[發明專利]一種雪崩光電二極管過剩噪聲因子測量系統

有效

• 申請號: 201310021677.9
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103091568A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 趙彥立;李奕鍵;涂俊杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R29/26
• 分類號: G01R29/26
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及半導體光電子器件的測試技術領域，特別是指一種用于測量雪崩光電二極管過剩噪聲因子的測量系統。

背景技術

過剩噪聲因子是表征雪崩光電二極管（Avalanche?Photo?Diode，APD）性能的一個重要參數。與普通PIN探測器不同，APD雪崩光電二極管的光生載流子在高電場下發生碰撞離化產生后代載流子，最終輸出的光電流與初次注入光生電流相比放大了M（APD的增益）倍，這就是雪崩倍增效應。這種內部增益提高了APD的靈敏度和信噪比，使其在高速長距離光通信系統中正受到越來越多的重視。

但碰撞離化是一個隨機過程，每一個載流子發生碰撞離化的可能性不盡相同，這就導致了增益的不穩定性。所謂過剩噪聲因子就是表征這種增益不穩定性的參量，定義為增益的標準差與均方值之間的比值。

普通PIN探測器的散粒噪聲為S_pin＝2qIR(ω),其中q為電子電量，I為光電流，R(ω)為APD的阻抗（與頻率ω有關）。如果倍增過程是理想的，即增益是穩定的，那么APD的散粒噪聲就是PIN散粒噪聲的M²倍即S_APD＝2qIR(ω)M²。但是由于碰撞離化服從統計上的隨機特性，APD的噪聲會與理想情況下的不一致。所以實際的APD過剩噪聲為S_APD＝2qIR(ω)M²F，其中F為過剩噪聲因子。可見過剩噪聲因子直接的反應在APD產生的過剩噪聲里，通過測量過剩噪聲可以提取出過剩噪聲因子。過剩噪聲因子是評價APD器件可靠性的有效指標，量化過剩噪聲因子對APD管芯的研制、接收系統的設計都有著非常重要的意義。

目前常見的半導體光電子器件測試設備主要只針對APD暗電流、波長響應范圍、響應度、總電容、響應時間、帶寬等參數，迄今還沒有商用的過剩噪聲因子測量系統和方法。國外關于APD過剩噪聲因子的比較成熟方案有：相敏探測法、直接功率測量法。

相敏探測法中，系統包含鎖相放大器和跨阻放大器，可以同步測量增益和噪聲，靈敏度比較高，但測量頻點比較少，耗時比較長。

直接功率測量法中，使用噪聲功率計直接測量噪聲功率，可測量的頻點多，但增益和噪聲不能同步測量，需要另外測試IV特性，實時性不強，存在系統誤差。

因此，目前迫切需要一種能夠快速、實時、精確測量APD過剩噪聲因子的系統和方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠同步測量APD增益以及噪聲功率進而提高過剩噪聲因子檢測精度的測量系統。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種雪崩光電二極管APD過剩噪聲因子測量系統，包括：光源，光耦合組件以及檢測單元；所述檢測單元包括：芯片測試工裝夾具，偏置器，數字源表，放大器以及噪聲功率測試設備；

所述光源通過所述光耦合組件照射在待測APD樣品上，樣品APD通過所述芯片測試工裝夾具與所述偏置器相連，所述數字源表與所述偏置器的直流端口相連，所述偏置器交流端口連接所述放大器輸入端，所述噪聲功率測試設備連接所述放大器輸出端。

進一步地，還包括：放大器；所述放大器為低噪聲放大器，連接在所述數字源表以及所述噪聲功率檢測設備之間。

進一步地，所述光源為穩定光源。

進一步地，所述的光耦合組件是透鏡光纖或聚焦透鏡或者其他光耦合聚焦裝置。

進一步地，所述噪聲功率測試設備為噪聲系數分析儀或者精密噪聲功率計。

進一步地，所述芯片測試工裝夾具包括：高頻探針以及芯片測試夾具。

進一步地，還包括：校準單元；所述校準單元用于對所述檢測單元的參數校準。

進一步地，所述校準單元包括：標準噪聲源；所述標準噪聲源與所述檢測單元輸入端相連。

進一步地，還包括：電磁屏蔽單元；所述電子屏蔽單元用于屏蔽測量環境中的電磁信號以及光信號。

進一步地，所述電磁屏蔽單元包括：電磁屏蔽暗室。

本發明公開的一種雪崩光電二極管過剩噪聲因子測試系統，利用數字源表和偏置器構成的直流通路來測量待測APD樣品的增益，利用噪聲功率測試設備的交流通路來測量待測APD樣品的噪聲功率，同步測量增益和噪聲功率，靈敏度高，測試頻點多，可覆蓋高頻至微波頻段，能夠快速、實時、精確測量APD過剩噪聲因子。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的APD過剩噪聲因子測量系統校準連接圖；