光检测器与光接收机课件.pptVIP

主放大器.时钟提取/判决再生

光接收机也可以分为三部分：?光检测器和前置放大器合起来称为接收机前端，是光接收机的核心；?主放大器、均衡滤波器和自动增益控制组成光接收机的线性通道；?判决器、译码器和时钟恢复组成光接收机的判决、再生部分

?光纤通信中对光检测器最重要的几点要求：在所用光源的波长范围内有较高的响应度；较小的噪声；

PIN光电二极管雪崩光电二极管APD光电二极管PD光电晶体管光敏电阻光电倍增益管

?PN结的光电效应?原理:光电效应--受激吸收过程°入射光子的能量大于禁带宽度,h?Eg，光子被吸收,产生电子空穴对.°电子空穴对在电场的作用下定向运动,形成光电流

?主要光电效应工作区-耗尽层?结构上加宽耗尽层

?PIN光电二极管的结构°在P型材料和N型材料之间加轻掺杂的N型材料，称为本征（Intrinsic）层°轻掺杂，电子浓度很低，经扩散作用后可形成一个很宽的耗尽层。°为降低PN结两端的接触电阻两端的材料做成重掺杂的P+层层和N+这种结构的光电二极管称为PIN光电二极管

?PIN光电二极管的的特点本征材料：Si或GaAs掺杂后形成P型材料和N型材料

cg?将?换为波长λ，则cc?只有当入射光的波长λλ的光，才能使这种材料产生光生c载流子，发生光电效应，这个临界值λ就叫做截止波长，c?为截止频率。c

?截止波长?c是真空中的光速，h是普朗克常量?Si材料：λ=1.06?mcc

?半导体对光的吸收作用随光波长减小而迅速增加

?当工作波长比材料带隙波长长时，吸收系数急剧减小?当工作波长比截止波长长时，材料是透明的，光透射过去不能进行光电转换。?Si材料：0.5~1.0?m

l响应度（?）：光生电流与入射光功率之比。?单位光功率产生的光生电流?越大说明产生光电流效率越高l量子效率（?）：单位时间内产生的光生电子－空穴对数与单位时间入射的总光子数之比。?表示每个光子平均产生的电子空穴对?越大反映产生光电流效率越高(?A/?W)

3、响应时间响应时间为光电二极管对矩形光脉冲的上升或下降时间。

?光电二极管结电容及其负载电阻的RC时间常数?载流子在耗尽区里的渡越时间?耗尽区外产生的载流子由于扩散而产生的时间延迟PIN内部的响应时间主要由载流子在耗尽层中的rV载流子在电场中的漂移速度

?在理想条件下，当没有光时，光检测器应无光电流输出?实际上，由于热、宇宙射线或放射性物质的激励，在无光照情况下，光检测器仍有光电流输出?无光照时光电二极管的反向漏电流，称为暗电流。?暗电流的无规则随机涨落产生噪声。因此，总希望器件的暗电流越小越好

?光检测电路有一定的光功率检测范围，入射光功率太强时，会产生非线性失真

?Si-PIN典型反向击穿电压为100v?工作偏压为10-30v

?工作原理光电效应+雪崩倍增效应?雪崩倍增效应°在二极管的PN结上加高反向电压（一般为几十伏或几百伏）°在结区形成一个强电场°高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的动能°与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到能量越过禁带到导带，产生了新的电子-空穴对°新产生的电子-空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子-空穴对-----°除此循环下去，像雪崩一样的发展，称为雪崩倍增效应。从而使光电流在APD管内获得倍增。

?保护环型：在制作时沉积一层环形的N型材料，防止在高反压时使PN结边缘产生雪崩击穿。?拉通型（通达型）

?从图中可以看出，它的耗尽层从结区一直垃通到I层与层相接的范围内。在整个范围内电场增加较小。这+样，这种RAPD器件就将电场分为两部分，一部分是使光生载流子逐渐加速的较低的电场，另一部分是产生雪崩倍增效应的高电场区，这种电场分布有利于降低工作电压。?APD具有雪崩倍增效应这个有利方面。但是雪崩倍增效应的随机性将引入噪声?APD随使用的材料不同有Si-APD（短波长用）和Ge-APD，InGaAs-APD（长波长用）等

4、倍增噪声和过剩噪声系数?APD的噪声来源光电倍增噪音?倍增噪音原因：雪崩过程中，电子-空穴对的碰撞是随机的-附加噪声

?APD的倍增是具有随机性的，这种随机性的电流起伏将带来附加噪声，一般称为倍增噪声。倍增噪声可以用过剩噪声系数F（G）来描述g：每个初始电子-空穴对因雪崩倍增效应产生二次电子-空穴对的随机数2：每个初始电子产生的二次电子数平方再取平均值2：每个初始电子产生的二次电子数平均值再平方

?假设在理想状态下每次倍增都相同，则F（G）=1。因此，F（G）表示APD实际噪声超过理想倍增噪声的倍数。?在工程上，为简化计算，常用过剩噪声指数x来表示过剩噪声系数，即?Si-AP