнал/шум составляет 1.

Расчет мощности лазера

Используя значение чувствительности при данной длине волны и применяя закон Ома (V=IR), можно рассчитать мощность лазерного излучения, прошедшего через активную область детектора.

Например, выходной сигнал фотодетектора ЕТ-2030 имеет мощность 20 мВ, длина волны лазерного излучения 632.8 нм. Нагрузочное сопротивление 50 Ом, мощность входного сигнала рассчитывается как: I = 0.02 В/50 Ом, откуда I = 0.0004 A.

Спектральная чувствительность кремниевого фотодетектора ЕТ-2030 при длине волны излучения 632.8 нм составляет 0.4 A/Вт. Тогда 0.0004 A/0.4 A/Вт = 1 мВт - искомая мощность входного излучения.

Нужно отметить, что расчеты приводятся только для сигнала, затронувшего рабочую область фотодетектора. Расчеты абсолютной мощности сигнала не столь важны для практических применений, поскольку в реальных установках присутствуют потери.

Принципиальная схема фотоприемников

Схема электрической цепи фотодетекторов на основе арсенида галлия-индия и кремния, частотный диапазон менее 2 ГГц:

Схема электрической цепи фотодетектора с частотным диапазоном более 12 ГГц:

© Electro-Optics Technology, Inc. 

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции EOT на территории РФ