《光检测器》PPT课件

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1、第四章光检测器与光接收机(1)光接收机的作用与组成APD雪崩光电二极管PIN光电二极管光电检测原理本节内容光检测器作用光检测器的作用是：检测出入射在其上的光功率，并把这个光功率的变化转换成为相应变化的电流。光检测器件质量的优劣在很大程度上决定了光接收机灵敏度的高低。从损耗的角度出发，光接收机灵敏度和光源器件的发光功率、光纤的损耗三者一起便决定了光纤通信的传输距离。光纤通信对光检测器的要求响应度(量子效率)高;响应度是指输入单位光功率信号时光检测器所产生的电流值。因为从光纤传输来的光信号十分微弱，仅有毫微瓦（nw）数量级，要想从中检测出通信信息，光检测器必须具有

2、很高的响应度，即必须具有很高的光/电转换效率η。噪声低;光检测器在工作时会产生一些附加噪声如暗电流噪声、雪崩噪声等。这些噪声如果很大，就会附加在只有毫微瓦数量级的微弱光信号上，降低了光接收机的灵敏度。工作电压低;与光源器件不同，光检测器是工作在反向偏置状态。有一类光检测器件APD，必须处在接近反向击穿状态才能很好的工作，因此需要较高的工作电压（100伏以上）。工作电压过高,会给使用带来不便。体积小、重量轻、寿命长。由于光检测器的光敏面（接收光的面积）一般都可以做到大于光纤的纤芯，所以从光纤传输来的光信号基本上可以全部被光检测器件接收，故不存在与光纤的耦合效率问

3、题。不同材料的吸收系数光检测器种类PIN光电二极管1APD雪崩光电二极管2PIN光电二极管结构工作原理性能参数特点及应用雪崩光电二极管APD结构工作原理性能参数特点及应用光检测器的比较（1）参数符号单位SiGeInGaAs波长范围nm400~1100800~16501100~1700响应度RA/W0.4~0.60.4~0.50.75~0.95暗电流IDnA1~1050~5000.5~2.0上升时间rns0.5~1.00.1~0.50.05~0.5带宽BGHz0.3~0.70.5~3.01.0~2.0偏置电压VBV55~105Si、Ge、InGaAspin光

4、电二极管的通用工作特性参数光检测器的比较（2）参数符号单位SiGeInGaAs波长范围nm400~1100800~16501100~1700雪崩增益M——20~40050~20010~40暗电流IDnA0.1~150~50010~50@M=10上升时间rns0.1~20.5~0.80.1~0.5增益带宽积M•BGHz100~4002~1020~250偏置电压VBV150~40020~4020~30Si、Ge、InGaAs雪崩光电二极管的通用工作特性参数光检测器的比较（3）在短距离的应用中，工作在850nm的Si器件对于大多数链路是个相对比较廉价的解决方案。

5、在长距离的链路常常需要工作在1330nm和1550nm窗口，所以常用基于InGaAs的器件。APD检测器与PIN检测器相比，具有载流子倍增效应，其探测灵敏度特别高，但需要较高的偏置电压和温度补偿电路。要视具体应用场合而选定。光检测器的作用与要求两种典型的光检测器PIN光电二极管雪崩光电二极管APD光接收机小结光电检测过程的基本机制是光吸收。探测器响应的波长取决于它们的成分。雪崩光电二极管是具有内置放大器的高速探测器。PIN的结构PIN光电二极管的特性响应度R；响应时间；结电容；暗电流。响应度R（量子效率）入射光功率Pin中含有大量光子，能转换为光电流的光子数和

6、入射总光子数之比称为量子效率η。Ip=RPinR=Ip/Pin=ηλ/1.24(A/W)PIN光电二极管的响应时间主要是由光生载流子在耗尽层的渡越时间和包括PIN光电二极管的结电容Cd在内的检测电路的RC常数所决定的。耗尽层的宽度必须取量适中。其值大固然能提高光电二极管的量子效率，但会使光生载流子的渡越时间增长，影响其频率特性，使之难以在高码速率时使用。PIN光电二极管的响应时间一般在1ns左右。响应时间结电容Cd也是PIN光电二极管的重要参数。一方面它影响PIN光电二极管的响应时间，另一方面它对光接收机的灵敏度有重要影响。结电容越小越好，一般为几个pf。结电

7、容Cd暗电流是PIN光电二极管附加噪声的主要来源。它由两部分组成，一是由构成PIN光电二极管材料的能带结构决定的体电流，二是制造工艺过程所产生的泄露电流。PIN光电二极管的暗电流一般在几个毫微安以下。由于PIN光电二极管没有倍增效应，加上暗电流较小，本身产生的附加噪声很低，所以对光接收机灵敏度产生的影响并不显著。暗电流PIN的特点及应用优点：附加噪声小、工作电压低、工作寿命长、使用方便和价格便宜。缺点：没有倍增效应，因而用它作的接收机灵敏度不高。应用：较短距离的光纤通信。（小容量与大容量皆可）APD的结构G=IM/IP式中：IM是有雪崩时光电流的平均值；IP是

8、无雪崩时光电流的平均值。从定义可见，倍