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Photodiode et puissance optique



  1. #1
    ioro

    Photodiode et puissance optique


    ------

    Bonjour à tous,

    Je cherche à comprendre comment déterminer une puissance optique.

    J'ai trouvé sur le net que les photodiodes répondent à cette problématique.

    Plusieurs montages s'offrent à nous :
    - montage diode/résistance série
    - montage transimpédance

    Quels sont les avantages et inconvénients de chaque solutions?
    Comment détermine-t-on la puissance optique une fois la tension connue?

    D'avance, merci.

    Ioro

    -----

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  3. #2
    jiherve

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonsoir
    quelque soit le montage il faudra calibrer et là est le soucis!
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  4. #3
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour JR,

    Calibrer ? Cad?

    Merci

  5. #4
    jiherve

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour
    ben il faudra pouvoir étalonner le dispositif de mesure , sans çà les mesures seront tout juste relatives.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  6. Comparatifs

    Gagnez du temps et de l'argent grâce à nos comparatifs de produits. Parmi nos sujets :
  7. #5
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour JR,

    Certaines datasheet spécifient la sensibilité de la photodiode.
    Ici par exemple, on a une sensibilité de 0.65A/W.
    Je compte utiliser la photodiode en mode photoconducteur, donc polarisé en inverse et avec un transimpédance.

    Du coup, la sensibilité n'est plus valable vu que la photodiode va générer qlq nA?

    D'ailleurs, je ne comprends pas la valeur du photocourant indiqué dans la datasheet...

  8. A voir en vidéo sur Futura
  9. #6
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour,

    Attention : la sensibilité d'une photo-diode est fonction du spectre lumineux. La valeur que tu cites, 0.65 A/W n'est valable qu'à 870 nm.

    Lorsque la photodiode est utilisée avec une polarisation inverse de 5 V et sous un éclairement à 870 nm,
    - à 10µW/cm², la photodiode fournit 500 nA,
    - à 100µW/cm², tu as 5µA,
    - etc. : c'est linéaire.

    La relation reste linéaire tant que le courant est compris entre ~300 nA (en deça, le "dark current", un courant de fuite devient non-négligeable) et ~50µA (cf fig. en haut à gauche de la page 4).
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  11. #7
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour Antoane,

    Merci pour ce retour.

    Donc le photocourant indiqué (50µA) dans la datasheet est le max de courant que la photodiode peut générer.

    Donc une puissance max de 77µW à 850nm. C'est ça?

  12. #8
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour,

    Je ne sais pas si ces 50 µA sont un max, mais c'est aux alentours de la fin de la zone de linéarité.

    Note que c'est du typique et que la tolérance est garnde : on annonce 50 µA typique, mais 40 µA minimum (soit -20 % d'incertitude).

    D'où vient ce "77µW" ?
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  13. #9
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Si à 850nm, j'ai une sensibilité de 0.65A/W et un courant "max" de 50µA, la relation S = I/P nous donne P = 77µW.

  14. #10
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    Je pense que tu confonds : toutes les puissances sont des puissances lumineuses.

    En mode photoconducteur, la diode consomme de la puissance électrique.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  15. #11
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    En mode photoconducteur, la diode consomme de la puissance électrique.
    Elle génère un courant proportionnel à la puissance consommée?

    En fait, je souhaite mesurer la puissance (électrique) d'un laser.

  16. #12
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    Citation Envoyé par ioro Voir le message
    Elle génère un courant proportionnel à la puissance consommée?
    Il faut que tu sois plus précis : la photo-diode consomme de la puissance :
    - lumineuse (le signal provenant du laser qui la frappe est perdu) ;
    - électrique : le photo-courant multiplié par la tension de polarisation.

    Le photo-courant est proportionnel à la puissance lumineuse incidente.

    La puissance électrique consommée n'a généralement pas d'intérêt, en particulier car elle est généralement négligeable (quelques volts multipliés par quelques µA).
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  18. #13
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Alors j'ai dit une bêtise!
    Je souhaite mesurer la puissance optique d'un laser.

  19. #14
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Du coup, je pensais utiliser un transimpédance mais ma plage de mesure couvre 3 décades (de 1nW à 1µW).
    Donc soit j'ai un gain différent pour chaque décade, soit j'utilise un ampli log que je ne connais pas trop.

    Vos avis sur la question?

  20. #15
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    Du coup, je pensais utiliser un transimpédance mais ma plage de mesure couvre 3 décades (de 1nW à 1µW).
    La datasheet parle de W/cm², qu'il faut multiplier par la surface de la puce (Bestrahlungsempfindliche Fläche) (ou la surface de la tache lumineuse) pour obtenir des W.
    De même, toute la puissance du laser intersecte-t-elle la partie active de la puce ?
    Bref : pense à faire la mise à l'échelle.

    Donc soit j'ai un gain différent pour chaque décade, soit j'utilise un ampli log que je ne connais pas trop.
    Ca dépend de ce que tu veux comme résultat... les courbes de réponse ne sont pas les mêmes.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  21. #16
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    La datasheet parle de W/cm², qu'il faut multiplier par la surface de la puce (Bestrahlungsempfindliche Fläche) (ou la surface de la tache lumineuse) pour obtenir des W.
    De même, toute la puissance du laser intersecte-t-elle la partie active de la puce ?
    Oui elle intercepte tout le faisceau. Du coup, j'aurai une puissance min de 350nW et une puissance max de 70µW, ce qui me va plutôt pas mal.


    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    Ca dépend de ce que tu veux comme résultat... les courbes de réponse ne sont pas les mêmes.
    Je veux qlq chose qui varie de 0 à 5V. Si j'utilise le transimpédance, je dois bien dimensionner mes composants.
    Si j'utilise le log, je dois mettre un ampli derrière.

    Et est-ce que je dois faire le dimensionnement en fonction de la sensibilité max ou par rapport à la longueur d'onde de mon faisceau?

    J'aurai tendance à dire que je dois faire en fonction de la longueur d'onde choisi mais dans ce cas, le montage ne sera valable que pour cette longueur d'onde. Non?

  22. #17
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Si je choisi ce modèle : http://docs-europe.electrocomponents...6b81540435.pdf
    Aucune info concernant le courant min et le courant max, rien par rapport à la surface et compagnie...

    Il faut alors la caractériser?

  23. #18
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    courant min => dark current
    et le courant max => je ne sais pas.
    rien par rapport à la surface => 'Effective photosensitive area'
    et compagnie... => va falloir être plus précis
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  25. #19
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour,

    Dans la deuxième datasheet, ils ne donnent pas de donnée en W/cm²... Du coup, est-ce qu'on peut dire que pour une sensibilité de 0.45A/W à 660nm, pour une puissance optique de 1mW, j'ai un courant de 450µA?

  26. #20
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Alors, d'après mes recherches, soit la datasheet donne la S en A/W/M² soit en A/W.

    Sommes-nous d'accord?

  27. #21
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour,
    Citation Envoyé par ioro Voir le message
    Dans la deuxième datasheet, ils ne donnent pas de donnée en W/cm²... Du coup, est-ce qu'on peut dire que pour une sensibilité de 0.45A/W à 660nm, pour une puissance optique de 1mW, j'ai un courant de 450µA?
    Oui, pour peu que la diode soit encore dans sa zone linéaire sous une telle excitation.

    Alors, d'après mes recherches, soit la datasheet donne la S en A/W/M² soit en A/W.
    Oui, la sensibilité est rapportée ou non à la surface active de la puce.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  28. #22
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Ok on avance

    Citation Envoyé par Antoane
    Oui, pour peu que la diode soit encore dans sa zone linéaire sous une telle excitation.
    Là est tout le problème! Je vais devoir faire de la calib du coup!

    Bon de toute façon, ma puissance optique va varier de 10nW à 100µW donc ça devrait le faire a priori

  29. #23
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    Là est tout le problème! Je vais devoir faire de la calib du coup!
    De toute façon, si tu veux un minimum de précision, la calibration est indispensable : la première photodiode que tu proposais avant une sensibilité spécifiée à -20%/+???% ; celle qui t'intéresse à présent n'a qu'une valeur typique de fournie.

    Faire une calibration pour déterminer la sensibilité et une calibration pour déterminer la zone de linéarité n'est pas le même travail. Dans le second cas, il suffit d'avoir une source linéaire - ou un capteur linéaire. Dans le premier, il faut un capteur dont la sensibilité soit bien connue.
    Je ne connais pas du tout l'optique, mais doit être possible de faire un test de linéarité succinct en deux temps, avec une source fixe :
    1. tu envoies une portion a de la puissance lumineuse de la source sur la photodiode, tu récupère un courant I1 ;
    2. tu envoies l'intégralité de la puissance lumineuse de la source sur la photodiode, tu récupère un courant I2 ;
    Tu vérifies ensuite que a*I1 = I2.
    Avec raffinement éventuel : en divisant le faisceau avec une lame séparatrice, avec a~0.5,
    1. tu peux mesurer la puissance de chaque faisceau sortant de la lame séparatrice (courants récupérés I11 et I12)
    2. tu peux mesurer le courant obtenu lorsque les deux faisceaux issus de la lame séparatrice arrivent sur la phoodiode (courant I2) ;
    Tu vérifie ensuite que I12+I11 = I2.



    J'intuite qu'il y auarit moyen d'exploiter la donnée 'Short circuit current', mais je ne vois pas comment.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  30. #24
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Ok, merci.

    Je pense utiliser le montage ampli log, pour m'affranchir de l'utilisation de switch.

    Je vais utiliser l'ampli log.

    J'ai vu qu'on pouvait utiliser une diode ou un transistor. Quels sont les avantages ?

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  32. #25
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour,

    Je t'invite à lire des notes d'application de fondeur (Linear tech. AD, Maxim IC, Fairchild, etc.) sur le sujet. Ce devrait être éclairant.

    Utiliser un transistor assure une linéarité (au sens logarithmique du terme ) sur une plus grande plage de mesure.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  33. #26
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour,

    J'ai regardé du côté du LOG114, qui me paraît pas mal pour mon application.
    Par contre, j'ai un problème de simulation. J'ai repris le schéma de la figure 2 et la simulation me donne 450mV en sortie sur Vlog avec I1=1uA et I2=10mA au lieu de -1.5V...

    Une idée?

    Le schéma en pièce jointe.

    MerciLOG114.PNG

  34. #27
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Erratum!

    J'ai un Vlog de 450mV au lieu de 1V.

  35. #28
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Est-ce que 140mV en sortie du montage, c'est exploitable?

    Je pense que non car je lis dans la datasheet, Voffset = 1 à 4 mV.
    Dernière modification par ioro ; 16/06/2017 à 11h38.

  36. #29
    ioro

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonjour à tous,
    Un point que j'aimerai préciser.

    Le Dark Current existe quand aucune source lumineuse stimule la photodiode.
    Mais du coup, si une source lumineuse stimule la photodiode, dois-je également prendre en compte le Dark Current?

    D'avance, merci.

    Ioro

  37. #30
    jiherve

    Re : Photodiode et puissance optique

    Bonsoir
    Je constate qu’après deux pages on a fini par comprendre qu'il fallait une calibration!
    et oui le dark current existe toujours , c'est un courant de fuite, il dépend de la tension inverse donc attention au montage !
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

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