第六章光检测器.ppt

几种不同材料的pin 光电二极管响应度和量子效率与波长的关系曲线 量子效率 响应度 光子能量一定时，量子效率与光功率无关，响应度是光功率的线性函数。 0.92 3. 响应速度 光电二极管的响应速度是指它的光电转换速度。它取决于以下三个因素： 1、耗尽区的光载流子的渡越时间； 2、耗尽区外产生的光载流子的扩散时间； 3、光电二极管以及与其相关的电路的RC时间常数。 影响这三个因素的参数有：耗尽区宽度w、吸收系数as、等效电容、等效电阻等。 一般在耗尽区高电场的情况下，光生载流子可以达到散射的极限速度。 例如：耗尽层为10 mm的Si光电二极管 电场强度：20000 V/cm 电子最大速度：8.4 x 106 cm/s 空穴最大速度：4.4 x 106 cm/s 极限响应时间：~0.1 ns 光载流子渡越时间 耗尽区内产生的光生载流子 光载流子扩散时间 耗尽区外产生的光生载流子 p区或n区产生的载流子 向耗尽区扩散 在耗尽区内漂移到电极 存在问题：较长的扩散时间会影响光电二极管的响应时间 解决办法：尽量扩大耗尽层宽度 扩散速度 漂移速度 当检测器受到阶跃光脉冲照射时，响应时间可使用输出脉冲的上升时间tr和下降tf 时间来表示。 在理想情况下tr = tf，但是由于非全耗尽性中载流子扩散速度远小于漂移速度，使得tr≠tf，造成脉冲不对称。 上升时间和下降时间 图6.11 10%~90%上升时间和下降时间 非全耗尽型光电二极管的典型相应时间 光电二极管脉冲响应 1. 为了获得较高的量子效率，耗尽区宽度w必须大于1/as (吸 收系数的倒数)，以便可以吸收大部分的光； 2. 同时如果w较大，会让二极管结电容C变小，于是RLC常数 变小，从而得到较快的响应； 3. 但是过大的w会导致渡越时间的增大 折衷取值范围：1/as w 2/as 不同参数条件下，光电二极管的脉冲响应 带宽 设RT是负载电阻和放大器输出电阻的组合，CT是光电二极管结电容和放大器输入电容之和，则检测器可以近似为一个RC低通滤波器，其带宽为： 例：如果光电二极管的电容为3 PF，放大器电容为4 PF，负载电阻为1 K欧姆，放大器输入电阻为1欧姆，则CT = 7 PF，RT =1 K欧姆，所以电路带宽： 如果将负载电阻降为50欧姆，电路带宽增加为455 MHz。 4. APD的倍增因子 APD的电流增益，即平均倍增因子M可表示为： 式中：Ip为APD倍增后的光生电流；Ip0是未倍增时的原始光生电流。若无倍增时和倍增时的总电流分别为I1和I2，则应扣除当时的暗电流Id1和Id2后才能求出M。 5. 光电检测器的噪声 输出端光信噪比： S/N = 光电流信号/(光检测器噪声功率+放大器噪声功率) 为了得到较高的信噪比： 1. 光检测器具有较高的量子效率，以产生较大的信号功率 2. 使光检测器和放大器噪声尽可能的低 * 在没有遭遇接收机电路热噪声之前就被放大。产生的光生电子在高电场区与价带电子发生激烈碰撞，从而激发出更多的空穴-电子对，这个过程称为碰撞电离。新产生的载流子在高电场 下继续碰撞，导致越来越多的碰撞电离，即雪崩效应。 * 3 在1310～1600nm范围内，InGaAs量子效率大约为90% 若波长比截止波长更长，则光子能量不足以激励出一个光子。 同一个材料对短波长的吸收很强烈 (as大) 。而且短波长激发的载流子寿命较短，载流子在光检测器电路收集之前就已经复合了。短波长段，响应度的值迅速降低。 使光生载流子在耗尽区或非常接近耗尽区的地方产生 量子噪声在光通信中,光到达接收机时将以光量子的形式随机到达,单位时间到达的量子数满足泊松分布.由于到达的量子数的随机起伏,所产生的光电流也随机起伏,这一起伏就是量子噪声.由于它是光的粒子性产生的,因此又称为光散粒噪声. * 热噪声是在电阻一类导体中，自由电子的布朗运动引起的噪声。导体中的每一个自由电子由于其热能而运动。电子运动的途径，由于和其他粒子碰撞，是随机的和曲折的，即呈现布朗运动。所有电子运动的总结果形成通过导体的电流。电流的方向是随机的，因而平均值为零。然而，电子的这种随机运动还会产生一个交流电流成分。这个交流成分称为热噪声。 * 第六章 光检测器 6.1 光电检测器 6.2 光电检测器的特性指标 光检测器 偏压控制 前置放大器 AGC电路 均衡器 判决器 时钟提取 再生码流 主放大器 光信号 数字光接收机 前端 线性通道 时钟提取 数据再生 光电检测器能检测出入射在其上面的光功率，并完成光/电信号的转换。对光检测器的基本要求是： ① 在系统的