《光纤通信》顾畹仪第章(“噪声”相关)共70张.pptxVIP

第三章光接收机;3.1光接收机简介;数字光接收机分为光电检测器、前置放大器、主放大器、AGC电路、均衡器、判决再生和时钟提取七个部分

光接收机也可以分为三部分：①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；②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；③判决器、译码器和时钟恢复组成光接收机的判决、再生部分;3.1.2光接收机的性能指标

光接收机主要的性能指标是误码率（BER）、灵敏度以及动态范围

误码率是码元被错误判决的概率，可以用在一定的时间间隔内，发生差错的码元数和在这个时间间隔内传输的总码元数之比来表示

接收机灵敏度的定义为：在满足给定的误码率指标条件下，最低接收的平均光功率Pmin。在工程上常用dBm来表示，即

接收机的最低输入光功率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率（用dBm来描述）之差（dB）就是光接收的动态范围

Pmax和Pmin为保证系统误码率指标条件下，接收机允许的最大接收光功率和最小接收光功率;3.2光电检测器;在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应

右图为半导体PN结的形成

电离能，逸出功

;加反向偏压后光电二极管及其能带结构;3.2.2PIN光电二极管

1．原理与结构

PIN光电二极管的原理和结构;2．光电二极管的波长响应（光谱特性）

（1）上截止波长

光电效应必须满足条件

hv＞Eg或?＜

c是真空中的光速，是入射光的波长，h是普朗克常量;也就是说,入射光的波长必须小于某个临界值，才会发生光电效应，这个临界值就叫做上截止波长，定义为

（2）响应波长的下限

设x=0时，光功率为p(0)，材料吸收系数为

经过x距离后吸收的光功率可以表示为

?下降，材料表面层的吸收严重，电子-孔穴对在中性区被复合。;3．光电转换效率

常用量子效率和响应度衡量光电转换效率

当入射功率为P0时，光生电流可以表示为

r是入射表面的反射率，w1是零电场的表面层的厚度，w是耗尽区的厚度

量子效率表示入射光子能够转换成光电流的概率;可以知道，要提高量子效率，必须采取如下措施：

①尽量减小光子在表面层的反射率，增加入射到光电二极管中的光子数；

②尽量减小中性区的厚度，增加耗尽区的宽度，使光子在耗尽区被充分地吸收

光电转换效率也可以直接用光生电流Ip和入射光功率p0的比值来表示,称其为响应度

;4．响应速度

响应速度常用响应时间（上升时间和下降时间）来表示

影响响应速度的主要因素有3点

（1）光电二极管和它的负载电阻的RC时间常数

结电容与耗尽区的宽度w及结区面积A有关;（2）载流子在耗尽区里的渡越时间

下图为漂移速度与电场强度关系

若想使载流子能以极限漂移速度渡越耗尽区，反向偏压须满足

V?＞?EswEs:达到极限漂移速度的电场;（3）耗尽区外产生的载流子由于扩散而产生的时间延迟

5．光电二极管的暗电流

暗电流是指无光照时光电二极管的反向电流;3.2.3雪崩光电二极管

1．工作原理

APD载流子雪崩式倍增示意图（只画出电子）;2．APD的平均雪崩增益

平均雪崩增益的定义为

IM是雪崩增益后输出电流的平均值；Ip是未倍增时的初始光生电流;光电二极管输出电流和反向偏压的关系

平均雪崩增益也用一较简单的式子表示为;3．APD的结构

光纤通信在?m波段常用的APD有拉通型（RAPD）和保护环型（GAPD）两种;另一种在长波长波段使用的APD的结构称为SAM（SeperatedAbsorptionandMultiplexing）结构;4．APD的过剩噪声

APD的过剩噪声系数为

在工程上，为简化计算，常用过剩噪声指数来表示过剩噪声系数，即

Si-APD的x为，Ge-APD的x为0.8-1.0InGaAs-APD的x为;数字光接收机分为光电检测器、前置放大器、主放大器、AGC电路、均衡器、判决再生和时钟提取七个部分

2．放大器的输出噪声电压的计算

APD的雪崩增益存在使灵敏度最高的最佳值〈Gopt〉,联立求解灵敏度计算公式和〈Gopt〉

改变放大器本身的参数，使增益发生变化

3雪崩光电二极管

对于随机噪声XN来说，落在x1和x1+dx1之间的概率是

②输入电阻Rt越大、输入电容Ct越小，串联电压噪声源对总噪声的影响越小

一种是等效为一个无噪声的电阻和一个噪声电流源并联

对于光电二极管和APD，输入端等效的并联电流噪声源的功率谱密度可以分别表示如下

?总噪声的标准偏差;灵敏度误差1dB较小，Gopt偏高，判决电压偏低

对于随机噪声XN来说，落