低噪声不隔直光电探测器的研制

摘要

光电探测器是光电子技术的核心之一，也是光纤通信系统中光信号转换成电信号的关键部件。现有光电探测器存在的主要缺陷是不能同时对脉冲光信号与直流光信号进行测量，虽然美国力科仪器公司的光电转换头能同时测量脉冲光信号与直流光信号，但是价格昂贵。
　　本文讨论了现有光电探测器的构成、类型与基本原理，分析了影响光电探测器各个性能参数与噪声的因素。在此基础之上，首先，设计了一个不隔直光电探测电路，并采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题;其次，对影响噪声的各种因素进行研究，计算光电探测器的噪声电压和电流，为光电探测器设计了一个温度控制系统，通过降低探测器的温度来降低噪声，提高信噪比;然后，提出了一种利用谐波分析法测量光电探测器带宽的方法，并将实验数据经MATLAB处理，得到该光电探测器的带宽。
　　最终，本文设计并制作了一个光功率测量范围-40dBm～10dBm，响应度为0.18V/W，灵敏度优于-40dBm，噪声电压小于5mV，光调制频率范围0～200MHz，直流漂移电压为0.9mV的低噪声、不隔直光电探测器。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容

2 光电探测器的原理

2．1 光电探测器的构成及类型

2．2 光电探测器的基本原理

2．3 光电探测器的性能参数

2．3．1 灵敏度(响应度)

2．3．2 量子效率(QE)

2．3．3 噪声等效功率(NEP)

2．3．4 噪声等效辐射照度(NEI)

2．3．5 探测率D(detectivity)

2．3．6 比探测率D*(品质因数)

2．3．7 时间常数τ和截止频率fc

2．3．8 暗电流

2．4 光电探测器的噪声

2．4．1 热噪声

2．4．2 散粒噪声

2．4．3 闪烁噪声

2．4．4 产生-复合噪声

2．4．5 信噪比

2．5 本章小结

3 不隔直光电探测器的设计

3．1 元器件的选择

3．1．1 有源元器件的选取

3．1．2 电阻的选取

3．1．3 电容的选取

3．1．4 电感的选取

3．2 光电二极管的偏置方式

3．3 光电转换的伏安特性分析

3．4 光电探测器电路设计

3．4．1 电路设计要求

3．4．2 原理框图

3．4．3 电路组成

3．5 温度控制电路设计

3．5．1 原理框图

3．5．2 电路组成

3．6 前面板设计

3．7 本章小结

4 实验及数据分析

4．1 电磁屏蔽与接地

4．2 光电转换实验结果

4．3 光电探测器带宽分析

4．4 温度对光电探测器噪声影响

4．5 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历

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