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第十一讲 光电检测器 主要内容 一、光电检测器的基本工作原理 二、PIN光电检测器 三、雪崩光电检测器APD 一、光电检测器的工作原理 光电检测器是外加反向偏压的PN结，当入射光作用时，发生受激吸收产生 光生电子-空穴对，这些电子-空穴对在耗尽层内建电场作用下形成漂移电流，同时在耗尽层两侧部分电子-空穴对由于扩散运动进入耗尽层，在电场作用下形成扩散电流，这两部分电流之和为光生电流。 光电二极管的工作原理 二、 PIN光电检测器 PIN光电检测器的工作原理和结构 PIN光电检测器的主要特性 PIN光电检测器的一般性能 PIN光电检测器的工作原理 PIN是为提高光电转换效率而在PN结内部设置一层掺杂浓度很低的本征半导体（I层）以扩大耗尽层宽度的光电二极管。 PIN的工作原理示意图 PIN光电检测器的结构 PIN光电检测器的主要特性 量子效率 光谱特性 响应时间 频率特性 噪声特性 噪声特性 噪声直接影响光接收机的灵敏度。光电二极管噪声包括信号电流和暗电流产生的散粒噪声和有负载电阻和后继放大器输入阻抗产生的热噪声。通常噪声用均方噪声电流描述。 均方散粒噪声电流 均方热噪声电流 总均方噪声电流 响应时间——光生电流脉冲前沿由最大幅度的10%上升到90％，或由后沿的90%下降到10%的时间定义为脉冲上升时间和脉冲下降　时间。脉冲响应时间为： 频率特性——当光电二极管具有单一时间常数时，截止频率为： [结论]：减小耗尽层宽度可以减小渡越时间，从而提高截止频率。，但会降低量子效率。 PIN光电检测器的一般性能 三、雪崩光电检测器APD APD的工作原理 APD的结构 APD的主要特性 APD的一般性能 APD的工作原理 APD是通过在其结构中构造一个强电场区，当光入射到PN结后，光子被吸收产生电子-空穴对，这些电子-空穴对运动进入强电场区后获得能量做高速运动，与原子晶格产生碰撞电离出新的电子-空穴对，该过程反复多次后使载流子雪崩式倍增。 APD的结构 APD的主要特性 1）? 倍增因子g ——定义为APD输出光电流Io和一次光生电流IP的比值。 2）? 过剩噪声因子F ——是雪崩效应的随机性引起噪声增加的倍数 * * 电子 扩散 N 漂移 光生电动势 空穴 P 扩散 复合 复合 漂移 光 (a) 光电效应 空穴 反偏压 电子 P 导带 光 (b) 加反向偏压后的能带 价带 N 耗尽层 P+ W 光 I N+ 能量 P + N + I 入射光 电极 电极 E 抗反射膜 量子效率=光生电子-空穴对数／入射光子数，即 响应度 ——是光生电流 和入射光功率 的比值 PIN光电二极管的一般性能 ? Si-PIN InGaAs-PIN 波长响应 0.4～1.0 1～1．6 响应度 0.4 (0.85μm) 0.5（1.31μm） 暗电流 0.1～1 2～5 响应时间 2～10 0.2～1 结电容 0.5～1 1～2 工作电压 /V －5～ －15 － 5～ －15 入射光 电极 抗反射膜 强电场区 N + P + I（P） P E 低电场区