如何使用光探测器.ppt

如何使用光探测器 Fu Fan 2011-11 什么是光探测器？ 光探测器就是把信号（通信信息）从光波中分离（检测）出来，即进行光/电转换的器件。 光探测器件质量的优劣在很大程度上决定了光接收机灵敏度的高低。而光接收机的灵敏度和光源器件的发光功率、光纤的衰耗三者一起便决定了光纤通信的中继距离（在系统受衰耗限制而不是受色散限制时） 目前常用的光探测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD). 光探测器件基本原理 光探测器件的光电转换主要包括3个主要过程： 入射到光吸收区的光子被InGaAs或Ge材料(长波长探测)所吸收， 产生非平衡 的电子、空穴对； 非平衡的电子、空穴对由于浓度差产生定向扩散运动和电场下的漂移运动； 运动到PN结的载流子在其两边形成附加电势，并在外电路中产生附加的光生电压或光生电流。 光探测器件基本原理 当入射光信号功率不大时，转换成的光电流随光功率作线性变化。 在入射光作用下，由于光吸收过程产生的电子/空穴对的运动，并在PN结两边形成附加电势,从而在闭合外电路中形成光生电流的器件，就是简单的PN结光电二极管。 如果在P型层和N型层之间增加一层掺杂浓度很低或非故意掺杂的本征层（I），就构成PIN光电二极管。 PIN光电二极管光吸收区较厚，结电溶较小，因而光响应度可达0.85A/W,光响应速率可达10Gb/s以上。这是一种结构简单,性能优良的器件。 光探测器光电特性指标 光探测器光电特性可用如下指标来衡量： 对PIN-PD，主要有： a ) 光谱响应范围； b ) 光响应度； c ) 光响应速率（或结电容）； d ) 暗电流； e ) 反向击穿电压； f ) RC时间 对APD，除上述指标外，还有： a ) 光倍增因子； b ) 过剩噪声指数； 光纤通信对光探测器件的要求 1.响应度高. 2.噪声低 3.工作电压低 4.体积小、重量轻、寿命长 光探测器=ROSA？ ROSA: Receiver Optical Subassembly 如何使用PIN ROSA 如何使用PIN ROSA RX接收光功率监控功能的实现 MAX4004利用镜像电流源，输出电流IOUT为实际流经PIN管的光电流IPIN的1 / 10，将IOUT通过对地参考电阻转化为电压Vmon，即可实现对接收光功率的监控。 Pin（mW）=10Vmon/R* 如何使用APD ROSA Avalanche Photo Diode（雪崩光电二极管） 当APD在处于适当的偏压时利用雪崩效应可以获得M倍的内部电流增益，M称为APD的倍增因子。因此APD的灵敏度高于其他光电二极管，广泛应用于长距离光纤通信中。 由于APD的增益与反向偏置和温度的关系很大，因此有必要对反向偏置电压进行控制，以保持增益的稳定。 如何使用APD ROSA 如何使用APD ROSA 如何使用APD ROSA 如何使用APD ROSA 如何使用APD ROSA APD_Bias 典型电路 如何使用APD ROSA 如何使用APD ROSA PIN/APD Chip TO ROSA PIN ROSA典型应用电路 接收光功率RX Power(μW)与监控电Vmon(V)的关系如下图 如何选择APD 偏置电压？ 在实际使用中通常我们将Gain设置为8M10,过高的Gain值会降低信噪比 利用自动调试软件选择合适的APD 偏置电压 Wait for Transceiver to reach desired Ambient Temperature Determine VBR Measure APD Bit Error Rate Change APD Bias to minimize BER VBR Save APD Bias, APD Gain Temperature Solid line: Reverse IV curve (no light input) Dash line: Responsivity curve vs. voltage (w/ 1uW light input (1550nm)) T=85C T=25C T=-40C 当温度变化时，如何保证APD增益稳定？ APD V-I曲线与暗电流随温度变化的趋势 Vapd_set - Vapd 实际控制曲线 VREF脚和CTRL脚直接相连，将LT3571内比较器的参考电压设为恒定的1V通过MCU的DAC口设置输出电压，FB脚的电压与参考电压1V进行比较，然后调整PWM的占空比，直到FB脚的电压为1V时，输出电压达到设定值。LT3571的Vout电压与设置电压的关系式为：