[發明專利]一種穩定APD倍增因子的系統及方法

有效

• 申請號: 201210219158.9
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102749952A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 王巍;李俊一;張東旭;楊瀟君;王聰穎
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G05F1/46
• 分類號: G05F1/46
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種穩定APD倍增因子的系統及方法。

背景技術

雪崩光電二極管(APD)是在高反向偏壓附近工作的具有內部倍增放大作用的光電轉換器件。它是利用光生載流子在高電場區內的雪崩效應而獲得光電流增益的，具有靈敏度高、響應快等優點。APD的電流增益用倍增因子M表示，通常定義為倍增的光電流i₁與不發生倍增效應時的光電流i₀之比。倍增因子與PN結上所加的反向偏壓V和PN結的材料有關，可以表示為：

M=i1i0=11-(VVB)n---(1)]]>

式中，V_B為擊穿電壓；V為外加反向偏壓；n為1～3，取決于半導體材料、摻雜分布以及輻射波長。所以，當外加反向偏壓V增加到接近V_B時，M將趨近于無窮大，此時PN結將發生擊穿。應用中，最佳工作電壓不宜超過V_B，否則會不穩定進入擊穿；也不宜太小，會無雪崩倍增效應。而且，雪崩光電二極管的擊穿電壓V_B與器件的工作溫度有關。當溫度升高時，擊穿電壓V_B會增大。因此，為得到同樣的增益系數，不同的工作溫度就要加不同的反向偏壓。

目前，用來穩定APD倍增因子的方法主要有溫控和溫補兩種。其中，溫控方法是盡可能地使APD器件的溫度不變，從而保證APD的反向擊穿電壓V_B不變，以實現APD倍增因子的穩定，但由于在較高溫度下，溫控電路的制冷功率較大導致系統的功耗大，除此之外，溫控的精度并不高；另外一種方法是采用溫補，這種方法需要在保證APD倍增因子穩定的情況下繪制出APD的反向偏壓V與T的關系曲線，每個溫度點要保證恒溫精度高才能較準確地得到V-T曲線，且每個APD管子的V-T曲線不一樣，因此，該方法的試驗可操作性較差。

發明內容

本發明的目的是提供一種操作簡單、穩定性好的穩定APD倍增因子的系統及方法，能夠用于光纖傳感領域中APD倍增因子的穩定。

本發明包括如下技術方案：

一種穩定APD倍增因子的系統，其特征在于，包括調制光源、APD探測放大電路、A/D轉換器、控制器和數控APD電源；調制光源產生的光信號經過APD轉換為電信號，并經APD探測放大電路進行信號放大輸出給A/D轉換器，與此同時，調制光源發出同步觸發信號給控制器，控制器收到同步觸發信號后給A/D轉換器提供采樣時鐘信號，A/D轉換器按采樣時鐘進行A/D轉換并輸出給控制器，控制器按照同步觸發信號周期數N(N＞1)對采集到的信號進行N次累加，并計算系統實際信噪比；控制器將計算獲得的系統實際信噪比與基準信噪比進行比較，根據比較結果輸出控制信號給數控APD電源，以調節數控APD電源的輸出電壓，數控APD電源的輸出電壓作為APD的反向偏置電壓。

所述控制器包括FPGA和計算機。

一種穩定APD倍增因子的方法，包括如下步驟：

(1)確定基準信噪比范圍，將其輸入控制器；

(2)確定系統實際信噪比；

調制光源產生的光信號經過APD轉換為電信號，并經APD探測放大電路進行信號放大輸出給A/D轉換器，與此同時，調制光源發出同步觸發信號給控制器，控制器收到同步觸發信號后給A/D轉換器提供采樣時鐘信號，A/D轉換器按采樣時鐘進行A/D轉換并輸出給控制器，控制器按照同步觸發信號周期數N(N＞1)對采集到的信號進行N次累加，并計算得到系統實際信噪比；

(3)判斷系統實際信噪比是否在基準信噪比范圍內。