【通信行业标准(YD)】 雪崩光电二极管检测方法

YD/T835—1996
随着光纤通信事业的高速发展，原来34Mb/s光纤通信系统已满足不了要求，622Mb/s、2.5Gb/s光纤通信系统已先后建立，并已进入实用化阶段，与之相对应的光电器件如接收机的接收器件也应向高速度、超长距离方面发展，长波长雪崩光电二极管能满足这方面的要求，由于多年的努力，长波长雪崩光电二极管已实现产业化，为了实现邮电部对光纤通信设备的规范化和与之相对应的长波长雪崩光电二极管测试条件的规范化，特制定本标推。“雪崩光电二极管检测方法”基本是等效采用IEC-747-5（1992）中关于“APD”检测方法的有关规定。
本标准由邮电部电信科学研究规划院提出并归口。本标准由邮电部武汉邮电科学研究院电信器件公司负责起草。本标推主要起草人：许秀祚、李平、吴济。668
1范围
中华人民共和国通信行业标准
雪崩光电二极管检测方法
YD/T835—1996
本标准规定了带尾纤或不带尾纤的雪崩光电二极管光电参数的检测项目及检测方法。本标准适用于带尾纤或不带尾纤的雪崩光电二极管的光电参数检测。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。IEC-747-5—1992半导体器件分立器件第5部分：光电子器件3术语和符号
3.1术语
3.1.1雪崩光电二极管（APD)
在一定反向偏置电压作用下，由于载流子倍增初始光电流在其内部能获得放大的光电二极管。3.1.2反向电流I(H)（在光照射下）当雪崩光电二极管受到入射光照时总的反向电流。3.1.3暗电流IR(D)
无光照时雪崩光电二极管的反向电流。3.1.4光电流Ip
由光照射雪崩光电二极管所产生的净反向电流。IP = IR(H) IR(D)
3.1.5初始光电流1po
雪崩光电二极管在未产生载流子倍增时的光电流。3.1.6反向击穿电压VBR
在无光照时，使暗电流达到规定值时，对应的反向偏压。3.1.7.响应度R
在给定波长光照下，初始光电流与入射光功率更。之比。R Ipo/@
3.1.8量子效率n
（1）
（2）
在给定波长光照射下，在无倍增时能产生并被雪崩光电二极管电极收集的电子一空穴对数与入射光子数之比。
n = Rhc/qa
式中h普郎克常数;
q——电子电荷；
—-波长；
中华人民共和国邮电部1996-04-08批准（3）
1996-09-01实施
c——光速，
3.1.9光谱响应
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雪崩光电二极管的响应度随波长的变化。3.1.9.1峰值响应波长Ap
光谱响应最大值所对应的波长。3.1.9.2极限波长A1/2和入o1
入1/2：光谱响应下降到最大值的一半处所对应的波长。入o1：光谱响应下降到最大值的10%处所对应的波长。3.1.9.3光谱响应范围
雪崩光电二极管短波极限波长与长波极限波长之间的光谱段。3.1.10倍增因子M
在光照射下，有载流子倍增时的光电流Ip与初始光电流Ip之比（见图1）。M == Ip/Ipo
图1雪崩光电二极管的倍增因子示意图3.1.11过剩噪声因子F
雪崩光电二极管光电流在倍增过程中的实际噪声与无噪声倍增时的噪声之比。F
2qIPaMRAN
式中：V.-—雪崩光电二极管输出噪声电压的均方根值；g-
—电子电荷；
Afn—--噪声带宽;
RL———负载电阻；
Ipo———初始光电流；
M-倍增因子。
3.1.12总电容Ctot
无光照时在给定反向偏压下，雪崩光电二极管两极之间的电容。3.1.13截止频率f。
（5）
当入射光信号调制度和调制幅度保持不变时，雪期光电二极管输出的信号功率下降至低频时输出功率一半时所对应的调制频率。3.1.14响应时间（见图2）
3.1.14.1开通延迟时间ta(on)
输人光脉冲前沿规定的低电平与雪崩光电二极管输出电脉冲前沿规定的低电平之间的间隔时间。670
3.1.14.2上升时间t，
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雪光电二极管输出电脉冲规定低电平与输出电脉冲规定的高电平之间的间隔时间。注
规定的低电平一般为脉冲峰值的10%。1
2规定高电平一般为脉冲峰值的90%。3下同。
3.1.14.3开通时间tom
输入光脉冲前沿规定低电平与雪崩光电二极管输出电脉冲前沿规定的高电平之间的间隔时间。tan = td(on) 十 t
3.1.14.4关断延迟时间ta(of)
输入光脉冲后沿规定的高电平与雪崩光电二极管输出电脉冲后沿规定高电平之间的间隔时间。3.1.14.5下降时间t
雪崩光电二极管输出的电脉冲后沿规定的高电平与输出电脉冲后沿规定的低电平之间的间隔时间。
3.1.14.6关断时间to
输入光脉冲后沿规定的高电平与雪崩光电二极管输出电脉冲后沿规定的低电平之间的间隔时间。toff = td off) + t,
输人光脉冲的波形
输出电脉冲的波形
tdtoff
图2雪崩光电二极管的响应时间示意图3.1.15反向击穿电压温度系数β雪崩光电二极管的反向击穿电V随环境温度T的相对变化。B
3.2符号
VBr(T+ AT) - VBr(T。)
VBR(T)·AT
反向击穿电压
反向电流
暗电流
光电流
嚼应度
蜂值波长
极限波长
开通延迟时间
开通时间
上升时间
下降时间
关闭延迟时间
4基本额定值和特性
4.1类型
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术语和符号
关闭时间
截止频率
总电容
反向电压
初始光电流
Ao(或1/2)
td(on)
倍增因子
过剩噪声因子
量子效率
辐射功率
反向击穿电压温度系数
用于在光纤系统或子系统中规定了工作环境或管壳温度的雪崩光电二极管。4.2半导体
4.2.1材料
InGaAs,Ge、Si。
4.2.2结构
4.3外形和封装说明
4.3.1引用IEC和（或)国家标准的外形图号。4.3.2封装方法：金属封装。
4.3.3引出端识别和引出端与管壳之间的任何电连接的标记。4.3.4尾纤数据：连接器类型与尾纤长度4.4工作温度范围内的极限值
4.4.1尾纤最小弯曲半径。
4.4.2最低和最高贮存温度（Tata）。4.4.3最低和最高工作环境温度（Tamb）或管壳温度（Tce）。4.4.4最高焊接温度（Tmid），规定焊接时间和至管壳的最小距离。4.4.5在环境温度为25℃时雪崩光电二极管的最大功耗。4.4.6沿着光纤或光缆轴向的最大拉力（适用时）。4.4.7最大反向电流（IR(H))。
4.4.8最大正向电流（IF）。
4.5光电特性
击穿电压
暗电流
啊应度
倍增因子
总电容
截止频率
上升时间
下降时间
击穿电压的温度系数
过剩噪声因子
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表2雪崩光电二极管光电特性
(Tamb或 Tcae=25℃除非另外规定）@。=0,IR(D)为规定值
Φ。=0,Vr为规定值
VRo1）Ap2\为规定值
入、Ipe为规定值
VR、f为规定值，Φ一0
VR、A、M、、RI.为规定值
VR、A、Ri.@。为规定值
VR、人、RLO。为规定值
@.=0,IR(D)为规定值
AJpo、M为规定值
最小值、最大值
最大值
最小值
最小值、典型值
最大值
最小值
最大值
最大值
典型值
典型值
1）Vo的值应足够小，在该值下载流子倍增可以忽略，同时VR值应足够大，在该值下器件产生全耗尽。2）入为入射光常用波长（如对长波长光纤通信用APD波长一般为1.55μm或1.3μm）。4.6补充资料
4.6.1反向击穿电压与温度的关系曲线。4.6.2光谱响应曲线。
4:6.3电容电压关系曲线，
4.6.4在不同温度下，倍增因子与反向电压关系曲线。4.6.5在不同温度下，暗电流与反向电压关系曲线。4. 6. 6
过剩噪声因子与倍增因子的关系曲线。以管壳为基准的光敏面的位置（不带尾纤的雪崩光电二极管）。5检测内容
5.1光谱响应特性的检测
5.1.1目的
检测雪崩光电二极管的波长响应范围。5.1.2检测装置（见图4）
采用下列三种不同的条件之一
检测条件1：被测器件光轴对准光具座光轴。检测条件2：按被测器件封装类型所规定的基准进行定位，并使机械方位能够重复。检测条件3：对于带尾纤的被测器件，用聚焦的方法对准被测器件的光窗，以接收入射光功率。673
5.1.3检测原理图
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单色仪
光谱响应检测装置
记录仪
被测雪崩光电二极管；G--直流电源V-直流电压表μA一直流微安表；L-—波长可调的光源图4光谱响应检测原理图
5.1.4检测装置的说明和要求
光轴（条件1、2）
或机械轴（条件2）
或光窗（条件3）
用一检测插座将被测器件安装在校准过的光具座上（检测条件1、2或3)或安装在校准过的检测装置上（检测条件2)
光源应为标准光源（非单色光源），它包括校准过的标准灯及其稳压电源和电流表。5.1.5注意事项
a）光源波长范围要能复盖被测器件的光谱响应范围；b）应保证光学面的清洁度；
c）检测前应使光源稳定；
d）在用标准光源作光源时，应在被测器件前面放置一个光栏以抑制寄生辐射光；e）对于带尾纤的被测器件应注意照射到被测器件的光敏面上。5.1.6检测步骤
按图4和图5所示：
a）将温度调到规定值；
b）管座放在离光源一定距离的地方，该处的照度应有规定；c）被测器件插入管座，并按规定加上偏置电压，；d）由单色仪扫描，将不同波长的单色光送入被测器件；e）记录仪记录出被测器件的相对响应度与波长的关系即光谱响应曲线。5.1.7规定条件
a）环境或管壳温度；
b）被测器件的偏置电压；
（）检测条件；
d）人射功率；
e）标准光源的波长范围。
5.2响应度的检测
5.2.1目的
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测量雪崩光电二极管在没有倍增时对某一特定波长的入射光的响应能力。5.2.2检测装置
滤光器
图5响应度测试装置示意图
采用下列3个不同的条件之一
条件1：被测器件光轴对准光具座的光轴。条件2：按被测器件封装类型所规定的基准进行定位，并使机械方位能重复。条件3：对于带尾纤被测器件应用聚焦方法对准被测器件光敏面接收入射光。5.2.3检测原理图
APD一被测雪崩光电二极管，G-直流电源V一直流电压表；μA一直流微安表;L。—特定波长的光源图6响应度检测原理图
5.2.4检测装置的说明和要求
用一测试插座将被测器件安装在校准过的光具座上（检测条件1、2、3)或安装在校准过的检测装置上（检测条件3）。
光源应为单色光源，包括：如图5所示的装置上，或者附一个具有规定的或已知峰值波长和光谱辐射带宽的相干滤光器或其他系统（单色仪等），或具有已知峰值发射波长和光谱辐射带宽并经过校准的发光器件如发光二极管。
5.2.5注意事项
a）应保证光学面的清洁度；
b）光源应该稳定；
c）带尾纤的被测器件应注意照射到被测器件的光敏面上。5.2.6测试步骤
按图6、图7所示：
a）将温度调到规定值；
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b）管座放在离光源一定距离的地方，该处的照度（或入射功率）应有规定；c）被测器件插入管座并加规定的偏置电压。对检测条件1、2或3，可直接在电流表上读出光照下的电流值Ip。R
式中：Φ一入射到APD光敏面上的光功率。5.2.7规定条件
a）环境或管壳温度；下载标准就来标准下载网
b）被测器件的偏置电压（直流或脉冲），c）检测条件，
d）入射光功率，
e）光源的峰值波长。
5.3暗电流和反向击穿电压的检测5.3.1目的
(μA/μw)
在规定条件下测量雪崩光电二极管的反向击穿电压和暗电流5.3.2检测原理图
R一限流电阻；APD--被测雪崩光电二极管;G--直流电源：V一直流电压表：A一直流电流表图7暗电流和击穿电压检测原理图5.3.3注意事项
a）雪光电二极管的暗电流和反向反击穿电压受温度影响很大，因此应严格控制环境温度；b）在光谱响应范围内被测器件不应受辐射；5.3.4检测步骤
按图7所示：
a）将温度调到规定值；
b）电压从零开始逐渐增加到电流的规定值，此时，电压表上的读数即为反向击穿电压V，c）调反向偏压到规定值（如0.9VBR），此时电流表上读数即为暗电流IR(D)。5.3.5规定条件
a）环境或管壳温度；
b）偏置电压；
c）击穿电压下的反向电流值。
5.4倍增因子的检测
5.4.1目的
测量雪崩光电二极管的倍增因子M。676
（9）
检测原理图
5.4.3注意事项
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LS光源；APD—被测雪崩光电二极管;G，调制信号发生器：G--直流电压源；SA—同步电流表Syn-同步信号源图8倍增因子检测原理图
应考虑被测雪崩光电二极管的光敏面。5.4.4检测步骤
按图8所示：
a）通过直流电压源G,给被测器件加上规定的低反向电压Vro3b）调节入射光功率到规定值；
c）在同步电流表上测出电流Ipo，d）改变被测器件上的直流反向电压到规定值VR1，在同步电流表上测量出电流Ipo，用式（10)计算倍增因子M（见图10）。
IR(D)一暗电流;IR(H)一光照下的反向电流图 ９倍增因子
5.4.5规定条件
a）环境或管壳温度；
b）反向偏压VRi、Va；
c）光源的峰值发射波长p；
d）光学窗口；
e）光路图；
（10）
f）初始光电流Ira
5.5过剩噪声因子的检测
5.5.1目的
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测量雪崩光电二极管的过剩噪声因子F：5.5.2检测原理图
低通滤波器
I。光源APD被测雪崩光电二极管，R.负载电阻G,直流电压源;G—频率为i的调制信号发生器；Vi--直流电压表；V，均方根电压表，在频率fi时带同步放大；Vs交流电压表，在频率为了，时带同步放大;F,-低通滤波器；F。-带通滤波器，具有规定的中心频率f。和带宽Afn;C—隔直电容Syn一同步信号图10过剩噪声因子检测原理图
5.5.3注意事项
a）调制频率f，应比f。低得多，同时f，f。应比被测器件的截止频f。低得多，以免由于被测器件频率响应而引起测量误差；
b）滤波器F，应滤掉调制频率fi;c）滤波器F1应能通过调制频率fi，但要滤掉大于f。Afn/2的频率；d）电容C的值应足够大，以便f,能顺利通过；e）入射光应照射在被测器件的光敏面上，且应使全部光敏面都受到照射；f）此法测量的是VR1和I的确定，对于那些达到完全耗尽及规定的速度和响应度时，已经产生增益（即M1)的器件，这种方法将不很正确。5.5.4检测步骤
按图10所示。
a）给被测器件加上低反向偏压，Vr由电压表V，监测，V应很低，以致几乎没有载流子倍增（即倍增因子M一1），但VRo又要足够大使被测器件能处于全耗尽并达到额定的速度和响应度。b）调节入射光功率得到规定的光电流Ipo，由电压表V，监测在调制频率f，时的信号电压V30Vo.1
IpoR·
一调制信号的占空比（如方波的占空比为50%，K=1/2）式中.K-
(11）
c）增加偏置电压VR，直到在电压表V.上读出电压V3的值为M×Vso，直到被测雪崩光电二极管达到规定的M值：
（12）
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d）在电压表V2上读出Vz，由式(13)计算出过剩噪声因子F：V
2qIpoM?Rfn
式中：q——电子电荷。
5.5.5规定条件
a）环境或管壳温度；
b）倍增因子M
c）初始光电流Ip；
d）M=i时的Vro;
e）滤波器F的中心频率f。及带宽Afnf）入射光的峰值波长（p）。
5.6响应时间的检测
5.6.1目的
测量雪崩光电二极管对光脉冲的响应时间。5.6.2检测原理图
G1周制信号;G2—直流电源;L—-光源：APD---被测雪崩光电二极管;R负载电阻；M一测量仪器；Syn一同步信号：V一直流电压表图11响应速度检测原理图
5.6.3注意事项
a）入射光脉冲的上升、下降时间应很短，否则会影响测试精度。b）应测量进入被测器件光敏面的全部入射光。.(13)
c）G，为准矩形波脉冲信号发生器，脉冲的上升时间和下降时间应远小于被测器件的响应时间，脉冲的持续时间远大于被测器件的响应时间d）M的系统延迟时间应远小于被测器件的响应时间。5.6.4检测步骤
按图11所示：
a）由电压源G，给被测器件加上规定的偏压。b）调节入射光功率使入射光脉冲的峰值功率Φ。和预偏置的辐射光功率@e2达到规定值。c）用测量仪器M观测被测器件对光脉冲的响应时间。如图12所示：679
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