Der vorliegende Versuch hat zum Ziel, einige Grundlagen der Halbleiter- Optoelektronik experimentell zu vertiefen. Dazu werden einerseits eine Laserdiode charakterisiert sowie die Eigenschaften eines Fotodetektors hinsichtlich Schnelligkeit und Empfindlichkeit untersucht.
Die Signalquelle ist eine Halbleiter-Laserdiode im sichtbaren Bereich, deren Arbeitspunkt mittels einer externen Ansteuerung stabilisiert wird. Die Intensitätsmodulation der Laserdiode erfolgt mit Hilfe eines Frequenzgenerators, der den Injektionsstroms direkt am Laserdioden-Controller steuert. Eine Charakterisierung der Laserdiode bezüglich ihrer elektrooptischen Kennlinie ist vor der Untersuchung des Fotodetektors notwendig. Weiterhin soll die Konstanz der Laserausgangsleistung bei den zu untersuchenden Modulationsfrequenzen überprüft werden.
Nach Charakterisierung der Laserdiode werden die dynamischen Eigenschaften einer Si-Fotodiode bei unterschiedlichen Beschaltungen untersucht:
• Fotodiode im Fotoelementbetrieb, d. h. ohne Gegenspannung, bei 2 unterschiedlichen Lastwiderständen
• Fotodiode im Fotodiodenbetrieb, d. h. mit Gegenspannung, bei 2 unterschiedlichen Lastwiderständen
In beiden Fällen sind folgende Untersuchungen durchzuführen:
• Bestimmung des Tiefpassverhaltens
• Bestimmung Sprungantwortfunktion
• Bestimmung der Ansprechempfindlichkeit (Fotostrom als Funktion der Bestrahlungsleistung)
Eine detaillierte Aufgabenbeschreibung findet sich am Ende dieser Anleitung.
Sämtliche Diagramme sollen von Hand parallel zu den Messungen gezeichnet werden. Zur Auftragung des Tiefassverhaltens in ein Bode-Diagramm ist die Verwendung von Papier mit doppel-logarithmischer Einteilung von Vorteil.
Zur Auswertung ist die Benutzung eines Taschenrechners erforderlich.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Theoretische Grundlagen
- 1.1 Laserdiode
- 1.1.1 Das Laserprinzip
- 1.1.2 Das aktive Medium
- 1.1.3 Besetzungsinversion
- 1.1.4 Der optische Resonator
- 1.1.5 Elektrooptische Kennlinie
- 1.1.6 Analogmodulation der Laserdiode
- 2. Fotodetektor
- 2.1 Fotodiode mit pn-Übergang
- 2.2 pin-Fotodiode
- 2.3 Kennlinie der Fotodiode mit Gegenspannung (U₁≤0, UÂ≤0)
- 2.4 Kennlinie der Fotodiode ohne Vorspannung (Fotoelement, U₁≤0, UB=0)
- 2.5 Kleinsignalersatzschaltbild des Fotodetektors
- 3. Versuchsdurchführung
- 3.1 Charakterisierung der Laserdiode
- 3.2 Charakterisierung der Fotodetektordiode
- 3.3 Zeitverhalten
- 3.4 Frequenzverhalten
- 3.5 Untersuchung der Abhängigkeit von Spannung und Leistung
- 4. Auswertung
- 4.1 Einleitung
- 4.2 Die Laserdiode
- 4.3 Beschaltungsmöglichkeiten der Fotodiode
- 4.4 Frequenzverhalten des Detektors
- 5. Fehlereinschätzung
- 6. Zusammenfassung
- 7. Quellenverzeichnis
- 8. Anhang
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Der vorliegende Versuch hat zum Ziel, einige Grundlagen der Halbleiter-Optoelektronik experimentell zu vertiefen. Dazu werden einerseits eine Laserdiode charakterisiert sowie die Eigenschaften eines Fotodetektors hinsichtlich Schnelligkeit und Empfindlichkeit untersucht.
- Charakterisierung einer Laserdiode im sichtbaren Bereich
- Untersuchung der dynamischen Eigenschaften einer Si-Fotodiode
- Bestimmung des Tiefpassverhaltens der Fotodiode
- Bestimmung der Sprungantwortfunktion der Fotodiode
- Bestimmung der Ansprechempfindlichkeit des Fotodetektors
Zusammenfassung der Kapitel
1. Theoretische Grundlagen
Dieses Kapitel behandelt die grundlegenden Prinzipien der Laserdiode und des Fotodetektors. Es werden Themen wie das Laserprinzip, das aktive Medium, die Besetzungsinversion, der optische Resonator, die elektrooptische Kennlinie und die Analogmodulation der Laserdiode behandelt. Außerdem werden verschiedene Arten von Fotodioden, ihre Kennlinien und das Kleinsignalersatzschaltbild erläutert.
2. Fotodetektor
Dieses Kapitel befasst sich mit der Funktionsweise und den Eigenschaften verschiedener Fotodetektoren, insbesondere der Fotodiode mit pn-Übergang und der pin-Fotodiode. Es werden die Kennlinien der Fotodiode unter verschiedenen Betriebsbedingungen sowie das Kleinsignalersatzschaltbild des Fotodetektors besprochen.
3. Versuchsdurchführung
Dieses Kapitel beschreibt die praktische Durchführung der Versuche zur Charakterisierung der Laserdiode und der Fotodiode. Es werden die Schritte zur Charakterisierung der Laserdiode und der Fotodetektordiode sowie die Untersuchung des Zeit- und Frequenzverhaltens erläutert.
4. Auswertung
Dieses Kapitel beschäftigt sich mit der Auswertung der Versuchsergebnisse. Es werden die gewonnenen Daten zur Laserdiode und zur Fotodiode analysiert, und die Beschaltungsmöglichkeiten der Fotodiode sowie das Frequenzverhalten des Detektors werden diskutiert.
Schlüsselwörter
Die wichtigsten Schlüsselwörter und Themenschwerpunkte des vorliegenden Texts sind Halbleiter-Optoelektronik, Laserdiode, Fotodetektor, pn-Übergang, pin-Fotodiode, Besetzungsinversion, elektrooptische Kennlinie, Analogmodulation, Zeitverhalten, Frequenzverhalten, Ansprechempfindlichkeit.
- Quote paper
- Harun Aktas (Author), 2005, Optoelektronik, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/49323
