本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體，更具體地，涉及一種光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法及結(jié)電容測(cè)量電路。

背景技術(shù)：

1、連續(xù)變量壓縮態(tài)光場(chǎng)作為精密測(cè)量和量子信息處理的重要資源，已被廣泛應(yīng)用于引力波探測(cè)，構(gòu)建糾纏態(tài)光場(chǎng)實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算等方案，在實(shí)驗(yàn)中不僅需要產(chǎn)生高壓縮度的壓縮態(tài)光場(chǎng)，同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量壓縮度也同等重要。平衡零拍探測(cè)方法由于具有能夠有效地降低經(jīng)典噪聲，放大信號(hào)光和直接表征信號(hào)光的正交分量起伏量的優(yōu)點(diǎn)，而成為量子信息科學(xué)研究中測(cè)量壓縮態(tài)壓縮度的最佳方法之一。平衡零拍探測(cè)方法是利用兩個(gè)型號(hào)、參數(shù)完全一致的光電二極管對(duì)信號(hào)做差分處理，即實(shí)驗(yàn)中需要從一大堆光電管中選取兩個(gè)參數(shù)近似的光電二極管，其中結(jié)電容就是影響光電二極管的主要參數(shù)之一。

2、另外，基于連續(xù)變量的量子密鑰分發(fā)在理論上能夠?qū)崿F(xiàn)較大的密鑰生成率，且與現(xiàn)有相干光通信緊密結(jié)合,容易融入傳統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)，使其成為量子信息技術(shù)的重要研究方向之一，而連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)的重復(fù)頻率主要受限于探測(cè)器帶寬，其中光電二極管的結(jié)電容也是決定探測(cè)器帶寬的主要因素之一。

3、光電二極管的結(jié)電容與其反向偏壓有關(guān)，反向偏壓越大，結(jié)電容越小。理論上，為了使任意兩個(gè)光電二極管的結(jié)電容近似，可以通過(guò)在兩個(gè)不同的光電二極管上施加不同的反偏電壓使其結(jié)電容相等。然而，針對(duì)光電二極管的結(jié)電容，往往在說(shuō)明書里標(biāo)注的是某一型號(hào)的光電二極管在某一偏壓下（如vr=5v）結(jié)電容的典型值，不會(huì)給出每個(gè)光電管的具體結(jié)電容的參數(shù)，并且光電二極管的結(jié)電容隨反偏電壓的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系很少給出。另外，為了提高光電探測(cè)器的帶寬，可以通過(guò)增加光電二極管的反向偏壓手段來(lái)定性降低結(jié)電容值，而此時(shí)也不能定量確定光電二極管的具體結(jié)電容值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法及結(jié)電容測(cè)量電路，通過(guò)光電二極管接入結(jié)電容測(cè)量電路之前采集的諧振頻率和接入之后在不同的反相偏壓下采集的諧振頻率分別計(jì)算電路輸入總電容，接入前后的電路輸入總電容的差值即為不同反相偏壓下光電二極管的結(jié)電容，實(shí)現(xiàn)結(jié)電容的定量確定。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法，包括：

3、在將光電二極管接入結(jié)電容測(cè)量電路之前采集lcr并聯(lián)諧振電路的第一諧振頻率，基于第一諧振頻率計(jì)算將光電二極管接入結(jié)電容測(cè)量電路之前的第一電路輸入總電容；

4、將光電二極管接入結(jié)電容測(cè)量電路之后，給光電二極管上施加不同的反相偏壓，并基于不同的反相偏壓分別采集lcr并聯(lián)諧振電路的第二諧振頻率，基于第二諧振頻率計(jì)算與反相偏壓對(duì)應(yīng)的第二電路輸入總電容；

5、將每個(gè)反相偏壓對(duì)應(yīng)的第二電路輸入總電容與第一電路輸入總電容的差值作為光電二極管在反相偏壓下的結(jié)電容。

6、優(yōu)選地，結(jié)電容測(cè)量電路包括lcr并聯(lián)諧振電路、電壓放大電路、耦合電容、頻譜分析儀以及處理器，電壓放大電路對(duì)lcr并聯(lián)諧振電路的輸出電壓進(jìn)行放大，耦合電容的第一端與電壓放大電路的輸出端連接，耦合電容的第二端與頻譜分析儀的輸入端連接；

7、接入光電二極管時(shí)，光電二極管與lcr并聯(lián)諧振電路并聯(lián)；

8、處理器用于計(jì)算第一電路輸入總電容、第二電路輸入總電容以及光電二極管的結(jié)電容。

9、優(yōu)選地，電壓放大電路為同相比例運(yùn)算放大電路，包括運(yùn)算放大器、第一電阻和第二電阻，lcr并聯(lián)諧振電路的輸出端與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接；

10、第一電阻的第一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第一電阻的第二端接地；

11、第二電阻的第一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第二電阻的第二端與運(yùn)算放大器的輸出端連接；

12、lcr并聯(lián)諧振電路的激勵(lì)電流為運(yùn)算放大器的同相輸入偏置電流。

13、優(yōu)選地，lcr并聯(lián)諧振電路包括繞線電感、第三電阻、第四電阻以及第一電路輸入總電容；

14、繞線電感與第三電阻串聯(lián)，繞線電感的第一端與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，第三電阻的另一端接地；

15、第四電阻的第一端與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，第四電阻的另一端接地；

16、第一電路輸入總電容為運(yùn)算放大器的輸入電容和電路產(chǎn)生的寄生電容的和，第二電路輸入總電容為光電二極管的結(jié)電容和第一電路輸入總電容的和。

17、優(yōu)選地，光電二極管的陰極連接可調(diào)正電壓，光電二極管的陽(yáng)極與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接。

18、本申請(qǐng)還提供一種結(jié)電容測(cè)量電路，包括lcr并聯(lián)諧振電路、電壓放大電路、耦合電容、頻譜分析儀以及處理器；

19、電壓放大電路對(duì)lcr并聯(lián)諧振電路的輸出電壓進(jìn)行放大，耦合電容的第一端與電壓放大電路的輸出端連接，耦合電容的第二端與頻譜分析儀的輸入端連接；

20、接入光電二極管時(shí)，光電二極管與lcr并聯(lián)諧振電路并聯(lián)；

21、處理器依據(jù)光電二極管接入結(jié)電容測(cè)量電路之前和之后從頻譜分析儀采集的第一諧振頻率和第二諧振頻率分別計(jì)算第一電路輸入總電容和第二電路輸入總電容，并將第二電路輸入總電容與第一電路輸入總電容的差作為光電二極管的結(jié)電容。

22、優(yōu)選地，電壓放大電路為同相比例運(yùn)算放大電路，包括運(yùn)算放大器、第一電阻和第二電阻，lcr并聯(lián)諧振電路的輸出端與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接；

23、第一電阻的第一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第一電阻的第二端接地；

24、第二電阻的第一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第二電阻的第二端與運(yùn)算放大器的輸出端連接；

25、lcr并聯(lián)諧振電路的激勵(lì)電流為運(yùn)算放大器的同相輸入偏置電流。

26、優(yōu)選地，lcr并聯(lián)諧振電路包括繞線電感、第三電阻、第四電阻以及第一電路輸入總電容；

27、繞線電感與第三電阻串聯(lián)，繞線電感的第一端與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，第三電阻的另一端接地；

28、第四電阻的第一端與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，第四電阻的另一端接地；

29、第一電路輸入總電容為運(yùn)算放大器的輸入電容和電路產(chǎn)生的寄生電容的和，第二電路輸入總電容為光電二極管的結(jié)電容和第一電路輸入總電容的和。

30、優(yōu)選地，光電二極管的陰極連接可調(diào)正電壓，光電二極管的陽(yáng)極與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接。

31、通過(guò)以下參照附圖對(duì)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本申請(qǐng)的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。

技術(shù)特征：

1.一種光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法，其特征在于，所述結(jié)電容測(cè)量電路包括lcr并聯(lián)諧振電路、電壓放大電路、耦合電容、頻譜分析儀以及處理器，所述電壓放大電路對(duì)所述lcr并聯(lián)諧振電路的輸出電壓進(jìn)行放大，所述耦合電容的第一端與所述電壓放大電路的輸出端連接，所述耦合電容的第二端與所述頻譜分析儀的輸入端連接；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法，其特征在于，所述電壓放大電路為同相比例運(yùn)算放大電路，包括運(yùn)算放大器、第一電阻和第二電阻，所述lcr并聯(lián)諧振電路的輸出端與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法，其特征在于，所述lcr并聯(lián)諧振電路包括繞線電感、第三電阻、第四電阻以及所述第一電路輸入總電容；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法，其特征在于，所述光電二極管的陰極連接可調(diào)正電壓，所述光電二極管的陽(yáng)極與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接。

6.一種結(jié)電容測(cè)量電路，其特征在于，包括lcr并聯(lián)諧振電路、電壓放大電路、耦合電容、頻譜分析儀以及處理器；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)電容測(cè)量電路，其特征在于，所述電壓放大電路為同相比例運(yùn)算放大電路，包括運(yùn)算放大器、第一電阻和第二電阻，所述lcr并聯(lián)諧振電路的輸出端與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)電容測(cè)量電路，其特征在于，所述lcr并聯(lián)諧振電路包括繞線電感、第三電阻、第四電阻以及所述第一電路輸入總電容；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)電容測(cè)量電路，其特征在于，所述光電二極管的陰極連接可調(diào)正電壓，所述光電二極管的陽(yáng)極與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種光電二極管的結(jié)電容測(cè)量方法及結(jié)電容測(cè)量電路，方法包括：在將光電二極管接入結(jié)電容測(cè)量電路之前采集LCR并聯(lián)諧振電路的第一諧振頻率，基于第一諧振頻率計(jì)算將光電二極管接入結(jié)電容測(cè)量電路之前的第一電路輸入總電容；將光電二極管接入結(jié)電容測(cè)量電路之后，給光電二極管上施加不同的反相偏壓，并基于不同的反相偏壓分別采集LCR并聯(lián)諧振電路的第二諧振頻率，基于第二諧振頻率計(jì)算與反相偏壓對(duì)應(yīng)的第二電路輸入總電容；將每個(gè)反相偏壓對(duì)應(yīng)的第二電路輸入總電容與第一電路輸入總電容的差值作為光電二極管在該反相偏壓下的結(jié)電容。本申請(qǐng)通過(guò)測(cè)量LCR并聯(lián)諧振電路的諧振頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)不同反相偏壓下結(jié)電容的定量確定。

技術(shù)研發(fā)人員：靳曉麗,程子立,喬石,盧華東,蘇靜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21