 |
"ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ" N 10, 2002 |
 |
О временной задержке высокочастотных модулирующих
сигналов в лавинных фотодиодах.
Григорьевский В.И.,Личманов А.А.,Яковлев Ю.О.
Институт радиотехники и электроники РАН.
Получена 28 октября 2002 г.
В работе проведено исследование неоднородности фоточуствительной площадки лавинных фотодиодов SSO-AD-500 NF фирмы Silicon Sensor по временному отклику модулирующих высокочастотных сигналов. Показано, что при диаметре фоточуствительной площадки 500 мкм, запаздывание высокочастотного сигнала от края площадки к ее центру может составлять более 100 пксек. В лучших образцах неоднородность составляет 20 пксек Корреляции между временной и амплитудной неоднородностью не наблюдалось. Для высокоточных измерений временных интервалов на оптической несущей необходимо проводить отбор лучших образцов фотодиодов.
При точных измерениях временных интервалов между импульсами радиочастотной модуляции на световой несущей возникает проблема запаздывания временного отклика сигнала модуляции, в зависимости от места попадания модулированного светового излучения на фоточувствительную площадку (ф.ч.п.) фотоприемника, в частности построенного на основе лавинного фотодиода. Лавинные фотодиоды наряду с высокой чувствительностью к световому излучению обладают и высоким быстродействием и широко применяются в различного рода оптических измерительных приборах: рефлектометрах, дальномерах, локаторах и т.д.
Однако, в зависимости от технологических процессов изготовления диодов, их фоточувствительная площадка оказывается существенно неоднородной по таким параметрам, как, например, чувствительность к свету и времени отклика на световой импульс.
В данной работе были исследованы 5 лавинных фотодиодов SSO-AD-500NF фирмы Silicon Sensor на однородность их фоточувствительной площадки по временному отклику. Схема экспериментальной установки показана на рис 1.
Рис 1.
Лавинный фотодиод с диаметром фоточувствительной площадки 500 мкм был помещен на расстоянии 10 см от полупроводникового лазерного излучателя с коллимирующей оптикой, луч от которого коллимировался в точку размером 70 мкм на ф.ч.п. Фотодиод мог перемещаться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с шагом 62.5 мкм. Лазер модулировался синусоидальным сигналом 900 МГц. С помощью гетеродинного сигнала частотой 901 МГц на смесителях 1 и 2 выделялись промежуточные частоты 1 МГц, между которыми измерялась разность фаз, а также измерялась амплитуда сигнала со смесителя 1(с помощью аналого-цифрового преобразователя, встроенного в компьютер).
Разность фаз пересчитывалась во время запаздывания сигнала отклика по известной формуле:
где dt- время запаздывания временного отклика сигнала,
df – разность фаз сигналов промежуточной частоты, F – модулирующая частота.
Результаты измерений неоднородности временного отклика фоточуствительной площадки по ее диаметральной линии для пяти фотодиодов представлены на рис.2.
Из рисунка видно, что диоды 1,3,5 обладают неоднородностью временного отклика около 20 псек, в то время как диоды 2,4 – около 100 псек. Для таких приборов как лазерные измерители расстояний неоднородность временного отклика в100 псек приводит к погрешности в измеряемой величине расстояния
где dD – погрешность измерения расстояния, c – скорость света в вакууме.
Неоднородность временного отклика связана с технологией изготовления ф.ч.п. фотоприемника, но общая закономерность его ясна из приведенного рисунка, а именно: в центре ф.ч.п. отклик запаздывает сильнее, чем на краях, так как на крае ф.ч.п. располагается кольцевой электрод, собирающий носители зарядов и время движения носителей к нему на крае ф.ч.п. обычно меньше, чем от центральной области ф.ч.п. Трехмерный вид неоднородности ф.ч.п. представляет собой фигуру близкую к фигуре вращения приведенной одномерной кривой.
Рис.3
Наряду с неоднородностью временного отклика исследовалась неоднородность амплитудного отклика ф.ч.п. фотодиодов. Для этого после смесителя 1 амплитудный детектор фиксировал амплитуду принятого сигнала и направлял ее (с помощью аналого-цифрового преобразования) в компьютер. Результаты амплитудных измерений представлены на рис.3.
Видно, что заметной корреляции между временной и амплитудной неоднородностью нет.
Так, например, диод 2 обладая большой временной неоднородностью, имеет сравнительно однородный амплитудный отклик и наоборот диод 1 имеет существенно неоднородный амплитудный отклик при однородном временном отклике ф.ч.п.
Таким образом, измеренные образцы лавинных фотодиодов показывают их существенное различие в поведении при отклике на импульсные и непрерывные сигналы.
Временная неоднородность исследованных фотодиодов может достигать 100 псек и это обстоятельство может существенно снизить точность многих прецизионных приборов, построенных на базе этих лавинных фотодиодов. Для обеспечения хороших точностных характеристик приборов необходим тщательный отбор фотодиодов по равномерности их фоточувствительной площадки.
 |
 |