Разработка методов и средств высокоточных измерений малых уровней мощности лазерного излучения

• Автор: Микрюков, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 179 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор методов и средств измерения малых уровней
мощности
1.1. Самокалибрующиеся кремниевые фотодиоды
1.1.1. Самокалибрующиеся фотодиоды
1.1.2. Квантовая эффективность самокалибруемого фотодиода
1.2. Трап-детекторы
1.2.1. Основные типы трап-детекторов
Отражающие трап-детекторы
Пропускающие (туннельные) трап-детекторы
Рупорные трап-детекторы
1.3. Математические модели полупроводниковых фотодиодов
1.3.1. О возможности создания математических моделей определения квантовой эффективности фотодиодов
1.3.2. Математическая модель полупроводниковых структур, заложенная в программу РСШ
1.3.3. Расчеты характеристик фотодиодов на основе математической модели
1.4. Схемы электрического подключения трап-детекторов
1.5. Лавинные фотодиоды
1.6. Изменения в системе СИ
1.7. Перспективы развития методов счёта фотонов
1.8. Выводы
Глава 2. Способ определения внутренней квантовой эффективности фотодиода с помощью его вольт-амперных характеристик
2.1. Оценка принципиальной возможности определения внутренней квантовой эффективности фотодиода с помощью его вольт-амперных характеристик
2.1.1. Основные положения модели и метод решения
2.1.2. Результаты расчетов
2.2. Учет погрешностей измерения вольт-амперных характеристик при вычислении внутренней квантовой эффективности фотодиода
2.2.1. Моделирование случайных погрешностей при снятии вольт-амперных характеристик
2.2.2. Метод определения параметров фотодиода
2.2.3. Обсуждение результатов
2.2.4. Результаты расчетов
2.3. Выводы
Глава 3. Определение внутренней квантовой эффективности фотодиодов с помощью экспериментальных вольт-амперных
характеристик
3.1. Экспериментальные измерения вольт-амперных характеристик
высокоэффективных полупроводниковых фотодиодов
3.1.1. Описание экспериментальной установки и ее характеристик
Электрическая схема подключения фотодиода
Измерения шумов всех элементов
Оценка влияния температуры
Дополнительная термостабилизация исследуемого фотодиода
Исследование стабильности лазера
Переходные процессы при изменении напряжения на
фотодиоде
3.1.2. Экспериментальные исследования вольт-амперных характеристик одиночного фотодиода
Краткая характеристика проведенных исследований . 89 Эксперименты по измерению вольт-амперных характеристик
Предварительный анализ полученных результатов
3.2. Определение внутренней квантовой эффективности фотодиодов
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Упрощение задачи и метод её решения
Влияние разных параметров на точность определения
внутренней квантовой эффективности фотодиода
Измерение отдельных параметров фотодиода
3.2.3. Определение внутренней квантовой эффективности фотодиодов Hamamatsu S6337 и S1336
3.3. Выводы
Глава 4. Экспериментальное определение внутренней квантовой эффективности фотодиодов, входящих в состав трап-детектора
4.1. Вычисление диффузных потерь в трап-детекторе

для уменьшения темнового тока. ИК-чувствительный слой находится прямо на поверхности В1В приёмников (под прозрачным контактом) для минимизации потерь и увеличения внутренней квантовой эффективности. Создание из В1В приёмников конструкции типа трап-детектора позволяет собирать практически все отраженное излучение, тем самым увеличивая общую квантовую эффективность В1В приемника. Более толстый ИК слой позволяет избежать интерференции на приёмнике.
На рис. 1.3в показана схема рупорного трап-детектора. Измерения отражения и пропускания кремниевого ИК-слоя легированного арсенидом предполагают 64% и 99% поглощения излучения на длинах волн 4 мкм и 10 мкм соответственно.
1.3. Математические модели полупроводниковых фотодиодов
1.3.1. О возможности создания математических моделей определения квантовой эффективности фотодиодов
В настоящее время хорошо известны 2 возможности, позволяющие с высокой точностью определять внутреннюю квантовую эффективность высококачественных кремниевых фотодиодов. Первая возможность — самокалиб-ровка, вторая — численное моделирование процесса измерения кремниевого фотодиода с расчетом его внутренней квантовой эффективности. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки.
В последние годы появились фотодиоды, имеющие внутреннюю квантовую эффективность близкую к 0,999, для которых было создано множество математических моделей, описывающих их работу [99-106]. В частности, были созданы высокоточные модели таких фотодиодов с высокой квантовой эф-