[发明专利]雪崩光电探测器过剩噪声因子测量系统及测量方法

说明书

本公开提供了一种雪崩光电探测器过剩噪声因子测量系统及测量方法。该雪崩光电探测器过剩噪声因子测量系统包括：载物装置、光源、频谱仪、偏置器、源压表以及高频探针；载物装置用于放置待测器件，待测器件包括雪崩光电探测器芯片；光源用于向雪崩光电探测器芯片输出稳恒光以进行噪声测试；以及雪崩光电探测器芯片与偏置器相连，偏置器基于直流通路连接源压表，偏置器通过高频探针基于交流通路连接频谱仪，以形成噪声测试链路。

技术领域

本公开涉及半导体光电子器件的测试技术领域，更具体地涉及一种雪崩光电探测器过剩噪声因子测量系统及测量方法。

背景技术

现有的对雪崩光电探测器过剩因子的测试测量需要外置低噪放大器以及外部校准链路，对噪声测试仪器的要求苛刻，测试系统复杂；并且噪声测试中外置低噪放大器链路对雪崩光电探测器噪声测试存在一定的影响，会给过剩噪声测试带来相对较大的误差。

例如以下三种方式，一是通过分别测量APD的电子、空穴的碰撞离化率α、β，然后取其比值。这种方法比较繁琐，必须使用两种不同波长的稳定光源来满足单载流子注入倍增区的条件。如对于InP倍增层的APD，需要使用780nm和1300nm两种光源来保证纯电子和空穴的注入，然后分别测量两种注入条件下的增益，再根据理论公式拟合出电子碰撞离化率α和空穴碰撞离化率β，最后得到k值，这种测试方法条件繁琐计算量大。第二种是锁相测量法，该方法基于锁相放大器，光电流需经过跨阻放大器转变为电压信号，分两路输入LIA，一路用于计算增益，另一路用于计算噪声功率，和标准的PIN器件作对比，代入公式得到APD的过剩噪声因子，这种方法所用的仪器多且测试时间比较长。第三种是直接功率测试法，传统的直接功率测试法是用噪声分析仪或噪声功率计直接测量噪声功率，但由于APD本身的噪声很小，与底噪混合难以分辨，直接测量法的误差较大。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了一种雪崩光电探测器过剩噪声因子测量系统及测量方法。

根据本公开的第一个方面，提供了一种雪崩光电探测器过剩噪声因子测量系统，包括：载物装置、光源、频谱仪、偏置器、源压表以及高频探针；所述载物装置用于放置待测器件，所述待测器件包括雪崩光电探测器芯片；所述光源用于向所述雪崩光电探测器芯片输出稳恒光以进行噪声测试；以及所述雪崩光电探测器芯片与所述偏置器相连，所述偏置器基于直流通路连接所述源压表，所述偏置器通过所述高频探针基于交流通路连接所述频谱仪，以形成噪声测试链路。

根据本公开的实施例，所述交流通路包括：高频传输线。

根据本公开的实施例，所述高频探针包括：射频高速探针。

根据本公开的实施例，所述光源包括：激光器。

本公开的第二方面提供了一种测量方法，应用于上述第一方面的系统，所述方法包括：对频谱仪进行配置；将位于载物装置的雪崩光电探测器芯片与偏置器相连，所述偏置器基于直流通路连接源压表，所述偏置器通过高频探针基于交流通路连接所述频谱仪，得到噪声测试链路；将光源的工作电流配置为低于阈值的输出功率，通过光纤向所述雪崩光电探测器芯片输出稳恒光；由所述噪声测试链路，通过对所述雪崩光电探测器芯片的响应度测试，确定所述雪崩光电探测器芯片的一倍增益电压点的电压值；在所述一倍增益电压点的电压值与击穿电压点的电压值之间选择多个目标电压值，分别在有光状态和无光状态下确定所述雪崩光电探测器芯片在不同目标电压值下的过剩噪声功率谱密度和增益值；以及根据所述过剩噪声功率谱密度和所述增益值，确定过剩噪声因子和用于表示所述过剩噪声因子的K值。

根据本公开的实施例，所述对频谱仪进行配置，包括：频率配置、扫描配置、数据处理配置以及数据读取配置中的一种或多种。

根据本公开的实施例，所述对频谱仪进行配置，包括：将中心频率配置为50兆赫兹，分辨率带宽配置为1赫兹。

根据本公开的实施例，所述方法还包括：在对频谱仪进行配置之后，使所述频谱仪进行自校准。