光檢測(cè)器及光接收機(jī)ppt精選課件

.,光檢測(cè)器與光接收機(jī),第五章,李佳駿,.,.,光電轉(zhuǎn)換器件要求:高效率、低噪聲、寬帶原理：光吸收,5.1光檢測(cè)器,目前，較為常見(jiàn)的半導(dǎo)體光檢測(cè)器有：（1）PIN光電二極管（2）雪崩光電二極管APD,.,5.1.1PN光電二極管,工作原理：入射光從P側(cè)進(jìn)入，在耗盡區(qū)光吸收產(chǎn)生的電子空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)作用下分別向左右兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生光電流。,響應(yīng)時(shí)間：由光功率輸入轉(zhuǎn)化為光電流輸出，有一定時(shí)間遲后，其值主要決定于載流子通過(guò)耗盡區(qū)的渡越時(shí)間。,.,5.1.1PN光電二極管(2),帶寬受限的主要因素:產(chǎn)生的光電流中存在擴(kuò)散分量，它與耗盡區(qū)外的光吸收有關(guān)。載流子作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的時(shí)延將使檢測(cè)器輸出電流脈沖后沿的托尾加長(zhǎng)，影響光電二極管的響應(yīng)速度。,解決方法：減小P,N區(qū)厚度，增加耗盡區(qū)的寬度，使大部分入射光功率在耗盡區(qū)吸收，減少P,N區(qū)吸收的光能-PIN,考慮漂移和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)時(shí)PN光電二極管對(duì)矩形脈沖的響應(yīng),擴(kuò)散分量的存在導(dǎo)致光電二極管瞬態(tài)響應(yīng)失真,.,5.1.2PIN光電二極管,在PN結(jié)間插入一層非摻雜或輕摻雜半導(dǎo)體材料，以增大耗盡區(qū)寬度w，達(dá)到減小擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的影響，提高響應(yīng)度的要求。由于PN結(jié)中間插入的半導(dǎo)體材料近似為本征半導(dǎo)體(Intrinsic)，因此這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為PIN光電二極管。,I區(qū)高阻抗,電壓基本都落在I區(qū),PIN光電二極管及反偏時(shí)各層的場(chǎng)分布,.,5.1.3雪崩光電二極管APD,PIN:1個(gè)光子最多產(chǎn)生一對(duì)電子-空穴對(duì),無(wú)增益APD:利用電離碰撞,1個(gè)光子產(chǎn)生多對(duì)電子-空穴對(duì),有增益工作過(guò)程：,.,當(dāng)保持所加偏置電壓不變時(shí)，降低溫度，則電子和空穴的電離速率會(huì)增加，因而雪崩增益也會(huì)增加。,溫度對(duì)雪崩增益的影響,.,量子效率,入射光功率Pin中含有大量光子，能轉(zhuǎn)換為光電流的光子數(shù)和入射總光子數(shù)之比稱(chēng)為量子效率.,在光電二極管的應(yīng)用中，100個(gè)光子會(huì)產(chǎn)生30到95個(gè)電子空穴對(duì)，因此檢測(cè)器的量子效率范圍為30%95%。為了得到較高的量子效率，必須加大耗盡區(qū)的厚度，使得可以吸收大部分的光子。但是，耗盡區(qū)越厚，光生載流子漂移渡越(across)反向偏置結(jié)的時(shí)間就越長(zhǎng)。由于載流子的漂移時(shí)間又決定了光電二極管的響應(yīng)速度，所以必須在響應(yīng)速度和量子效率之間采取折衷。,.,5.2光接收機(jī),光信號(hào),光電變換,前置放大,主放大器,均衡濾波,判決器,時(shí)鐘恢復(fù),輸出,AGC電路,性能指標(biāo):接收靈敏度、誤碼率或信噪比,前端,線性通道,時(shí)鐘提取與數(shù)據(jù)再生（CDR）,對(duì)信號(hào)進(jìn)行高增益放大與整形，提高信噪比，減少誤碼率。,（注:AGC自動(dòng)增益控制）,.,5.2.1光接收機(jī)的前端,前端：由光電二極管和前置放大器組成。作用：將耦合入光電檢測(cè)器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)變電流，然后進(jìn)行預(yù)放大（電流電壓轉(zhuǎn)換），以便后級(jí)作進(jìn)一步處理。是光接收機(jī)的核心。要求：低噪聲、高靈敏度、足夠的帶寬,.,5.2.2光接收機(jī)的線性通道,.,5.2.3判決再生與時(shí)鐘提取,任務(wù)：把線性通道輸出的升余弦波形恢復(fù)成數(shù)字信號(hào),判決器,時(shí)鐘恢復(fù),輸出,.,光接收機(jī)的噪聲特性,光接收機(jī)的噪聲將影響信噪比SNR和通信質(zhì)量。主要來(lái)自光電探測(cè)器和前置放大器的噪聲。分為兩類(lèi)：散粒噪聲和熱噪聲。,1.光檢測(cè)器產(chǎn)生散粒噪聲2.負(fù)載電阻產(chǎn)生熱噪聲3.放大器產(chǎn)生放大噪聲,.,5.3.2光接收機(jī)性能指標(biāo),1誤碼率BER=Ne/Nt=Ne/Bt即：誤比特率=錯(cuò)誤比特/總比特2靈敏度（1）輸入的最小平均光功率（2）每個(gè)光脈沖的最低平均光子數(shù)n0（3）每個(gè)光脈沖的最低平均能量Ed,.,5.4光中繼器,光