[发明专利]一种雪崩光电二极管过剩噪声因子测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件的测试技术领域，特别是指一种用于测量雪崩光电二极管过剩噪声因子的测量系统。

背景技术

过剩噪声因子是表征雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode，APD）性能的一个重要参数。与普通PIN探测器不同，APD雪崩光电二极管的光生载流子在高电场下发生碰撞离化产生后代载流子，最终输出的光电流与初次注入光生电流相比放大了M（APD的增益）倍，这就是雪崩倍增效应。这种内部增益提高了APD的灵敏度和信噪比，使其在高速长距离光通信系统中正受到越来越多的重视。

但碰撞离化是一个随机过程，每一个载流子发生碰撞离化的可能性不尽相同，这就导致了增益的不稳定性。所谓过剩噪声因子就是表征这种增益不稳定性的参量，定义为增益的标准差与均方值之间的比值。

普通PIN探测器的散粒噪声为S_pin＝2qIR(ω),其中q为电子电量，I为光电流，R(ω)为APD的阻抗（与频率ω有关）。如果倍增过程是理想的，即增益是稳定的，那么APD的散粒噪声就是PIN散粒噪声的M²倍即S_APD＝2qIR(ω)M²。但是由于碰撞离化服从统计上的随机特性，APD的噪声会与理想情况下的不一致。所以实际的APD过剩噪声为S_APD＝2qIR(ω)M²F，其中F为过剩噪声因子。可见过剩噪声因子直接的反应在APD产生的过剩噪声里，通过测量过剩噪声可以提取出过剩噪声因子。过剩噪声因子是评价APD器件可靠性的有效指标，量化过剩噪声因子对APD管芯的研制、接收系统的设计都有着非常重要的意义。

目前常见的半导体光电子器件测试设备主要只针对APD暗电流、波长响应范围、响应度、总电容、响应时间、带宽等参数，迄今还没有商用的过剩噪声因子测量系统和方法。国外关于APD过剩噪声因子的比较成熟方案有：相敏探测法、直接功率测量法。

相敏探测法中，系统包含锁相放大器和跨阻放大器，可以同步测量增益和噪声，灵敏度比较高，但测量频点比较少，耗时比较长。

直接功率测量法中，使用噪声功率计直接测量噪声功率，可测量的频点多，但增益和噪声不能同步测量，需要另外测试IV特性，实时性不强，存在系统误差。

因此，目前迫切需要一种能够快速、实时、精确测量APD过剩噪声因子的系统和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够同步测量APD增益以及噪声功率进而提高过剩噪声因子检测精度的测量系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种雪崩光电二极管APD过剩噪声因子测量系统，包括：光源，光耦合组件以及检测单元；所述检测单元包括：芯片测试工装夹具，偏置器，数字源表，放大器以及噪声功率测试设备；

所述光源通过所述光耦合组件照射在待测APD样品上，样品APD通过所述芯片测试工装夹具与所述偏置器相连，所述数字源表与所述偏置器的直流端口相连，所述偏置器交流端口连接所述放大器输入端，所述噪声功率测试设备连接所述放大器输出端。

进一步地，还包括：放大器；所述放大器为低噪声放大器，连接在所述数字源表以及所述噪声功率检测设备之间。

进一步地，所述光源为稳定光源。

进一步地，所述的光耦合组件是透镜光纤或聚焦透镜或者其他光耦合聚焦装置。

进一步地，所述噪声功率测试设备为噪声系数分析仪或者精密噪声功率计。

进一步地，所述芯片测试工装夹具包括：高频探针以及芯片测试夹具。

进一步地，还包括：校准单元；所述校准单元用于对所述检测单元的参数校准。

进一步地，所述校准单元包括：标准噪声源；所述标准噪声源与所述检测单元输入端相连。

进一步地，还包括：电磁屏蔽单元；所述电子屏蔽单元用于屏蔽测量环境中的电磁信号以及光信号。

进一步地，所述电磁屏蔽单元包括：电磁屏蔽暗室。

本发明公开的一种雪崩光电二极管过剩噪声因子测试系统，利用数字源表和偏置器构成的直流通路来测量待测APD样品的增益，利用噪声功率测试设备的交流通路来测量待测APD样品的噪声功率，同步测量增益和噪声功率，灵敏度高，测试频点多，可覆盖高频至微波频段，能够快速、实时、精确测量APD过剩噪声因子。

附图说明

图1为本发明实施例提供的APD过剩噪声因子测量系统校准连接图；