SJ∕T 11405-2009 光纖系統(tǒng)用半導體光電子器件 第2部分：測量方法

第2部分：測量方法2009-11-17發(fā)布2010-01-01實施 III I2規(guī)范性引用文件 1 I 1 2 43.4帶或不帶尾纖的激光二極管的閾值電流 43.5帶或不帶尼纖的發(fā)光二極管(LED)、紅外發(fā)射二極管(IRED)和激光二極管的相對強度噪聲 63.6帶或不帶尾纖的激光二極管的開關時間 7 8 3.10帶或不帶尾纖的激光二極管的光譜線寬 3.11發(fā)光二極管(LED)和紅外發(fā)射二極管(IRED)在 3.12發(fā)光二極管(LED)和紅外發(fā)射二極管(IRED)的雙頻差拍失真(D12\D21) 3.13激光二極管或激光二極管模塊的中心波長(λ)和均方根光譜帶寬(△λms) 3.16帶或不帶尾纖的激光二極管或激光模塊的微分效率(n) 3.18模擬激光器的載噪比 26 284.1PIN光電二極管的噪聲 4.2帶或不帶尼纖的雪崩光電二極管的過剩噪聲因子 29 4.4帶或不帶尼纖的雪崩光電二極管(APD)的倍增因子 4.5帶或不帶尼纖的PIN光電二極管或雪崩光電二極管(APD)的開關時間 4.6PIN-FET組件的響應度 4.7PIN-FET組件的頻率響應平坦度(AS/S) 4.9PIN-FET組件的低頻輸出噪聲功率譜密度( 4.10PIN-FET組件的最小可探測功率 40 42附錄A(資料性附錄)標準對照表 4附錄B(資料性附錄)本部分中的條款號與IEC62007-2:1999條款號對照表 45H本部分等同采用IEC62007-2:1999《光纖系統(tǒng)用半導體光電子器仁第2部分：測量方法》(英文-用小數(shù)點“.”代替作為小數(shù)點的逗號“,”:—-刪除國際標準的前言：—為了保持標準結(jié)構(gòu)的統(tǒng)，刪除了原文圖中的圖題部分； 32~圖45”改為“圖36～圖49”; 為了在條款號編排上體現(xiàn)的層次更清晰，將IEC620072中的級條款的字母改為分條號，條 故本部分對“B”的說明用注釋表述。本部分主要起草人：趙英、陳蘭、王幼林。光纖系統(tǒng)用半導體光電子器件第2部分：測量方法1范圍本部分規(guī)定了用于光纖系統(tǒng)/子系統(tǒng)的半導體光電子器件(以下簡稱“器件”)的測量方法。流在規(guī)定的條件下，測量帶或不嘴尾纖的發(fā)光二極管(LED)、紅如發(fā)射二極管(4RED)、激光二極管的輻射功率(D或正向電流。測量裝置見圖1圖13.1.3裝置說明和要求2——球的內(nèi)表面和遮光屏表面應有一層高均勻度、高反射系數(shù)(不小于0.8)的漫反射鍍層。對積3.1.5測量程序——測量正向電流時，給器件施加電流直到使器件達到規(guī)定的輻射功率(Φ.),記錄此時的電流——輻射功率(當測量正向電流時);——正向電流(當測量輻射功率時)。3.2.2電路圖3.2.3電路說明G?——電壓偏置源(直流);3.2.4注意事項在光脈沖的頂部(見圖3)所得到的平均輸出功率可能不等于在偏置電流為直流偏置和輸入脈-一僅考慮被測器件的光學窗口—圖3中100%是在輻射脈沖頂部測得的平均輸出功率，0是在直流偏置下測得的輸出功率。?—下降時間：--開通時間1-關斷時間圖33.2.6規(guī)定條件4在規(guī)定的條件下，測量帶或不帶尾纖的發(fā)光二極管(LE管的小信號截止頻率(f)。電路圖圖43.3.4注意事項3.3.5測量程序 ——用信號發(fā)生器G?在低頻(小于f/100)3.3.6規(guī)定條件對于發(fā)光二極管(LED)和紅外發(fā)射二極管(IRED):3.4.2電路圖圖53.4.3電路說明和要求3.4.4注意事項應盡量減少反射入激光二極管內(nèi)的輻射功率，以避免由于失真而影響測量精度。不能超過激光二極管的極限值(1和中.)—給二極管施加正向電流，并記下二極管的輻射功率與正向電流之間的關系； 電流/m(見圖6)圖663.5帶或不帶尾纖的發(fā)光二極管(LED)、紅外發(fā)射二極管(IRED)和激光二極管的相對強度噪聲Io——在光輻射下光探測器的反向電流；M——測量儀器(如：強度計等)。輻射下測量光探測器的反向電流Irm;——調(diào)整光源功率，使得在光輻射下的光探測器達到所測得的反向電流值Igm,此時用測量儀器測RIN=(M-N)/(R×G×△f×IRm)………………..-輻射功率：·-中心頻率和等效噪聲帶寬、3.6帶或不帶尾纖的激光二極管的開關時間在規(guī)定的條件下，測量帶或不帶尾纖的激光二極管的開關時間(開通延遲時間ta、上升時間t關斷延遲時間1。和下降時間t)3.6.2電路圖電路圖見圖83.6.3電路說明G;—-電流脈沖發(fā)生器：G——電流偏置源(直流):G—-電壓偏置源(直流);R——-與信號發(fā)生器阻抗相匹配的電阻；DUT-—被測器件；PD——光電探測器：R負載電阻：M——能夠同時測量輸入和輸出波形的測量儀器：Syn.—-同步信號3.6.4注意事項 反射進激光二極管的輻射功率應最小 為避免熱效應產(chǎn)生，應選定脈沖寬度和占空比-應避免開關電路的浪涌電流，以及避免接觸帶靜電物體等；—直流源G應具有高阻抗，以不致使電流脈沖發(fā)生器G的輸出失真：—光電探測器PD的響應時間、測量電路和測量儀器的響應時間應足夠小，以免影響測量精度。3.6.5測量程序一將規(guī)定的直流和脈沖電流施加到被測器件DIT上： 由測試儀器測得t、和t值8圖93.6.6規(guī)定條件—輸入脈沖電流、脈沖寬度和占空比。9SSG被測器件：圖10AMP(f)——適用于頻率f下的放大器和慮波器；N阻抗匹配和信號分配網(wǎng)絡。調(diào)焦系統(tǒng)的設計： 率P,P與調(diào)制輻射功率平方的關系如公式(2):(Aφ.)2=P/(S×R)……式中：S---PD的靈敏度：用功率計W測量頻寬A中頻率r下的噪聲電功率N.(f應該接近于f),它等于與光電流(Im)(C/Nin=(△φ.)2/(△φ?)=[R (3)或 (4)3.7.6規(guī)定條件——測量偏置條件(Φ、I或△p);——頻率和頻寬(f、△f):——驅(qū)動頻率(f)-—調(diào)制深度(m)。在規(guī)定的輻射功率電平和頻率下，測量器件輸入特性的實部和虛部(或模和相位)。S?參數(shù)是器件電輸入端口的高頻反射電壓Y與高頻入射電壓V之比，見公式(5): (5)等效方程式如公式(6): (6)3.8.2電路圖九aT圖113.8.3電路說明和要求3.8.4注意事項載相匹!(通常500):在規(guī)定頻率附近打描交流信號頻率，改變可調(diào)傳輸線的長度，在史密斯圖上得到一個信號點S?(模數(shù)等于1,相位等于180)。b)測量用被測器件取代‘校準”時的短路線，施加規(guī)定的偏置條件φ,I?；騎或Tu),3.8.6規(guī)定條件圖123.9.4注意事項——在每一個測量點，調(diào)節(jié)電流源G1,使監(jiān)測器光電流等于在25℃下所規(guī)定光輻射功率所得的電——在規(guī)定的范圍內(nèi)對管殼溫度進行掃描，并畫出輸出輻射功率與時間(見圖13)圖14)的關系曲線———跟蹤誤差由公式(7)或(8)給出： (7) (8)圖133.9.6規(guī)定條件——25℃下的Φ或△I——熱沉溫度(T),適用時；——監(jiān)測光電二極管(A)的偏置電壓(K)。3.10.2電路圖圖14圖153.10.3電路說明DUT---被測器件：01-一光隔離器：A0D——聲光調(diào)制器的驅(qū)動器；P1--偏振光調(diào)制器：AMP—-放大器：SA——頻譜分析儀3.10.4注意事項—反射回激光二極管的輻射功率應最?。骸狥3的長度應足夠長，以便得到比被測器件DUT的光譜線寬高得多的分辨能力：——調(diào)制頻率應高于被測器件DUT的光譜線寬：—規(guī)定的直流源應穩(wěn)定，使測試器件DUT的線寬時不會變寬。c---光速：3.10.5測量程序—給被測器件DL[施加規(guī)定的超過閾值的直流電流(AA),或相應于規(guī)定輻射功率(Φ。)的正調(diào)節(jié)器件DIT的光路，以使最大輻射功率進入光纖FI和F3; ——環(huán)境、管殼或熱沉溫度 3.11發(fā)光二極管(LED)和紅外發(fā)射二極管(IRED)在1dB壓縮點的調(diào)制電流(IF(1dB))F——帶通中心頻率與正弦波信號源頻率f相匹配的濾波器 信號電壓V?和調(diào)制電壓V。調(diào)制電流I(L=K/R?)由K和電阻值R?決定； 3.11.6規(guī)定條件一環(huán)境或管殼溫度(T.或T..);-負載電阻(R:和R?); 峰值發(fā)射波長或光源的輻射帶寬(λ,Aλ):——-輻射功率(φ):3.12發(fā)光二極管(LED)和紅外發(fā)射二極管(IRED)的雙頻差拍失真(D12\D21)在規(guī)定的負載電阻和調(diào)制條件下，測量發(fā)光二極管(LED)和紅外發(fā)射二極管(IRED)的雙頻差拍電路圖見圖18圖183.12.3電路說明和要求S、S?——頻率f?和f?下的正弦波信號源；F?.F?、F?、F——與正弦波信號源頻率(f和f?)以及互調(diào)頻率((2f-f?)和(2f?-f))相匹配的帶通濾波器；3.12.4注意事項反射回被測器件的輻射功率應最小。3.12.5測量程序光輸出達到規(guī)定的輻射輸出功率；——通過兩個正弦波信號源S?和S?施加調(diào)制電流產(chǎn)生兩個基本調(diào)制頻率f和f;——由交流電壓表K和V讀出基本頻率下的調(diào)制光輸出，再由交流電壓表V和V讀出互調(diào)頻率下的——調(diào)節(jié)S:和S?使Y和Y相等，調(diào)節(jié)A-衰減信號并記錄調(diào)制電壓?和光信號電壓K、Y、V和V。由較大的互調(diào)光輸出(V或V4)的輻度與基本頻率信號的輻度(或Y或臣)之比來確定雙頻互調(diào)比。這個雙頻互調(diào)比是復合輸入信號幅值(V%)的函數(shù)。見圖19、圖20。圖193.12.6規(guī)定條件—環(huán)境或管殼溫度(T或Ta);圖20——輻射功率(Φ);——峰值發(fā)射波長和光譜帶寬(:、AA);——調(diào)制頻率(f、t);——負載電阻(R和R:)。3.13激光二極管或激光二極管模塊的中心波長(T)和均方根光譜帶寬(△λrms)3.13.2電路圖圖21p-—--能夠提供超過閾值的正向電流(AI)或規(guī)定輻射功率(φ.)的電源：D?、D?——光闌(適當時);RM——輻射計(包括光闌D?)。——中心波長由公式(9)給出：………(9)——均方根光譜帶寬(△Am)由公式(10)給出：輻射功率3.13.6規(guī)定條件測量在規(guī)定多通道調(diào)制下模擬激光器的二階復合失真(CSO)和三價復合失真(CTB)。3.14.2電路圖F——帶通濾波器，該濾波器的中心頻率與正弦波信號源的頻率(f…f)和互調(diào)頻率2f、CS0的——通過P,將規(guī)定的電源電壓施加到被測器件相應的終端上以便使探測器獲得規(guī)定的輸出輻射功——用N個正弦波發(fā)生源S…S給被測器件輸入正弦波信號以便形成頻率f…f的N個調(diào)制波dBc表示(見圖24);——環(huán)境或管殼溫度(T或Tas);——光調(diào)制深度m 電路圖見圖25. —-用兩個正弦波發(fā)生源S?和S?給被測器件輸入正弦波信號以便形成信號頻率為fi和f的兩個調(diào)制 ——調(diào)整S?和S:使信號頻率的調(diào)制光輸出相等。用A改變信號衰減，記錄調(diào)制功率和信號光功率；——確認IMD?和IMD?與調(diào)制功率的關系曲線的斜率分別為2和3(見圖27);——由較大的調(diào)制光互調(diào)幅值與調(diào)制信號的輻值之比來確定IMD2和IMD?。tz-f圖26圖26圖273.15.6規(guī)定條件——環(huán)境或管殼溫度(T或Ts);——平均輻射功率中或電流△T:——DLT和D間的介質(zhì)和插入損耗；光學調(diào)制深度m 調(diào)制頻率f和f?:3.16帶或不帶尾纖的激光二極管或激光模塊的微分效率(na)測量帶或不帶尾纖的激光二極管或激光模塊的微分效率(na)。3.16.2電路圖和電流波形電路圖見圖28,電流波形見圖29。圖28圖293.16.3電路說明和要求PG——階梯電流發(fā)生器；D?——光電探測器；SP——信號處理系統(tǒng)。3.16.4注意事項反射回激光二極管的輻射功率應最小。I或φ。不應超過激光二極管的極限值。3.16.5測量程序——給被測器件施加如圖29所示的電流波形，這里，δF是階梯電流輻值，且8≤(1/20)△I;r是階梯持續(xù)時間，它應足夠長可使得器件達到熱平衡；——記錄每一階梯電流下的I和Φ; na由公式(11)得出：3.16.6規(guī)定條件 超過閾值的正向電流(△p)或輻射功率(φ)。3.17帶或不帶尾纖的激光二極管的微分電阻ra(正向)電路圖見圖30,電流波形見圖31。圖30圖313.17.3電路說明和要求3.17.4注意事項不應超過激光二極管的極限值1或中。3.17.5測量程序——記錄每一階梯電流下的不、和φ.;-——ra由公式(12)得出：3.17.6規(guī)定條件——環(huán)境或管殼溫度或襯底溫度(T、T或T):----超過閾值的正向電流(A/)或輻射功率(Φ)3.18模擬激光器的載噪比3.18.2電路圖圖32RL?——規(guī)定負載電阻；S…Ss——頻率(f…f)下的正弦波信號源。3.18.4注意事項 由P?將規(guī)定的電流施加到被測器件合適的引出端上，以便從光端口處得到規(guī)定的輻射輸出功 功率C(即載波信號電平);—CNR由公式(13)給出：CMR=C-(N+K+K?+K?)(dBc)………N—-噪聲電平(dBm);K—-帶寬變換因數(shù)=10log(頻道帶寬/B);3.18.6規(guī)定條件——環(huán)境或管殼溫度(T或T);—--平均輻射功率(Φ);---光學調(diào)制深度(m);—-波段頻率f～術；——負載電阻(R和R):—--DUT和D間的光路(光纖或光學衰減器)及其光損耗。光學調(diào)制深度如公式(14)定義：…………(14)i——最大信號電流(每個載波信號);i-—信號電流幅度；時間圖333.19.2.2電路圖——在可能的情況下，光反射水平應保持足夠低(小于|-50|dB為宜); 測量系統(tǒng)1:——由RF載波信號的信號源S?調(diào)制被測器件(DUT); ——調(diào)制深度由公式(15)計算：R——是探測到的電功率，單位為瓦特；R?——負載電阻，單位為歐姆(與頻譜儀或功率計阻抗相匹配);In…平均光電流，單位為安培。測量系統(tǒng)2:調(diào)制深度測量系統(tǒng)2如圖35所示，采用一個直流耦合阻抗匹配的PIN光電二極管--調(diào)制深度可以由公式(14)計算。3.19.2.6規(guī)定條件4.1PIN光電二極管的噪聲4.1.2電路圖電路圖見圖36。4.1.3電路說明和要求S——輻射源或光源：圖36lx——光輻射下的反向電流；R——負載電阻(最好取50Ω);反向偏置電壓電源：F----濾波器，具有規(guī)定的最大傳輸頻率(中心頻率)fo和規(guī)定的等效噪聲帶寬AK:M——--對噪聲電流、噪聲功率、探測率或等效噪聲功率校準過的真均方根值讀出儀器 校準測量儀器，給被測器件DUT施加規(guī)定的反向電壓Y,從零開始增加輻射源的輻射通量，直至達 ——反向偏置電壓(h); ——負載電阻(R),如果不是50Ω; 濾波器最大傳輸頻率值(中心頻率fo)和等效噪聲帶寬(△f)。測量帶或不帶尾纖的雪崩光電二極管的過剩噪電路圖見圖28.4.2.3電路說明和要求DUT-—被測器件；R---負載電阻；G-—頻率為的光調(diào)制發(fā)生器注2:濾波器E應濾除調(diào)制頻率4。4.2.4測量程序---由V測量施加的低偏置電壓斑，應足夠小到可忽略載流子倍增(即倍增因子#1),但應使流1,1.與在V?上的電壓和調(diào)制信號頻率f下測得的確間的關系如公式(16)所示：h-—是G的調(diào)制信號的占空比(如：占空比是50%的方波.h=12)—--提高偏置電壓長，直到在V上讀出，其值為IXT,如公式(17)所?。?(17) 在V?上讀出V,從公式(18)中計算出過剩噪聲因子F: (18)4.2.5注意事項——峰值發(fā)射波長(λ。)和光譜輻射帶寬(△A);——反向電壓Vi。4.3帶或不帶尾纖的光電二極管的小信號截止頻率4.3.2電路圖4.3.3電路說明和要求——反向電壓(K);-—負載電阻(R);----光源的峰值發(fā)射波長和(Ap)光譜帶寬(λλ):——輻射功率(Φ.)。A4.4.4注意事項—-用電壓源G給被測器件DUT施加規(guī)定的低偏置電壓項，調(diào)節(jié)輻射功率ψ到規(guī)定——改變施加在被測器件上的直流電壓到規(guī)定的限，在同步電流表——由公式(19)計算倍增因子：M=Ia/I2…………(19)圖414.4.6規(guī)定條件——輻射功率(Φ);——峰值發(fā)射波長(λp);——光譜帶寬(△λ);4.5帶或不帶尾纖的PIN光電二極管或雪崩光電二極管(APD)的開關時間測試帶或不帶尾纖的PIN光電二極管或雪崩光電二極管(APD)的開通時間to(開通延遲時間taom)十上升時間t:)和關斷時間torr(關斷延遲時間taor)+下降時間tr),見圖43。圖42 和補償輻射功奔(φ) ——反向電壓(V);——峰值輻射功率(Φa);——補償輻射功率(Φ);-——負載電阻(R)(如果不是50Ω);——峰值發(fā)射波長(Ap)——光譜輻射帶寬(△λ);——光學結(jié)構(gòu)4.6.1目的4.6.2電路圖A均方根值決定A4.6.4注意事項—--△Φu的值應遠遠小于直流輻射功率①,并在規(guī)定的調(diào)制頻率f～t范圍內(nèi)保持常數(shù)4.6.5測量程序 (20)——在頻率范圍f～f測量S的最大值(S)和最小值(S)及在中頻下的中心值S(f),由公式(21)定義或符合規(guī)定值： (21)4.6.6規(guī)定條件——環(huán)境或管殼溫度(Tm或Tase);——負載電阻(R); 光源的峰值發(fā)射波長和光譜帶寬(λ、△λ);——直流輻射功率(Φ);——調(diào)制頻率(f)。4.7PIN-FET組件的頻率響應平坦度(△S/S)在規(guī)定的調(diào)制頻率寬度內(nèi)，測量PIN-FET組件的頻率響應平坦度。4.7.2電路圖電路原理圖見圖45。CAP圖454.7.3電路說明和要求L具有可調(diào)輻射功率φ作用的窄帶輻射源，調(diào)制的輻度由小信號正弦波的可調(diào)頻率和△Φ(n均方根值決定； 為DUT施加規(guī)定工作電壓和電流的電源R與被測器件DUT電阻抗相匹配的負載電阻；C——耦合電容； 交流電壓表或?qū)拵щ妷簻y量儀4.7.4注意事項——被測器件光端口應完全接受輻照； △Φr)的值應遠遠小于直流輻射功率Φ,并在規(guī)定的調(diào)制頻率f～f?范圍內(nèi)保持常數(shù) 如果△Φ(ms)的值增加，對中的測量不引起變化(不大于允許測量誤差),則△Φa(m)被任為是小4.7.5測量程序 由P給被測器件DUT施加規(guī)定的電源電壓，調(diào)整L使其達到規(guī)定的直流輸入輻射功率 在規(guī)定頻率f～f的頻帶上改變調(diào)制頻率，用表A測量交流輸出電壓Ym——由公式(22)確定靈敏度S: (22) 在規(guī)定的調(diào)制頻率的頻帶上測量出S的最大值S.和最小值Sin,以及中頻f下的值S(fu)——頻率響應平坦度由公式(23)給出： (23)—除非另有規(guī)定，f是中頻頻率，定義為fm=√f×f?:S(f)是在頻率下的響應度值4.7.6規(guī)定條件——環(huán)境或管殼溫度(T或T…);—--負載電阻(R)---光源的峰值發(fā)射波長和光譜輻射帶寬(A、AA);——直流輻射功率(Φ);----輻射功率的調(diào)制頻率范圍(fi、fì)4.8.2電路圖R---與器件DET的規(guī)定阻抗相匹配的負載電阻：F——高值帶通濾波器；----應使被測器件的光端口能夠完全接受到規(guī)---測量電路應接地并屏蔽，以便在低噪聲信號的測量中預防其它雜波信號的干擾 Po,x=(V/G)2/(R·B)………………4.8.6規(guī)定條件——負載電阻(R);——光源的峰值發(fā)射波長和光譜輻射帶寬(λ、△A);——輸入輻射功率(Φ); 4.9PIN-FET組件的低頻輸出噪聲功率譜4.9.1目的種低頻輸出噪聲功率譜密度主要由1/f噪聲、轉(zhuǎn)折頻率決定。電路圖見圖47。4.9.3電路說明和要求DUT——被測器件(無光照); y為在頻率f下測量輸出噪聲電壓V的噪聲電壓真4.9.4注意事項 --F的有效(噪聲)帶寬B應為中心頻率的15%或更低。4.9.5測量程序 當調(diào)節(jié)濾波器F中心頻率由低頻到高頻，在這段頻率上升區(qū)間，噪聲電壓——當頻率降低使后從。”開始增加3dB時(√2倍),這個頻率就是轉(zhuǎn)折頻率F:—-進一步降低頻率到規(guī)定的頻率(f)時測量后(f),這個頻率可以在圖48的曲線中準線性區(qū)—-低頻輸出噪聲功率譜密度由公式(24)計算：PmA.=(/G)/(R·B)……………-—環(huán)境或管殼溫度(T或T);——F的有效帶寬圖48CtL——具有可調(diào)直流和調(diào)制輻射功率(Φ、△Φφ)的輻射源；正弦波信號源(對于模擬信號測量)或在規(guī)定的條件下產(chǎn)生適當數(shù)字信號的信號源(對于數(shù) 為器件DUT提供規(guī)定工作電壓和電流的電源EQ——均衡器(要求時);A——中心頻率f和帶寬B(對于模擬信號測量)的放大器或可調(diào)增益放大器(對于數(shù)字信號測量);M均方根電壓表(模擬信號測量)或誤碼儀(數(shù)字信號測量)。 a)模擬信號測量——用P給器件DUT施加規(guī)定的電源電壓并調(diào)整L達到φ.; 在規(guī)定的直流輻射功率下，用M測量公式(25):V=(1+C/M)Y………… b)數(shù)字信號測量——在L的消光比保持常數(shù)及M的輸入調(diào)節(jié)在適當?shù)牡臈l件下(通過A的增益調(diào)節(jié)),調(diào)整L4.10.6規(guī)定條件a)模擬信號測量 器件DUT的電源電壓： 峰值發(fā)射波長和光譜輻射帶寬(λp、△λ) 調(diào)制頻率(fmb) CIN,如果不是3dB 均衡器參數(shù)(要求時)。b)數(shù)字信號測量 環(huán)境或管殼溫度(Tamb或Te) 器件DUT的電源電壓： ——信號碼速： 調(diào)制碼型(RZ或NRZ) 誤碼率： 均衡器參數(shù)(要求時)4.11.1目的電路圖見圖50。圖504.11.3電路說明和要求S、S:-—兩個頻率(f和f)時的正弦波信號源：D?-—光電轉(zhuǎn)換器(激光二極管1