文档介绍：《光电技术与系统》
课程学****报告
班级: 机自141班
小组: 第一组
学号: 2014040703
姓名: 王琬瑢
日期:
光电导探测器的应用——光通讯系统
摘要
本文叙述一种光电导探测器,通过应用微波偏压,它能解调信息带宽大于1兆赫的低电平信号。文中叙述了工作原理和它同强辐照直流偏压光电导体相比的优点,并讨论了光电流增益与半导体特性的关系以及性能极限。本文介绍一种采用耿氏振荡器和小型微波元件、工作在1微米波长的系统。这种用锗作光电导体的探测器在噪声带宽为10兆赫时的噪声等效功率为5×10^-9瓦,上升时间(10%—90%)为80毫微妙。该系统也曾采用硅和***化锢工作。最后,对微波偏压光电导探测器和雪崩光电二极管进行了比较。
引言
已经证明,当光电导探测器用微波电场供给的高频偏压源工作时,它能在宽的信息带宽中获得有效的增益。这种技术如图1所示。图中表明光电导体被装在一个凹型微波腔的高电场区中。因吸收入射光而引起光电导体电导率的变化,从而使微波腔的反射的微波功率,它的幅度起伏与入射光束的幅度起伏成比例。然后对这种信号进行探测、放大和显示。
图1 微波偏压光电导体示意图
探测系统
图2所示为泼立塞系统的方框图。由耿氏振荡器产生的微波功率被3分贝耦合器分开,从一端输出由环形器送入光电导体的腔中。叠加调制的反射功率由环形器的第三臂返回到混频器,在这里与3分贝耦合器的直接输出功率混合。探测的信号被放大和显示。这种零差探测系统比超外差系统的优点在于使用单一耿氏振荡源使得稳定性得到提高,而且由于在混频器上混合的信号是相干的,使得噪声性能得到改善。
图2 零差探测系统示意图
光电导探测器的组成
1)微波腔设计
将光电导体装入一个凹形横向电磁波型腔的高电场区中,由此把微波偏压加到光电导体上。该腔谐振于x波段的频率上。光通过腔侧壁上的入口投射到光电导体上。光入口的几何形状允许采用1/4的光学系统。微波通过环耦合到腔中,此环是可调的,以便获得最佳的阻抗和带宽。当腔达到临界耦合,即对50欧传输线呈现一个匹配负载时,会得到最佳的性能。
从概念上讲,腔的设计应使静电能量集中于光电导体中。资料[1]证明,光电流增益正比于E^2/W的比。这里E是峰值电场,W是腔中储存的能量。这个比值是空腔的一种性能,它可用实验方法通过测量由于缝隙中场的扰动引起的谐振频率改变来确定。从分析和实验中已对因子E^2/W的关系进行了研究,结果证实,用短路阻抗最大的同轴线腔可获得最佳性能。

微波偏压光电导体的一个重要特点就是不需要特殊的材料工艺,样品采用通常的研磨和腐蚀技术制备。因此,当微波偏置和探测电路学得到发展时,系统就可以工作在一个合适半导体提供的任何波长上。
对10微米的碲锡铅或碲镉***探测器的应用进行了估计。这两种材料具有适合10微米探测的禁带宽度,而且不必要引进会降低增益-带宽乘积的陷阱。。在大多数材料中,故意引进陷阱以产生正确的波长响应,例如锗掺***。°K,而本征探测器则工作在77°K,微波偏置的一个优点在于用它提高灵敏度的同时,可在较高的环境温度下工作,因此大大减少了系统的复杂性。
应用
微波偏压光电导体具有超过主要噪声源的内部