SJ∕T 11405-2009 光纤系统用半导体光电子器件 第2部分：测量方法

第2部分：测量方法2009-11-17发布2010-01-01实施 III I2规范性引用文件 1 I 1 2 43.4带或不带尾纤的激光二极管的阈值电流 43.5带或不带尼纤的发光二极管(LED)、红外发射二极管(IRED)和激光二极管的相对强度噪声 63.6带或不带尾纤的激光二极管的开关时间 7 8 3.10带或不带尾纤的激光二极管的光谱线宽 3.11发光二极管(LED)和红外发射二极管(IRED)在 3.12发光二极管(LED)和红外发射二极管(IRED)的双频差拍失真(D12\D21) 3.13激光二极管或激光二极管模块的中心波长(λ)和均方根光谱带宽(△λms) 3.16带或不带尾纤的激光二极管或激光模块的微分效率(n) 3.18模拟激光器的载噪比 26 284.1PIN光电二极管的噪声 4.2带或不带尼纤的雪崩光电二极管的过剩噪声因子 29 4.4带或不带尼纤的雪崩光电二极管(APD)的倍增因子 4.5带或不带尼纤的PIN光电二极管或雪崩光电二极管(APD)的开关时间 4.6PIN-FET组件的响应度 4.7PIN-FET组件的频率响应平坦度(AS/S) 4.9PIN-FET组件的低频输出噪声功率谱密度( 4.10PIN-FET组件的最小可探测功率 40 42附录A(资料性附录)标准对照表 4附录B(资料性附录)本部分中的条款号与IEC62007-2:1999条款号对照表 45H本部分等同采用IEC62007-2:1999《光纤系统用半导体光电子器仁第2部分：测量方法》(英文-用小数点“.”代替作为小数点的逗号“,”:—-删除国际标准的前言：—为了保持标准结构的统，删除了原文图中的图题部分； 32~图45”改为“图36～图49”; 为了在条款号编排上体现的层次更清晰，将IEC620072中的级条款的字母改为分条号，条 故本部分对“B”的说明用注释表述。本部分主要起草人：赵英、陈兰、王幼林。光纤系统用半导体光电子器件第2部分：测量方法1范围本部分规定了用于光纤系统/子系统的半导体光电子器件(以下简称“器件”)的测量方法。流在规定的条件下，测量带或不嘴尾纤的发光二极管(LED)、红如发射二极管(4RED)、激光二极管的辐射功率(D或正向电流。测量装置见图1图13.1.3装置说明和要求2——球的内表面和遮光屏表面应有一层高均匀度、高反射系数(不小于0.8)的漫反射镀层。对积3.1.5测量程序——测量正向电流时，给器件施加电流直到使器件达到规定的辐射功率(Φ.),记录此时的电流——辐射功率(当测量正向电流时);——正向电流(当测量辐射功率时)。3.2.2电路图3.2.3电路说明G₃——电压偏置源(直流);3.2.4注意事项在光脉冲的顶部(见图3)所得到的平均输出功率可能不等于在偏置电流为直流偏置和输入脉-一仅考虑被测器件的光学窗口—图3中100%是在辐射脉冲顶部测得的平均输出功率，0是在直流偏置下测得的输出功率。₁—下降时间：--开通时间1-关断时间图33.2.6规定条件4在规定的条件下，测量带或不带尾纤的发光二极管(LE管的小信号截止频率(f)。电路图图43.3.4注意事项3.3.5测量程序 ——用信号发生器G₁在低频(小于f/100)3.3.6规定条件对于发光二极管(LED)和红外发射二极管(IRED):3.4.2电路图图53.4.3电路说明和要求3.4.4注意事项应尽量减少反射入激光二极管内的辐射功率，以避免由于失真而影响测量精度。不能超过激光二极管的极限值(1和中.)—给二极管施加正向电流，并记下二极管的辐射功率与正向电流之间的关系； 电流/m(见图6)图663.5带或不带尾纤的发光二极管(LED)、红外发射二极管(IRED)和激光二极管的相对强度噪声Io——在光辐射下光探测器的反向电流；M——测量仪器(如：强度计等)。辐射下测量光探测器的反向电流Irm;——调整光源功率，使得在光辐射下的光探测器达到所测得的反向电流值Igm,此时用测量仪器测RIN=(M-N)/(R×G×△f×IRm)………………..-辐射功率：·-中心频率和等效噪声带宽、3.6带或不带尾纤的激光二极管的开关时间在规定的条件下，测量带或不带尾纤的激光二极管的开关时间(开通延迟时间ta、上升时间t关断延迟时间1。和下降时间t)3.6.2电路图电路图见图83.6.3电路说明G;—-电流脉冲发生器：G——电流偏置源(直流):G—-电压偏置源(直流);R——-与信号发生器阻抗相匹配的电阻；DUT-—被测器件；PD——光电探测器：R负载电阻：M——能够同时测量输入和输出波形的测量仪器：Syn.—-同步信号3.6.4注意事项 反射进激光二极管的辐射功率应最小 为避免热效应产生，应选定脉冲宽度和占空比-应避免开关电路的浪涌电流，以及避免接触带静电物体等；—直流源G应具有高阻抗，以不致使电流脉冲发生器G的输出失真：—光电探测器PD的响应时间、测量电路和测量仪器的响应时间应足够小，以免影响测量精度。3.6.5测量程序一将规定的直流和脉冲电流施加到被测器件DIT上： 由测试仪器测得t、和t值8图93.6.6规定条件—输入脉冲电流、脉冲宽度和占空比。9SSG被测器件：图10AMP(f)——适用于频率f下的放大器和虑波器；N阻抗匹配和信号分配网络。调焦系统的设计： 率P,P与调制辐射功率平方的关系如公式(2):(Aφ.)²=P/(S×R)……式中：S---PD的灵敏度：用功率计W测量频宽A中频率r下的噪声电功率N.(f应该接近于f),它等于与光电流(Im)(C/Nin=(△φ.)²/(△φ?)=[R (3)或 (4)3.7.6规定条件——测量偏置条件(Φ、I或△p);——频率和频宽(f、△f):——驱动频率(f)-—调制深度(m)。在规定的辐射功率电平和频率下，测量器件输入特性的实部和虚部(或模和相位)。S₁参数是器件电输入端口的高频反射电压Y与高频入射电压V之比，见公式(5): (5)等效方程式如公式(6): (6)3.8.2电路图九aT图113.8.3电路说明和要求3.8.4注意事项载相匹!(通常500):在规定频率附近打描交流信号频率，改变可调传输线的长度，在史密斯图上得到一个信号点S₁(模数等于1,相位等于180)。b)测量用被测器件取代‘校准”时的短路线，施加规定的偏置条件φ,I。或T或Tu),3.8.6规定条件图123.9.4注意事项——在每一个测量点，调节电流源G1,使监测器光电流等于在25℃下所规定光辐射功率所得的电——在规定的范围内对管壳温度进行扫描，并画出输出辐射功率与时间(见图13)图14)的关系曲线———跟踪误差由公式(7)或(8)给出： (7) (8)图133.9.6规定条件——25℃下的Φ或△I——热沉温度(T),适用时；——监测光电二极管(A)的偏置电压(K)。3.10.2电路图图14图153.10.3电路说明DUT---被测器件：01-一光隔离器：A0D——声光调制器的驱动器；P1--偏振光调制器：AMP—-放大器：SA——频谱分析仪3.10.4注意事项—反射回激光二极管的辐射功率应最小：——F3的长度应足够长，以便得到比被测器件DUT的光谱线宽高得多的分辨能力：——调制频率应高于被测器件DUT的光谱线宽：—规定的直流源应稳定，使测试器件DUT的线宽时不会变宽。c---光速：3.10.5测量程序—给被测器件DL[施加规定的超过阈值的直流电流(AA),或相应于规定辐射功率(Φ。)的正调节器件DIT的光路，以使最大辐射功率进入光纤FI和F3; ——环境、管壳或热沉温度 3.11发光二极管(LED)和红外发射二极管(IRED)在1dB压缩点的调制电流(IF(1dB))F——带通中心频率与正弦波信号源频率f相匹配的滤波器 信号电压V₂和调制电压V。调制电流I(L=K/R₁)由K和电阻值R₁决定； 3.11.6规定条件一环境或管壳温度(T.或T..);-负载电阻(R:和R₂); 峰值发射波长或光源的辐射带宽(λ,Aλ):——-辐射功率(φ):3.12发光二极管(LED)和红外发射二极管(IRED)的双频差拍失真(D12\D21)在规定的负载电阻和调制条件下，测量发光二极管(LED)和红外发射二极管(IRED)的双频差拍电路图见图18图183.12.3电路说明和要求S、S₂——频率f₁和f₂下的正弦波信号源；F₁.F₂、F₃、F——与正弦波信号源频率(f和f₂)以及互调频率((2f-f₂)和(2f₂-f))相匹配的带通滤波器；3.12.4注意事项反射回被测器件的辐射功率应最小。3.12.5测量程序光输出达到规定的辐射输出功率；——通过两个正弦波信号源S₁和S₂施加调制电流产生两个基本调制频率f和f;——由交流电压表K和V读出基本频率下的调制光输出，再由交流电压表V和V读出互调频率下的——调节S:和S₂使Y和Y相等，调节A-衰减信号并记录调制电压₀和光信号电压K、Y、V和V。由较大的互调光输出(V或V4)的辐度与基本频率信号的辐度(或Y或臣)之比来确定双频互调比。这个双频互调比是复合输入信号幅值(V%)的函数。见图19、图20。图193.12.6规定条件—环境或管壳温度(T或Ta);图20——辐射功率(Φ);——峰值发射波长和光谱带宽(:、AA);——调制频率(f、t);——负载电阻(R和R:)。3.13激光二极管或激光二极管模块的中心波长(T)和均方根光谱带宽(△λrms)3.13.2电路图图21p-—--能够提供超过阈值的正向电流(AI)或规定辐射功率(φ.)的电源：D₃、D₂——光阑(适当时);RM——辐射计(包括光阑D₁)。——中心波长由公式(9)给出：………(9)——均方根光谱带宽(△Am)由公式(10)给出：辐射功率3.13.6规定条件测量在规定多通道调制下模拟激光器的二阶复合失真(CSO)和三价复合失真(CTB)。3.14.2电路图F——带通滤波器，该滤波器的中心频率与正弦波信号源的频率(f…f)和互调频率2f、CS0的——通过P,将规定的电源电压施加到被测器件相应的终端上以便使探测器获得规定的输出辐射功——用N个正弦波发生源S…S给被测器件输入正弦波信号以便形成频率f…f的N个调制波dBc表示(见图24);——环境或管壳温度(T或Tas);——光调制深度m 电路图见图25. —-用两个正弦波发生源S₁和S₂给被测器件输入正弦波信号以便形成信号频率为fi和f的两个调制 ——调整S₁和S:使信号频率的调制光输出相等。用A改变信号衰减，记录调制功率和信号光功率；——确认IMD₂和IMD₃与调制功率的关系曲线的斜率分别为2和3(见图27);——由较大的调制光互调幅值与调制信号的辐值之比来确定IMD2和IMD₃。tz-f图26图26图273.15.6规定条件——环境或管壳温度(T或Ts);——平均辐射功率中或电流△T:——DLT和D间的介质和插入损耗；光学调制深度m 调制频率f和f₂:3.16带或不带尾纤的激光二极管或激光模块的微分效率(na)测量带或不带尾纤的激光二极管或激光模块的微分效率(na)。3.16.2电路图和电流波形电路图见图28,电流波形见图29。图28图293.16.3电路说明和要求PG——阶梯电流发生器；D₁——光电探测器；SP——信号处理系统。3.16.4注意事项反射回激光二极管的辐射功率应最小。I或φ。不应超过激光二极管的极限值。3.16.5测量程序——给被测器件施加如图29所示的电流波形，这里，δF是阶梯电流辐值，且8≤(1/20)△I;r是阶梯持续时间，它应足够长可使得器件达到热平衡；——记录每一阶梯电流下的I和Φ; na由公式(11)得出：3.16.6规定条件 超过阈值的正向电流(△p)或辐射功率(φ)。3.17带或不带尾纤的激光二极管的微分电阻ra(正向)电路图见图30,电流波形见图31。图30图313.17.3电路说明和要求3.17.4注意事项不应超过激光二极管的极限值1或中。3.17.5测量程序——记录每一阶梯电流下的不、和φ.;-——ra由公式(12)得出：3.17.6规定条件——环境或管壳温度或衬底温度(T、T或T):----超过阈值的正向电流(A/)或辐射功率(Φ)3.18模拟激光器的载噪比3.18.2电路图图32RL₂——规定负载电阻；S…Ss——频率(f…f)下的正弦波信号源。3.18.4注意事项 由P₁将规定的电流施加到被测器件合适的引出端上，以便从光端口处得到规定的辐射输出功 功率C(即载波信号电平);—CNR由公式(13)给出：CMR=C-(N+K+K₂+K₃)(dBc)………N—-噪声电平(dBm);K—-带宽变换因数=10log(频道带宽/B);3.18.6规定条件——环境或管壳温度(T或T);—--平均辐射功率(Φ);---光学调制深度(m);—-波段频率f～术；——负载电阻(R和R):—--DUT和D间的光路(光纤或光学衰减器)及其光损耗。光学调制深度如公式(14)定义：…………(14)i——最大信号电流(每个载波信号);i-—信号电流幅度；时间图333.19.2.2电路图——在可能的情况下，光反射水平应保持足够低(小于|-50|dB为宜); 测量系统1:——由RF载波信号的信号源S₁调制被测器件(DUT); ——调制深度由公式(15)计算：R——是探测到的电功率，单位为瓦特；R₂——负载电阻，单位为欧姆(与频谱仪或功率计阻抗相匹配);In…平均光电流，单位为安培。测量系统2:调制深度测量系统2如图35所示，采用一个直流耦合阻抗匹配的PIN光电二极管--调制深度可以由公式(14)计算。3.19.2.6规定条件4.1PIN光电二极管的噪声4.1.2电路图电路图见图36。4.1.3电路说明和要求S——辐射源或光源：图36lx——光辐射下的反向电流；R——负载电阻(最好取50Ω);反向偏置电压电源：F----滤波器，具有规定的最大传输频率(中心频率)fo和规定的等效噪声带宽AK:M——--对噪声电流、噪声功率、探测率或等效噪声功率校准过的真均方根值读出仪器 校准测量仪器，给被测器件DUT施加规定的反向电压Y,从零开始增加辐射源的辐射通量，直至达 ——反向偏置电压(h); ——负载电阻(R),如果不是50Ω; 滤波器最大传输频率值(中心频率fo)和等效噪声带宽(△f)。测量带或不带尾纤的雪崩光电二极管的过剩噪电路图见图28.4.2.3电路说明和要求DUT-—被测器件；R---负载电阻；G-—频率为的光调制发生器注2:滤波器E应滤除调制频率4。4.2.4测量程序---由V测量施加的低偏置电压斑，应足够小到可忽略载流子倍增(即倍增因子#1),但应使流1,1.与在V₄上的电压和调制信号频率f下测得的确间的关系如公式(16)所示：h-—是G的调制信号的占空比(如：占空比是50%的方波.h=12)—--提高偏置电压长，直到在V上读出，其值为IXT,如公式(17)所小： (17) 在V₂上读出V,从公式(18)中计算出过剩噪声因子F: (18)4.2.5注意事项——峰值发射波长(λ。)和光谱辐射带宽(△A);——反向电压Vi。4.3带或不带尾纤的光电二极管的小信号截止频率4.3.2电路图4.3.3电路说明和要求——反向电压(K);-—负载电阻(R);----光源的峰值发射波长和(Ap)光谱带宽(λλ):——辐射功率(Φ.)。A4.4.4注意事项—-用电压源G给被测器件DUT施加规定的低偏置电压项，调节辐射功率ψ到规定——改变施加在被测器件上的直流电压到规定的限，在同步电流表——由公式(19)计算倍增因子：M=Ia/I2…………(19)图414.4.6规定条件——辐射功率(Φ);——峰值发射波长(λp);——光谱带宽(△λ);4.5带或不带尾纤的PIN光电二极管或雪崩光电二极管(APD)的开关时间测试带或不带尾纤的PIN光电二极管或雪崩光电二极管(APD)的开通时间to(开通延迟时间taom)十上升时间t:)和关断时间torr(关断延迟时间taor)+下降时间tr),见图43。图42 和补偿辐射功奔(φ) ——反向电压(V);——峰值辐射功率(Φa);——补偿辐射功率(Φ);-——负载电阻(R)(如果不是50Ω);——峰值发射波长(Ap)——光谱辐射带宽(△λ);——光学结构4.6.1目的4.6.2电路图A均方根值决定A4.6.4注意事项—--△Φu的值应远远小于直流辐射功率①,并在规定的调制频率f～t范围内保持常数4.6.5测量程序 (20)——在频率范围f～f测量S的最大值(S)和最小值(S)及在中频下的中心值S(f),由公式(21)定义或符合规定值： (21)4.6.6规定条件——环境或管壳温度(Tm或Tase);——负载电阻(R); 光源的峰值发射波长和光谱带宽(λ、△λ);——直流辐射功率(Φ);——调制频率(f)。4.7PIN-FET组件的频率响应平坦度(△S/S)在规定的调制频率宽度内，测量PIN-FET组件的频率响应平坦度。4.7.2电路图电路原理图见图45。CAP图454.7.3电路说明和要求L具有可调辐射功率φ作用的窄带辐射源，调制的辐度由小信号正弦波的可调频率和△Φ(n均方根值决定； 为DUT施加规定工作电压和电流的电源R与被测器件DUT电阻抗相匹配的负载电阻；C——耦合电容； 交流电压表或宽带电压测量仪4.7.4注意事项——被测器件光端口应完全接受辐照； △Φr)的值应远远小于直流辐射功率Φ,并在规定的调制频率f～f₂范围内保持常数 如果△Φ(ms)的值增加，对中的测量不引起变化(不大于允许测量误差),则△Φa(m)被任为是小4.7.5测量程序 由P给被测器件DUT施加规定的电源电压，调整L使其达到规定的直流输入辐射功率 在规定频率f～f的频带上改变调制频率，用表A测量交流输出电压Ym——由公式(22)确定灵敏度S: (22) 在规定的调制频率的频带上测量出S的最大值S.和最小值Sin,以及中频f下的值S(fu)——频率响应平坦度由公式(23)给出： (23)—除非另有规定，f是中频频率，定义为fm=√f×f₂:S(f)是在频率下的响应度值4.7.6规定条件——环境或管壳温度(T或T…);—--负载电阻(R)---光源的峰值发射波长和光谱辐射带宽(A、AA);——直流辐射功率(Φ);----辐射功率的调制频率范围(fi、fì)4.8.2电路图R---与器件DET的规定阻抗相匹配的负载电阻：F——高值带通滤波器；----应使被测器件的光端口能够完全接受到规---测量电路应接地并屏蔽，以便在低噪声信号的测量中预防其它杂波信号的干扰 Po,x=(V/G)²/(R·B)………………4.8.6规定条件——负载电阻(R);——光源的峰值发射波长和光谱辐射带宽(λ、△A);——输入辐射功率(Φ); 4.9PIN-FET组件的低频输出噪声功率谱4.9.1目的种低频输出噪声功率谱密度主要由1/f噪声、转折频率决定。电路图见图47。4.9.3电路说明和要求DUT——被测器件(无光照); y为在频率f下测量输出噪声电压V的噪声电压真4.9.4注意事项 --F的有效(噪声)带宽B应为中心频率的15%或更低。4.9.5测量程序 当调节滤波器F中心频率由低频到高频，在这段频率上升区间，噪声电压——当频率降低使后从。”开始增加3dB时(√2倍),这个频率就是转折频率F:—-进一步降低频率到规定的频率(f)时测量后(f),这个频率可以在图48的曲线中准线性区—-低频输出噪声功率谱密度由公式(24)计算：PmA.=(/G)/(R·B)……………-—环境或管壳温度(T或T);——F的有效带宽图48CtL——具有可调直流和调制辐射功率(Φ、△Φφ)的辐射源；正弦波信号源(对于模拟信号测量)或在规定的条件下产生适当数字信号的信号源(对于数 为器件DUT提供规定工作电压和电流的电源EQ——均衡器(要求时);A——中心频率f和带宽B(对于模拟信号测量)的放大器或可调增益放大器(对于数字信号测量);M均方根电压表(模拟信号测量)或误码仪(数字信号测量)。 a)模拟信号测量——用P给器件DUT施加规定的电源电压并调整L达到φ.; 在规定的直流辐射功率下，用M测量公式(25):V=(1+C/M)Y………… b)数字信号测量——在L的消光比保持常数及M的输入调节在适当的的条件下(通过A的增益调节),调整L4.10.6规定条件a)模拟信号测量 器件DUT的电源电压： 峰值发射波长和光谱辐射带宽(λp、△λ) 调制频率(fmb) CIN,如果不是3dB 均衡器参数(要求时)。b)数字信号测量 环境或管壳温度(Tamb或Te) 器件DUT的电源电压： ——信号码速： 调制码型(RZ或NRZ) 误码率： 均衡器参数(要求时)4.11.1目的电路图见图50。图504.11.3电路说明和要求S、S:-—两个频率(f和f)时的正弦波信号源：D₁-—光电转换器(激光二极管1