光纤通信技术与设备PPT_3.4PIN光检测器.pptx

光纤通信技术与设备第四讲PIN光检测器

概述目录12光电二极管3PIN光电检测器

概述1

概述光电检测器的作用：把光信号转换为电信号，光电检测器是利用半导体材料的光电效应实现光电转换。要求：①在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入射光功率，能够输出尽可能大的光电流；②具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统；③具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响；④具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真；⑤具有较小的体积、较长的工作寿命等；⑥工作电压尽量低，使用简便。

概述1）外光电效应（光电倍增管）：入射光能量大，能将光敏材料的的内部电子全部激发出来。典型器件：APD雪崩光电二极管2）内光电效应（PIN：入射光子不直接激发光子，仅仅使内部电子从较低能级跃迁到较高能级。典型器件：PIN光电二极管

光电二极管2

光电二极管光电二极管结构由光照、PN结、耗尽区、自建场、外加反偏压、电信号输出等组成。图1光电二极管结构

光电二极管光电二极管工作原理：光电检测器是外加反向偏压的PN结，当入射光作用时，发生受激吸收产生光生电子-空穴对，这些电子-空穴对在耗尽层内建电场作用下形成漂移电流，同时在耗尽层两侧部分电子-空穴对由于扩散运动进入耗尽层，在电场作用下形成扩散电流，这两部分电流之和为光生电流。图2光电二极管结构

光电二极管在耗尽层形成漂移电流。内部电场的作用，电子向N区运动，空穴向P区运动如果光子的能量大于或等于带隙(hf≥Eg)当入射光作用在PN结时发生受激吸收PN结界面内部电场漂移运动能带倾斜电子和空穴的扩散运动N-----P

PIN光电二极管3

PIN光电二极管P+N+I入射光电极电极E抗反射膜图3PIN光电检测器结构与电能分布中间的I层是N型掺杂浓度很低的本征半导体；两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，用P+和N+表示。I层很厚，吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量电子-空穴对，因而大幅度提高了光电转换效率。两侧P+和N+层很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。另外，可通过控制耗尽层的宽度，来改变器件的响应速度

PIN光电检测器PN结上有内建电场。当PN结加上反向电压后，入射光主要在耗尽区被吸收，在耗尽区产生光生载流子(电子空穴对)。在耗尽区电场作用下，电子向N区漂移，空穴向P区漂移，产生光生电动势。在远离PN结的地方，因没有电场的作用，电子空穴作扩散运动，产生扩散电流。因I层宽。加了反偏压后，空间电荷区加宽，绝大多数光生载流于部落在耗尽层内进行高效、高速漂移，产生漂移电流。漂移电流远远大干扩散电流，所以PIN光电二极管的灵敏度高。接通回路，负载上有电流，于是将光信号转变为电信号。

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