光电二极管电流.pptxVIP

光电二极管电流;光源;;前 言;7.1 光检测原理 7.2 光电倍增管 7.3 半导体光电二极管 7.4 PIN型光电二极管 7.5 雪崩光电二极管 7.6 光接收机;Light Detector;7.1 Principles of Photodetection光探测原理;1．Responsivity 响应度;2. Spectral Response 光谱响应;7.2 Photomultiplier 光电倍增管;Vacuum photodiode;例7.1，铯是一种常见的光致发光材料，其功函数为1.9eV,计算其截止波长。; 量子效率表示入射光子转换为光电子的效率。它定义为单位时间内产生的光电子数与入射光子数之比，即;例7.2，假定检测器在0.8um波段的量子效率为1%，试计算其响应度。; Photomultiplier （PMT）;Photomultiplier;例7.4，假定一个光电倍增管有9个倍增电极，每个倍增电极的增益为5，计算此光电倍增管的电流放大倍数。;例7.5，假设一个PMT有例7.4所得的增益，先用来检测光功率为1uW，波长为0.8um的光信号，阴极的效率为1%，负载为50欧。计算其响应度、电流和输出电压。;Photomultiplier;半导体光电二极管体积小，重量轻，灵敏度高，响应速度快，在几伏的偏置电压下即可工作。 PN型光电二极管 PIN型光电二极管 雪崩型（APD）光电二极管;假如入射光子的能量超过禁带能量 Eg，耗尽区(PN结的结区也就是中间势垒所在区域，没有自由电子)每次吸收一个光子，将产生一个电子空穴对，发生受激吸收。;PN结光电检测原理;光电二极管（PD）是一个工作在反向偏压下的PN结二极管，由光电二极管作成的光检测器的核心是PN结的光电效应。当PN结加反向偏压时，外加电场方向与PN结的内建电场方向一致，势垒加强，在PN结界面附近基本上没有载流子，称为耗尽区。当光束入射到PN结上，且光子能量hf大于半导体材料的带隙Eg时，价带上的电子吸收光子能量跃迁到导带上，形成一个电子—空穴对。 ;光电转换器件 原理：光吸收 在半导体材料上，当入射光子能量hf超过带隙能量时，每当一个光子被半导体吸收就产生一个电子—空穴对。在外加电压建立的电场作用下，电子和空穴就在半导体中渡越并形成电流流动，称为光电流。; 简单的 PN 结光电二极管具有两个主要的缺点。 首先，它的响应速度很慢。 其次，它的量子效率很低，响应度很低。;结构：P+和N???半导体材料之间插入了一层掺杂浓度很低的半导体材料（如Si），记为I，称为本征区。 工作原理：入射光从P侧进入，在耗尽区光吸收产生的电子－空穴对在内建电场作用下分别向左右两侧运动，产生光电流。;7.4.1 Cutoff Wavelength 截止波长;Ge;对确定的半导体检测材料，只有波长小于截止波长的光才能被检测到，并且检测器的量子效率随着波长的变化而变化，这种特性被称做响应光谱。; 综上所述，检测某波长的光时要选择合适材料作成的光检测器。首先，材料的带隙决定了截止波长要大于被检测的光波波长，否则材料对光透明，不能进行光电转换。其次，材料的吸收系数不能太大，以免降低光电转换效率。Si―PIN光电二极管的波长响应范围为0.5～1μm，Ge―PIN和InGaAs―PIN光电二极管的波长响应范围约为1~1.7μm。 ;7.4.3 Current-Voltage Characteristic电流—电压特性;Current-Voltage Characteristic;Dark Current 暗电流;例7.6，估算一个响应度为0.5A/W，暗电流为1nA的PIN光电二极管的最小检测功率。 ;7.4.4 Speed of Response响应速度;Speed of Response;PIN光电二极管的性能参数;雪崩光电二极管（APD）是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。 APD的结构设计，使它能承受高的反向偏压，从而在 PN 结内部形成一个高电场区。 APD能提供内部增益 工作速度高 已广泛应用于光通信系统中;Avalanche Photodiodes;Avalanche Photodiodes;平均雪崩增益;Photomultiplier;上升时间定义为输入阶跃光功率时，探测器输出光电流最大值的 10 % 到 90 % 所需的时间。 APD的响应速度（上升时间）受限于载流子的渡越时间和RC电路的时间常数。;光检测器的噪声;;;散粒噪声;散粒噪声;;光电二极管总的噪声电流均方值;光检测器比较;光检测器的比较;7.6 Light Receiver 光接收机;1. The Front ;The Front;