lign="justify">, (2.2)
а за наявності посилення M вираз (2.2) заміниться на:
, (2.3)
Миттєве значення струму фотодіода визначається виразом:
, (2.4)
де E (t) - напруженість поля випромінювання.
На практиці ФД відхиляються від цієї залежності, так як:
· існує верхня критична довжина хвилі, за межами якої енергія фотона стає нижче енергії забороненої зони п / п матеріалу, що призводить до різкого зниження чутливості;
· при короткій довжині хвилі деякі фотони поглинаються за межами i-області фотодіода;
· відбувається зниження чутливості внаслідок проміжної рекомбінації;
· будь-які відображення від поверхні або всередині фотодіода зменшують чутливість.
Останній фактор дуже важливий, так як відображення можуть створювати значні похибки при вимірюванні оптичної потужності і внесених втрат. Слід зазначити, що в деяких випадках спостерігається періодична структура відображень, що призводить до виникнення важко усунених оптичних перешкод.
Спектральна чутливість
Чутливість на одиницю інтервалу довжин хвиль на даній довжині хвилі називається спектральної чутливістю ФД. На малюнку 2.1 показані нормалізовані типові чутливості для різних типів ФД, звідки видно, що кремнієві ФД ефективні в діапазоні коротких хвиль 500-1000 нм, а в області довгих хвиль ефективні германієві і InGaAs ФД. Германій можна рекомендувати для вимірювання потужності у відносно вузькому спектрі в діапазоні довжин хвиль 1300-1550 нм. Так в діапазоні довжин хвиль 1550 нм германієвий ФД має похибку 1% / нм. На відміну від них InGaAs ФД істотно менше залежать від довжини хвилі в районі 1550 нм (похибкою менше 0,1% / нм) [5].
Рисунок 2.1 - Нормалізовані типові чутливості для різних типів ФД
Діапазон вимірювання та нелінійність
Одним із серйозних обмежень точності при вимірюванні оптичної потужності в широкому динамічному діапазоні є нелінійність функції перетворення вимірювача, яка може бути викликана як нелінійністю ФД, так і його електронної схеми. Вважається, що ФД мають високу лінійність в діапазоні шести і більше декад оптичної потужності, однак існують три фактори, що звужують цей діапазон - це рівень шуму, Сверхлінейний на середніх рівнях і насичення на високих рівнях потужності. Нелінійність електронної схеми в свою чергу може бути обумовлена ??нелінійністю посилення сигналу на низьких і високих рівнях потужності, а також порушенням безперервності діапазону вимірювання при перемиканнях діапазону вимірювання, що викликано відмінністю коефіцієнтів підсилення підсилювача струму ФД на різних діапазонах вимірювання.
Нижня межа діапазону вимірювань потужності зазвичай обмежується темновим (у відсутність випромінювання) струмом ФД. Його значення залежить від площі активної області і параметрів п / п матеріалу ФД. Так ФД з InGaAs мають значення темнового фотоструму в 100 разів нижче, ніж германієві ФД. Темновой ток призводить до виникнення дробового шуму, що характеризується середнім квадратом шумового струму in, пропорційним Темнова току...
