Анализ погрешностей волоконно-оптического гироскопа
Дипломная работа - Радиоэлектроника
Другие дипломы по предмету Радиоэлектроника
?пускания для кремниевых и германиевых лавинных фотодиодов равно соответственно 100 и 60 ГГц. Следовательно, при усилении по току 100 и 60 использование в приемной системе кремниевого или германиевого лавинного фотодиода обеспечивает полосу про пускания в 1 ГГц.
В настоящее время ведутся интенсивные разработки лавинных фотодиодов на основе GaAs, InAs и InSb, обладающих высоким усилением и ничтожным избыточным шумом.
На основе соединения GaAlAsSb созданы ЛФД на диапазон длин волн 1... 1,4 мкм, превосходящие по параметрам германиевые ЛФД. Для длин волн 1... 1,7 мкм применяют соединения типа InGaAsP; значительного улучшения характеристик ЛФД ожидают при использовании гетероструктур на основе InGaAsP/InP. Кроме того, продолжаются работы по созданию интегральных схем, являющихся комбинацией ЛФД и входного усилителя на полевом транзисторе (так называемые FЕT-ЛФД), что позволяет улучшить качество фотоприемника.
n p
n,p n,p p,n p,n
Рис 2.4. Основные этапы фотоэлектрического преобразования при детектировании оптического сигнала.
Независимо от вида полупроводникового приемника основные этапы фотоэлектрического преобразования можно проиллюстрировать схемой на рис.2.4. Она включает в качестве первичного акта поглощение излучения и генерацию свободных носителей заряда, механизм внутреннего усиления, обусловленный размножением носителей, если такой предусмотрен, а также этап формирования выходного сигнала, что определяет условия согласования фотоприемника с нагрузкой, включая выходные цепи усилительных звеньев в случаях внешнего усиления сигнала. Каждому этапу соответствуют свои параметры процесса, уровень шумов, ограничивающих для фотоприемников различного типа и различных комбинаций приемников с усилителями добротность, пороговую чувствительность, надёжность. Необходимость в ряде случаев усиления сигнала после его детектирования предполагает модуляцию светового потока поступающего на вход приемника, или его фототока.
Чувствительность фотоприемника и ее спектральное распределение определяется отношением
,
(2.66)
где в мкм. В этом выражении
- фототок, сигнал на выходе фотоприемника, соответствующий
входной оптической мощности
;
n, N0 - скорости генерации фотоносителей в фотоприемнике и фотонов на его поверхности соответственно;
-заряд электрона, постоянная Планка, скорость света соответственно;
- квантовая эффективность - количественная характеристика внутреннего фотоэффекта. Зависимости , как правило, экстремальны с максимумом при , что обусловлено спектральной зависимостью коэффициента поглощения излучения в данном материале.
Для правильно сконструированных фотоприемников с антиотражающими покрытиями оптимальные значения , что позволяет при раiетах в первом приближении принимать .
Чувствительность фотоприемника определяется также средним
значением коэффициента внутреннего усиления фототока величина которого флуктуирует относительно определяется как средняя статистическая величина за время действия светового импульса.
Если усиление обусловлено пролётным временем носителей (как в фоторезисторах), то определяется средним (объемным и поверхностным) временем жизни фотоносителей
,(2.67)
ограничивающим быстродействие фотоприёмника.
Для фотодиодов без внутреннего усиления ( p - n, p - i - n, с барьером Шотки)
(2.68)
У лавинных фотодиодов с 50-100
У быстродействующих фотоприёмников iотопроводящим каналом на основе гетероэпитоксиальных плёнок AlGaAs/GaAs, AlInAs/GaInAs, GaInAs/InP
Минимальная детектируемая мощность (порог чувствительности) ограничивается отношением сигнал-шум (с/ш) фотопреобразователя. Его шумовые свойства удобно характеризовать эквивалентной мощностью шума (Вт/Гц1/2)
,(2.69)
где - входная оптическая мощность, при которой отношение с/ш равно 1.
При правильно спроектированном фотопреобразователя электронная часть не вносит дополнительных шумов, превышающих дробовый шум приёмника и
,(2.70)
где - шумовой ток являющийся эмпирическим параметром фотоприёмника. Для фотоприёмников без внутреннего усиления ограничивается в основном токами поверхностной утечки ().
При = 100-50 ток и определяется типом, материалом и конструкцией фотоприёмника. Для кремниевых p - i - n фотодиодов , для лавинных
, NEP являются функцией полосы пропускания системы.
Для широкополосного усиления малых фототоков (А) при низких порогах чувствительности применяются преимущественно два типа электронных усилителей: трансимпедансный и интегрирующий.
2.4. Анализ прямых динамических эффектов (температурных градиентов
и механических напряжений)
Случайные временные изменения окружающей температуры и механических напряжений волокна приводят к изменениям оптических постоянных распространения и геометрических