光纤通信4-光检测器与光接收机课件.pptVIP

光检测器;主要内容;光电二极管（PD）;增加PN结的反偏;2、PIN光电二极管;吸收系数;由于吸收系数取决于光波长，因此，特定的半导体材料只能应用在有限的波长范围内。

;当外加的反向偏压比PIN情况下高得多时，这个电压几乎都降到P结上。特别是在高阻的PN结附近，电场强度可高达105V/m，已经高出碰撞电离的电场。;入射光功率产生的电子空穴对经过高场区时不断被加速而获得很高的能量，这些高能量的电子或空穴在运动过程中与价带中的束缚电子碰撞，使晶格中的原子电离，产生新的电子空穴对。新的电子空穴对受到同样加速运动，又与原子碰撞电离，产生电子空穴对，称为二次电子空穴对。如此重复，使强电场区域中的电子和空穴成倍的增加，载流子和反向光生

电流迅速增大，产生雪崩现象,这个物理过程称为雪崩倍增效应。;高电场;§4.2光电二极管的工作特性;

;例InGaAs的量子效率大约为90％，波长为1300nm，求响应度。;3、APD光电二极管中所有载流子产生的倍增因子M;4、光电检测器的噪声;量子（散粒）噪声的产生是由于光信号入射到光检测器上时，光电子的产生和收集过程具有统计特性。

光电效应产生的光生载流子数是随机起伏的，该统计过程服从泊松分布。;光检测器电阻的均方热噪声电流为：;5、检测器响应时间;如果光电二极管的电容较大，那它的响应时间就会受到负载电阻RL和光电二极管结电容所构成的RC时间常数所限制。;;

;§4.3光接收机

;1、数字光接收机组成

;

;前端的设计有3种不同的方案;;（3）跨(互)阻抗前端;3、光接收机的线性通道

光接收机的线性通道由

一个高增益放大器和

一个低通滤波器（或均衡器）组成。

自动增益控制(AGC)放大器：将放大器的平均输出电压限制在固定电平

而不随输入平均光功率而变。

低通滤波器（或均衡器）：使电压脉冲整形，降低噪声，控制可能出

现的码间串扰(ISI)。

接收机噪声正比于接收机带宽，为降低噪声，采用带宽Δf小于比特率B的低通滤波器。在接收机设计中其他部件的带宽均大于滤波器带宽，因此接收??带宽主要由线性通道的低通滤波器决定。;当Δf＜B时，电脉冲展宽超过了规定的比特时隙，将可能干扰相邻比特时隙的检测，引起码间串扰，滤波器设计时应避免产生这种现象。;多级网络的噪声;4、数据恢复电路;为了重建数字信号，则要判定每个码元是“0”还是“1”，这首先要确定判决时刻。

为此，要从升余弦信号中提取准确的时钟信号，并经过适当移相后，在最佳时刻对升余弦信号取样，然后将取样幅度与判决阈值进行比较，确定码元是“0”还是“1”，从而把升余弦波形恢复重建成原传输的数字信号。

最佳取样时间相应于在“1”和“0”信号电平相差最大的位置，可由眼图决定，它由不同比特电脉冲顶部叠加而成。;非归零码(NRZ)数字光接收的眼图;4.4光接收机的信噪比;放大器输入端的信噪比为：;取样判决器输入端的信噪比;4.5数字接收机的灵敏度;误码率与通话质量;“1”码出现的概率为P(1);;1;BER={P(1/0)+P(0/1)}/2;1;一般“0”信号对应于;例：一光接收机采用PIN-PD;;灵敏度的量子极限;设照射到光电检测器的光功率为;假设在时间段内有一个能量为E的光脉冲落在光检测器上，

如果光脉冲出现时没有电子空穴对产生则被接收机判断为0脉冲。

该时间段内发射0个电子的概率为：;例：一个传输速率为10Mb/s的系统，BER要求达到10－9，试求光检测器上的最小入射光功率。如果检测器的量子效率为1，（假定0和1脉冲的个数相等，是数据速率B的一半），850nm。;主要内容;;由于通常称为均方根噪声，

故也就是峰值均方根信噪比;;;