第五章光檢測(cè)器和光接收機(jī)

1、精選ppt5 51 1光檢測(cè)器光檢測(cè)器5 51 11 1光檢測(cè)的原理光檢測(cè)的原理5 51 12 PIN2 PIN光電二極管光電二極管5 51 13 3 雪崩光電二極管（雪崩光電二極管（APDAPD）精選ppt5 52 2光接收機(jī)光接收機(jī) 5 52 21 1數(shù)字光接收機(jī)的基本組成數(shù)字光接收機(jī)的基本組成 5 52 22 2數(shù)字光接收機(jī)的噪聲數(shù)字光接收機(jī)的噪聲 5 52 23 3誤碼率誤碼率 5 52 24 4靈敏度靈敏度 5 52 25 5 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍精選ppt光檢測(cè)器是光接收機(jī)的關(guān)鍵器件。光檢測(cè)器是光接收機(jī)的關(guān)鍵器件。功能功能: :將接受到的將接受到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，

2、在電，在電路中形成隨著入射光強(qiáng)弱變化而變化的電流。路中形成隨著入射光強(qiáng)弱變化而變化的電流。 PINPIN光電二極管光電二極管 常用的光檢測(cè)器：常用的光檢測(cè)器： 雪崩二極管雪崩二極管 5 51 1光檢測(cè)器光檢測(cè)器精選ppt當(dāng)當(dāng)PN結(jié)上加有結(jié)上加有反向偏壓反向偏壓時(shí)，外加電場(chǎng)的方向和空間電荷區(qū)時(shí)，外加電場(chǎng)的方向和空間電荷區(qū)里電場(chǎng)的方向相同，因此在空間電荷區(qū)里載流子基本耗盡里電場(chǎng)的方向相同，因此在空間電荷區(qū)里載流子基本耗盡了，這個(gè)區(qū)域稱為了，這個(gè)區(qū)域稱為耗盡區(qū)耗盡區(qū)。一一.PN結(jié)的光電效應(yīng)結(jié)的光電效應(yīng) 光電二極管（光電二極管（PD）是一個(gè)工作在）是一個(gè)工作在反向偏壓反向偏壓下的下的PN結(jié)二極管，它的

3、工作原理可用結(jié)二極管，它的工作原理可用光電效應(yīng)光電效應(yīng)來解釋。來解釋。5 51 11 1光檢測(cè)的原理光檢測(cè)的原理精選ppt 當(dāng)光束入射到當(dāng)光束入射到PN結(jié)上，且結(jié)上，且光子能量大于半導(dǎo)體材料的光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度時(shí)，禁帶寬度時(shí)，價(jià)帶上的電子價(jià)帶上的電子可以吸收光子而躍遷到導(dǎo)帶，可以吸收光子而躍遷到導(dǎo)帶，結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)電子結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)?？昭▽?duì)。 當(dāng)連接的電路閉合時(shí)當(dāng)連接的電路閉合時(shí),N區(qū)過剩的電子通過外部電路流向區(qū)過剩的電子通過外部電路流向P區(qū)，區(qū)，P區(qū)的空穴流向區(qū)的空穴流向N區(qū)，便形成了區(qū)，便形成了光生電流。光生電流。當(dāng)入射光當(dāng)入射光功率變化時(shí)，光生電流也隨之線形變化，從

4、而把光信號(hào)轉(zhuǎn)功率變化時(shí)，光生電流也隨之線形變化，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)?；呻娏餍盘?hào)。 如果光生的電子如果光生的電子-空穴對(duì)在空穴對(duì)在耗盡區(qū)耗盡區(qū)產(chǎn)生，那么在電場(chǎng)的產(chǎn)生，那么在電場(chǎng)的作用下，電子將向作用下，電子將向N區(qū)漂移，而空穴將向區(qū)漂移，而空穴將向P區(qū)漂移。當(dāng)與區(qū)漂移。當(dāng)與P層和層和N層連接的電路開路時(shí)，便在兩端產(chǎn)生產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這層連接的電路開路時(shí)，便在兩端產(chǎn)生產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種效應(yīng)稱為種效應(yīng)稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)。精選ppt 注意：注意：如果入射光子的能量小于如果入射光子的能量小于 時(shí)，不時(shí)，不論入射光有多么強(qiáng)，光電效應(yīng)也不會(huì)發(fā)生。論入射光有多么強(qiáng)，光電效應(yīng)也不會(huì)發(fā)生。即光電效應(yīng)必須滿

5、足條件即光電效應(yīng)必須滿足條件gEgEhf 或gEhc式中：是真空中的光速；是入射光的波長(zhǎng)；式中：是真空中的光速；是入射光的波長(zhǎng)； h是普朗克常量；是普朗克常量； 是材料的禁帶寬度。是材料的禁帶寬度。cgE精選ppt二光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng)二光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng) 由光電效應(yīng)的條件可知，由光電效應(yīng)的條件可知，對(duì)任何一種材料對(duì)任何一種材料制作的光電二極管，都有制作的光電二極管，都有上截止波長(zhǎng)，上截止波長(zhǎng)，定義為定義為 Si材料制作的材料制作的PIN光電二極管，光電二極管， 1.06um Ge材料制作的材料制作的PIN光電二極管，光電二極管， 1. 6umcc精選ppt 原因原因:當(dāng)入射光波長(zhǎng)很短當(dāng)入射

6、光波長(zhǎng)很短時(shí)，材料的吸收系數(shù)變時(shí)，材料的吸收系數(shù)變得很大，得很大，結(jié)果使大量的入射光子在光電二極管的表面層(如P區(qū))就被吸收。 入射光波長(zhǎng)太短時(shí)入射光波長(zhǎng)太短時(shí),光變電的轉(zhuǎn)化效率也會(huì)大光變電的轉(zhuǎn)化效率也會(huì)大大下降。大下降。 精選ppt 光電二極管的表面層往往存在一個(gè)零電場(chǎng)的區(qū)域光電二極管的表面層往往存在一個(gè)零電場(chǎng)的區(qū)域,當(dāng)電子當(dāng)電子-空穴對(duì)在表面層（如空穴對(duì)在表面層（如P區(qū)）里產(chǎn)生時(shí)，少數(shù)載區(qū)）里產(chǎn)生時(shí)，少數(shù)載流子首先要擴(kuò)散到耗盡層，然后才能被外電路收集。流子首先要擴(kuò)散到耗盡層，然后才能被外電路收集。 但在表面層區(qū)域，少數(shù)載流子的壽命時(shí)間很短，擴(kuò)但在表面層區(qū)域，少數(shù)載流子的壽命時(shí)間很短，擴(kuò)散速

7、度又慢，電子散速度又慢，電子-空穴對(duì)往往在被檢測(cè)器電路收集以空穴對(duì)往往在被檢測(cè)器電路收集以前就已被復(fù)合掉，從而使檢測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換效率降低。前就已被復(fù)合掉，從而使檢測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換效率降低。Si材料材料PIN光電二極管，波長(zhǎng)響應(yīng)范圍：光電二極管，波長(zhǎng)響應(yīng)范圍：0.51.0umGe和和InGaAs材料材料PIN光電二極管光電二極管, 波長(zhǎng)響應(yīng)范圍：波長(zhǎng)響應(yīng)范圍：1.11.6um光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍:精選ppt5 51 12 PIN2 PIN光電二極管光電二極管 為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，最好使所有的入射為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，最好使所有的入射光落在作用區(qū)（耗盡區(qū)內(nèi)），必須采取如

8、下措施：光落在作用區(qū)（耗盡區(qū)內(nèi)），必須采取如下措施： 減小入射表面的反射率；減小入射表面的反射率； 盡量減小光子在表面層被吸收的可能性，增盡量減小光子在表面層被吸收的可能性，增加耗盡區(qū)的寬度，使光子在耗盡區(qū)被充分吸收加耗盡區(qū)的寬度，使光子在耗盡區(qū)被充分吸收。 PIN光電二極管就是基于此種設(shè)計(jì)思想的一光電二極管就是基于此種設(shè)計(jì)思想的一種器件。種器件。精選ppt一一.PIN光電二極管的結(jié)構(gòu)光電二極管的結(jié)構(gòu) PN結(jié)的中間是一個(gè)接近本征，結(jié)的中間是一個(gè)接近本征，摻雜很低的摻雜很低的N區(qū)，稱為區(qū)，稱為I層，層，I層很厚。兩側(cè)是摻雜濃度很層很厚。兩側(cè)是摻雜濃度很高的高的P型和型和N型半導(dǎo)體，用型半導(dǎo)體，用

9、P+和和N+表示，表示，P+層和層和N+層很薄。層很薄。則在則在P+層和層和I層之間形成了一層之間形成了一個(gè)耗盡層，通過調(diào)整材料的個(gè)耗盡層，通過調(diào)整材料的摻雜濃度和加上適當(dāng)?shù)姆聪驌诫s濃度和加上適當(dāng)?shù)姆聪蚱珘?，就可以將耗盡層拓寬偏壓，就可以將耗盡層拓寬到整個(gè)到整個(gè)I層。層。 由于由于P+層和層和N+層都很薄，這樣耗盡區(qū)幾乎占據(jù)了整個(gè)層都很薄，這樣耗盡區(qū)幾乎占據(jù)了整個(gè)PN結(jié)，光在結(jié)，光在零電場(chǎng)區(qū)被吸收的可能性很小，零電場(chǎng)區(qū)被吸收的可能性很小，從而提高光電轉(zhuǎn)從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。換效率。精選ppt二二PIN光電二極管的基本特性光電二極管的基本特性1.1.光電轉(zhuǎn)換效率光電轉(zhuǎn)換效率 響應(yīng)度響應(yīng)度 ：定義

10、為輸出光生電流：定義為輸出光生電流 和入射光功和入射光功率率 的比值。的比值。 PI0P量子效率量子效率 ：定義為一次光生電子：定義為一次光生電子-空穴對(duì)和入空穴對(duì)和入射光子數(shù)的比值射光子數(shù)的比值 式中式中 為入射光功率，為入射光功率， 為光生電流，為光生電流， 為光子能量，為光子能量，為電子電荷。為電子電荷。 0PPIhfe精選ppt 量子效率量子效率 和響應(yīng)度和響應(yīng)度 取決于材料的特性和器取決于材料的特性和器件的結(jié)構(gòu)。件的結(jié)構(gòu)。 假設(shè)假設(shè):器件表面反射率為零；器件表面反射率為零；P層和層和N層對(duì)量子效率的層對(duì)量子效率的貢獻(xiàn)為零；僅僅耗盡區(qū)（貢獻(xiàn)為零；僅僅耗盡區(qū)（I區(qū)）里吸收的光子才能有效的

11、轉(zhuǎn)區(qū)）里吸收的光子才能有效的轉(zhuǎn)化成光電流?；晒怆娏鳌?則則PIN光電二極管的量子效率可近似表示為：光電二極管的量子效率可近似表示為： 式中式中 和和 分別為耗盡區(qū)（分別為耗盡區(qū)（I區(qū)）的吸收系數(shù)和厚度。區(qū)）的吸收系數(shù)和厚度。 w 可見，當(dāng)可見，當(dāng) 1時(shí)，時(shí)， 所以為提高量子效率所以為提高量子效率 ，I層的厚度層的厚度 要足夠大。要足夠大。 w1w精選ppt2.2.暗電流暗電流 暗電流暗電流Id：是在反向偏壓條件下，沒有入射：是在反向偏壓條件下，沒有入射光時(shí)，光電二極管產(chǎn)生的反向電流。光時(shí)，光電二極管產(chǎn)生的反向電流。 包括：晶體材料表面缺陷形成的泄漏電流和包括：晶體材料表面缺陷形成的泄漏電流和

12、載流子熱擴(kuò)散形成的本征暗電流。載流子熱擴(kuò)散形成的本征暗電流。 暗電流與光電二極管的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)暗電流與光電二極管的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān) 例如：例如：Si材料的材料的PIN，Id100 nA。精選ppt3.3.噪聲噪聲n 噪聲是反映光電二極管特性的一個(gè)重要參數(shù)，噪聲是反映光電二極管特性的一個(gè)重要參數(shù)，它直接影響光接收機(jī)的靈敏度它直接影響光接收機(jī)的靈敏度n 光電二極管的噪聲光電二極管的噪聲:包括包括散粒噪聲散粒噪聲和和熱噪聲。熱噪聲。n 噪聲通常用噪聲通常用均方噪聲電流均方噪聲電流(在在1負(fù)載上消耗負(fù)載上消耗的噪聲功率的噪聲功率)來描述。來描述。 精選pptn(1)散粒噪聲：散粒噪聲：是由于帶電粒子產(chǎn)

13、生和運(yùn)動(dòng)的是由于帶電粒子產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性而引起的一種具有均勻頻譜的白噪聲。隨機(jī)性而引起的一種具有均勻頻譜的白噪聲。包括包括:量子噪聲、暗電流噪聲、漏電流噪聲量子噪聲、暗電流噪聲、漏電流噪聲n量子噪聲量子噪聲：是由于光電子產(chǎn)生和收集的統(tǒng)計(jì)特：是由于光電子產(chǎn)生和收集的統(tǒng)計(jì)特性造成的。性造成的。n量子噪聲電流的均方值量子噪聲電流的均方值: 其中：其中：IP為平均光電流；為平均光電流；e為電子電荷；為電子電荷；f為為噪聲帶寬。噪聲帶寬。精選ppt說明：說明：n1）量子噪聲伴隨著入射光信號(hào)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，）量子噪聲伴隨著入射光信號(hào)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，隨著信號(hào)的增大而增大；當(dāng)入射光信號(hào)消失，隨著信號(hào)的增大而增大

14、；當(dāng)入射光信號(hào)消失，量子噪聲也消失。量子噪聲也消失。n2）量子噪聲是一種不可克服的本征噪聲，它量子噪聲是一種不可克服的本征噪聲，它決定光接收機(jī)靈敏度的極限。決定光接收機(jī)靈敏度的極限。 精選pptn 暗電流噪聲暗電流噪聲: 暗電流是器件在反偏壓條件下，暗電流是器件在反偏壓條件下，沒有入射光時(shí)產(chǎn)生的反向直流電流。它是由于沒有入射光時(shí)產(chǎn)生的反向直流電流。它是由于PN結(jié)內(nèi)電子的熱擴(kuò)散形成的。結(jié)內(nèi)電子的熱擴(kuò)散形成的。n暗電流的均方值：暗電流的均方值： 其中：其中：Id為暗電流平均值；為暗電流平均值；精選ppt說明：說明：n1. 偏置電流增大，暗電偏置電流增大，暗電流增大；流增大；n2. 器件溫度升高，暗

15、電器件溫度升高，暗電流增大；流增大；n3.暗電流與光電二極管暗電流與光電二極管材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)。材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)。n例例:si-PIN，Id100nA。 精選pptn漏電流噪聲漏電流噪聲: 是由于器件表面物理缺陷引起的。是由于器件表面物理缺陷引起的。n 漏漏電流的均方值：電流的均方值：其中：其中：IL為漏電流平均值；為漏電流平均值；說明：漏電流和暗電流只能通過合理設(shè)計(jì)、良好說明：漏電流和暗電流只能通過合理設(shè)計(jì)、良好的結(jié)構(gòu)和嚴(yán)格的工藝來降低。的結(jié)構(gòu)和嚴(yán)格的工藝來降低。 精選pptn(2)熱噪聲：熱噪聲：任何電阻都具有熱噪聲。只要溫度任何電阻都具有熱噪聲。只要溫度高于絕對(duì)零度，電阻中大量的電子就會(huì)在熱

16、激高于絕對(duì)零度，電阻中大量的電子就會(huì)在熱激勵(lì)下作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，由此在電阻上形成無規(guī)則勵(lì)下作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，由此在電阻上形成無規(guī)則弱電流，形成電阻的熱噪聲。弱電流，形成電阻的熱噪聲。n包括：包括：負(fù)載電阻和后繼放大器輸入電阻負(fù)載電阻和后繼放大器輸入電阻產(chǎn)生的產(chǎn)生的熱噪聲。熱噪聲。n均方熱噪聲電流：均方熱噪聲電流：式中：式中：k=1.3810-23J/K為波爾茲曼常數(shù)；為波爾茲曼常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；為絕對(duì)溫度；R為等效電阻，是負(fù)載電阻和放大器輸入電阻的并聯(lián)為等效電阻，是負(fù)載電阻和放大器輸入電阻的并聯(lián).精選pptnPIN光電二極管的總均方噪聲電流為：光電二極管的總均方噪聲電流為： 精選ppt5 51 13

17、 3 雪崩光電二極管（雪崩光電二極管（APDAPD） 一一APD的工作原理的工作原理 隨著反向偏壓的增加，隨著反向偏壓的增加，開始光電流基本保持不變。開始光電流基本保持不變。當(dāng)反向偏壓增加到一定數(shù)值當(dāng)反向偏壓增加到一定數(shù)值時(shí)，光電流急劇增加，最后時(shí)，光電流急劇增加，最后器件被擊穿，這個(gè)電壓稱為器件被擊穿，這個(gè)電壓稱為擊穿電壓擊穿電壓UB。 APD就是根據(jù)這種特性就是根據(jù)這種特性設(shè)計(jì)的器件。設(shè)計(jì)的器件。 精選ppt 根據(jù)光電效應(yīng)，當(dāng)光入射到根據(jù)光電效應(yīng)，當(dāng)光入射到PN結(jié)時(shí)，光子被吸收而產(chǎn)生結(jié)時(shí)，光子被吸收而產(chǎn)生電子電子-空穴對(duì)?？昭▽?duì)。如果反向電壓增加到是電場(chǎng)如果反向電壓增加到是電場(chǎng)達(dá)到達(dá)到20

18、0kV/cm以上，初始以上，初始電子（一次電子）在高電場(chǎng)電子（一次電子）在高電場(chǎng)區(qū)獲得足夠的能量而加速運(yùn)區(qū)獲得足夠的能量而加速運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的電子和晶格動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的電子和晶格原子相碰撞，使晶格原子電原子相碰撞，使晶格原子電離，產(chǎn)生新的電子離，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)，空穴對(duì)，這個(gè)過程稱為這個(gè)過程稱為碰撞電離碰撞電離。 新產(chǎn)生的二次電子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，新產(chǎn)生的二次電子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，致使載流子產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，致使載流子雪崩式倍增雪崩式倍增，見圖。所以這種，見圖。所以這種器件就被稱為器件就被稱為雪崩光電二極管（雪崩光電二極管（APD）。）。精選ppt二二APD

19、的倍增因子的倍增因子 由于雪崩倍增效應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過程，所以用這由于雪崩倍增效應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過程，所以用這種效應(yīng)對(duì)一次光生電流產(chǎn)生的平均增益的倍數(shù)來描述它的種效應(yīng)對(duì)一次光生電流產(chǎn)生的平均增益的倍數(shù)來描述它的放大作用，即用放大作用，即用倍增因子倍增因子 來定義。來定義。 g根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，并考慮到器件體電阻的影響，可以表示為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，并考慮到器件體電阻的影響，可以表示為g式中式中 為為APD擊穿電壓，為與材料特性和入射光波長(zhǎng)有擊穿電壓，為與材料特性和入射光波長(zhǎng)有關(guān)的常數(shù)，關(guān)的常數(shù)，R為為APD體電阻。現(xiàn)有的體電阻?，F(xiàn)有的APD的的 值已達(dá)幾值已達(dá)幾十到上百，隨反向偏壓，波長(zhǎng)和溫度而變化。十到上

20、百，隨反向偏壓，波長(zhǎng)和溫度而變化。 BUgn精選ppt 三三. APD的結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)類型 在光通信中常用的在光通信中常用的APD有如下幾中結(jié)構(gòu)類型。有如下幾中結(jié)構(gòu)類型。 保護(hù)環(huán)型（保護(hù)環(huán)型（GAPD ） 短波段短波段 （0.85um） 拉通型（拉通型（RAPD） SAM（Separated Absorption 長(zhǎng)波段長(zhǎng)波段 and multiplexing）（1.3 um1.55 um） SAGM （帶隙漸變型（帶隙漸變型SAM） 精選ppt1.1.拉通型（拉通型（RAPDRAPD） 當(dāng)偏置電壓逐漸升高時(shí)，峰值電場(chǎng)超過雪崩效應(yīng)所需最低電壓，就會(huì)發(fā)生雪崩效應(yīng)。同時(shí)，耗盡區(qū)已經(jīng)“拉通”到了整個(gè)

21、 區(qū)。雖然 區(qū)的電場(chǎng)比高場(chǎng)區(qū)低，但也足以保證載流子有較高的漂移速度。 入射光子在 區(qū)被吸收后，產(chǎn)生一次電子-空穴對(duì)，其中的一次電子在電場(chǎng)的作用下向PN結(jié)漂移，并在那里產(chǎn)生雪崩效應(yīng)，而一次空穴在電場(chǎng)的作用下移向P+區(qū)，被外電路收集。 P+和N+為高摻雜低阻區(qū)，壓降很小，偏置電壓基本上都落在高阻的PN結(jié)上。低摻雜的本征區(qū) 很寬，電場(chǎng)較低，大部分入射光子在此區(qū)被吸收并建立最初的電子空穴對(duì)。 當(dāng)偏置電壓較低時(shí)，電場(chǎng)分布如圖中虛線所示，這時(shí)本征區(qū)也未耗盡，而且峰值電場(chǎng)較低，不會(huì)發(fā)生碰撞電離。精選ppt5 52 2光接收機(jī)光接收機(jī)5 52 21 1數(shù)字光接收機(jī)的基本組成數(shù)字光接收機(jī)的基本組成5 52 22

22、 2數(shù)字光接收機(jī)的噪聲數(shù)字光接收機(jī)的噪聲5 52 23 3誤碼率誤碼率5 52 24 4靈敏度靈敏度5 52 25 5 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍精選pptn光接收機(jī)功能光接收機(jī)功能: : 把從光纖線路輸出，產(chǎn)生畸變和衰減的把從光纖線路輸出，產(chǎn)生畸變和衰減的微弱微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，并經(jīng)放大和處理，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)n主要組成部分：光檢測(cè)器（核心）主要組成部分：光檢測(cè)器（核心）精選ppt5 52 21 1數(shù)字光接收機(jī)的基本組成數(shù)字光接收機(jī)的基本組成 精選ppt1 1光檢測(cè)器：光檢測(cè)器：實(shí)現(xiàn)電實(shí)現(xiàn)電/ /光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件。即光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件。即對(duì)光進(jìn)

23、行解調(diào)。對(duì)光進(jìn)行解調(diào)。2放大器放大器：包括：包括前置放大器前置放大器和和主放大器主放大器： n前置放大器前置放大器：n 低噪聲、高增益和足夠的帶寬特性，以獲得較低噪聲、高增益和足夠的帶寬特性，以獲得較大的信噪比。大的信噪比。n 它的噪聲對(duì)光接收機(jī)的靈敏度影響很大它的噪聲對(duì)光接收機(jī)的靈敏度影響很大n 輸出一般為毫伏數(shù)量級(jí)。輸出一般為毫伏數(shù)量級(jí)。 精選pptn主放大器主放大器： n作用：作用：是提供足夠的增益，將前置放大器輸出是提供足夠的增益，將前置放大器輸出的信號(hào)電平放大到判決電路所需要的信號(hào)電平。的信號(hào)電平放大到判決電路所需要的信號(hào)電平。n一般是多級(jí)放大器一般是多級(jí)放大器;n是一個(gè)增益可調(diào)節(jié)的

24、放大器。是一個(gè)增益可調(diào)節(jié)的放大器。 它的增益受它的增益受AGC電路（自動(dòng)增益控制電路）的控電路（自動(dòng)增益控制電路）的控制，以使輸出的電信號(hào)的幅度在一定范圍內(nèi)不受輸制，以使輸出的電信號(hào)的幅度在一定范圍內(nèi)不受輸入光信號(hào)幅度的影響入光信號(hào)幅度的影響。 精選ppt3、均衡器：、均衡器： n（1）沒有均衡器出現(xiàn)的問題）沒有均衡器出現(xiàn)的問題 ：從接收機(jī)主放：從接收機(jī)主放大器輸出的脈沖形狀將不會(huì)再是矩形了，將可大器輸出的脈沖形狀將不會(huì)再是矩形了，將可能出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾。這種拖尾現(xiàn)象將會(huì)使前、能出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾。這種拖尾現(xiàn)象將會(huì)使前、后碼元的波形重疊產(chǎn)生碼間干擾后碼元的波形重疊產(chǎn)生碼間干擾n對(duì)于一個(gè)實(shí)際的傳輸系統(tǒng)

25、（包括信道，放大器，濾對(duì)于一個(gè)實(shí)際的傳輸系統(tǒng)（包括信道，放大器，濾波器等），其頻帶總是受限的，結(jié)果使輸出波形有波器等），其頻帶總是受限的，結(jié)果使輸出波形有很大的拖尾，使前后碼元在波形上相互重疊，而產(chǎn)很大的拖尾，使前后碼元在波形上相互重疊，而產(chǎn)生碼間干擾。生碼間干擾。 精選pptn（2）均衡器作用：使經(jīng)過均衡器以后的波形）均衡器作用：使經(jīng)過均衡器以后的波形成為有利于判決的波形。成為有利于判決的波形。n在本碼判決時(shí)刻波形的瞬時(shí)值應(yīng)為最大值；在本碼判決時(shí)刻波形的瞬時(shí)值應(yīng)為最大值；n這個(gè)本碼波形的拖尾在鄰碼判決時(shí)刻的瞬時(shí)值這個(gè)本碼波形的拖尾在鄰碼判決時(shí)刻的瞬時(shí)值應(yīng)為應(yīng)為0。 n一般用具有升余弦頻譜的碼

26、元脈沖波形一般用具有升余弦頻譜的碼元脈沖波形 精選ppt4、再生電路：、再生電路：包括包括判決器判決器和和時(shí)鐘提取電路時(shí)鐘提取電路n-作用：將均衡器輸出的升余弦波形信號(hào)，恢復(fù)作用：將均衡器輸出的升余弦波形信號(hào)，恢復(fù)為原發(fā)送為原發(fā)送“0”或或“1”的數(shù)字信號(hào)。的數(shù)字信號(hào)。n再生過程：再生過程：n為了能從均衡器的輸出信號(hào)判決出是為了能從均衡器的輸出信號(hào)判決出是“0”還是還是“1”碼，首先要確定判決的時(shí)刻，這就要從升余弦波形碼，首先要確定判決的時(shí)刻，這就要從升余弦波形中提取準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)。中提取準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)。n時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)囊葡嗪?，在最佳的取樣時(shí)刻對(duì)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)囊葡嗪?，在最佳的取樣時(shí)刻對(duì)

27、升余弦波形進(jìn)行取樣，然后將取樣幅度與判決閾值升余弦波形進(jìn)行取樣，然后將取樣幅度與判決閾值進(jìn)行比較，確定碼元是進(jìn)行比較，確定碼元是“0”還是還是“1”，從而把升余，從而把升余弦波形恢復(fù)再生成原傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。弦波形恢復(fù)再生成原傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。 精選ppt5 52 22 2數(shù)字光接收機(jī)的噪聲數(shù)字光接收機(jī)的噪聲一光接收機(jī)噪聲的分類一光接收機(jī)噪聲的分類二噪聲分析的一般方法二噪聲分析的一般方法三光接收機(jī)的噪聲等效模型三光接收機(jī)的噪聲等效模型四放大器噪聲的計(jì)算四放大器噪聲的計(jì)算五前置放大器的類型五前置放大器的類型精選ppt一光接收機(jī)噪聲的分類一光接收機(jī)噪聲的分類 光接收機(jī)的噪聲有兩部分：光接收機(jī)的噪聲有兩

28、部分：外部噪聲外部噪聲和和內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲。n外部噪聲外部噪聲：由外部電磁干擾產(chǎn)生的。可以通：由外部電磁干擾產(chǎn)生的?？梢酝ㄟ^屏蔽或?yàn)V波來消除。過屏蔽或?yàn)V波來消除。 n內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲：是在信號(hào)檢測(cè)和放大過程中引入：是在信號(hào)檢測(cè)和放大過程中引入的隨機(jī)噪聲。的隨機(jī)噪聲。n主要包括：主要包括：光檢測(cè)器的噪聲光檢測(cè)器的噪聲、前置放大器前置放大器的噪聲的噪聲和和熱噪聲。熱噪聲。 精選ppt光檢測(cè)器的噪聲：光檢測(cè)器的噪聲：如量子噪聲，暗電流噪聲，如量子噪聲，暗電流噪聲，漏電流噪聲，漏電流噪聲，APD的倍增噪聲的倍增噪聲前置放大器的噪聲前置放大器的噪聲：放大器的噪聲主要由前置：放大器的噪聲主要由前置放大器噪

29、聲決定。因?yàn)榍爸眉?jí)輸入的是微弱信放大器噪聲決定。因?yàn)榍爸眉?jí)輸入的是微弱信號(hào)，其噪聲對(duì)輸出信噪比影響很大。號(hào)，其噪聲對(duì)輸出信噪比影響很大。 熱噪聲熱噪聲：負(fù)載電阻上的熱噪聲和放大電路中產(chǎn)：負(fù)載電阻上的熱噪聲和放大電路中產(chǎn)生的熱噪聲。生的熱噪聲。 精選ppt精選ppt二噪聲分析的一般方法二噪聲分析的一般方法n噪聲是一種隨機(jī)過程，它的值并不能預(yù)噪聲是一種隨機(jī)過程，它的值并不能預(yù)先確定，在不同的時(shí)刻測(cè)量噪聲時(shí)所得先確定，在不同的時(shí)刻測(cè)量噪聲時(shí)所得的結(jié)果也常常是不一樣的，因此，對(duì)噪的結(jié)果也常常是不一樣的，因此，對(duì)噪聲的分析應(yīng)采用隨機(jī)過程的分析方法。聲的分析應(yīng)采用隨機(jī)過程的分析方法。 精選ppt精選ppt

30、精選ppt3平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜密度平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜密度 n設(shè)有時(shí)間函數(shù)設(shè)有時(shí)間函數(shù)x（t），），-t+，假設(shè)，假設(shè)x（t）滿足）滿足荻氏條件，且絕對(duì)可積，那么荻氏條件，且絕對(duì)可積，那么x（t）的傅立葉變換）的傅立葉變換為為nx（t）和）和FX（w）之間有以下的巴塞伐（）之間有以下的巴塞伐（parseval）等式成立等式成立 n等式左邊的積分表示等式左邊的積分表示x（t）在（）在（-，+）上）上的總能量。的總能量。精選pptn把函數(shù)把函數(shù)x（t）限制在（）限制在（-T，T）時(shí)間間隔內(nèi)的可）時(shí)間間隔內(nèi)的可得到：得到：n上式的左邊表示平均功率：上式的左邊表示平均功率：n函數(shù)函數(shù)x（t）的雙邊平

31、均功率譜密度（簡(jiǎn)稱功率）的雙邊平均功率譜密度（簡(jiǎn)稱功率譜密度）為：譜密度）為： 精選ppt4.4.線形系統(tǒng)對(duì)隨機(jī)輸入的響應(yīng)線形系統(tǒng)對(duì)隨機(jī)輸入的響應(yīng) n線形系統(tǒng)在這里指時(shí)不變線形系統(tǒng)。線形系統(tǒng)在這里指時(shí)不變線形系統(tǒng)。n系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)：當(dāng)系統(tǒng)的輸入是單位脈沖時(shí)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)：當(dāng)系統(tǒng)的輸入是單位脈沖時(shí)（t）時(shí)，相應(yīng)的系統(tǒng)的輸出稱為系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函）時(shí)，相應(yīng)的系統(tǒng)的輸出稱為系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)，記作數(shù)，記作HT（t）。）。n頻率響應(yīng)函數(shù)（或傳遞函數(shù)）：頻率響應(yīng)函數(shù)（或傳遞函數(shù)）：HT（t）的傅氏變換）的傅氏變換HT（w）稱為系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)（或傳遞函數(shù)）。）稱為系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)（或傳遞函數(shù)）

32、。精選pptn 若對(duì)此線形系統(tǒng)輸入信號(hào)若對(duì)此線形系統(tǒng)輸入信號(hào)x(t)，則輸出信號(hào)的波形，則輸出信號(hào)的波形和頻譜為：和頻譜為：n 線形系統(tǒng)在平穩(wěn)輸入的條件下，其輸出也是平穩(wěn)線形系統(tǒng)在平穩(wěn)輸入的條件下，其輸出也是平穩(wěn)的。系統(tǒng)的輸出譜密度等于輸入譜密度乘以系統(tǒng)的的。系統(tǒng)的輸出譜密度等于輸入譜密度乘以系統(tǒng)的功率增益因子功率增益因子|HT(w)|2,即即精選ppt三光接收機(jī)的噪聲等效模型三光接收機(jī)的噪聲等效模型 n把所有的噪聲源都等效到光接收機(jī)的輸入端，把所有的噪聲源都等效到光接收機(jī)的輸入端，光接收機(jī)的輸入端的噪聲等效模型如圖。光接收機(jī)的輸入端的噪聲等效模型如圖。 精選ppt說明：說明：n光檢測(cè)器等效為

33、電流源，光檢測(cè)器等效為電流源，n：光檢測(cè)器的量子噪聲的均方噪聲電流，功率譜密：光檢測(cè)器的量子噪聲的均方噪聲電流，功率譜密度分別為度分別為Sqn：光檢測(cè)器的暗電流噪聲的均方噪聲電流（等效噪：光檢測(cè)器的暗電流噪聲的均方噪聲電流（等效噪聲功率），功率譜密度為聲功率），功率譜密度為Sd。n R為偏置電阻，為偏置電阻，C為電容（結(jié)電容和其他電容），為電容（結(jié)電容和其他電容），ib為偏置電阻的熱噪聲電流。為偏置電阻的熱噪聲電流。n 放大器放大器:分解為理想放大器和等效電流源分解為理想放大器和等效電流源和電和電壓源壓源，其功率譜密度分別為，其功率譜密度分別為SI和和SE。Rin是放是放大器的輸入電阻。大器的

34、輸入電阻。 精選pptn光檢測(cè)器的噪聲特性光檢測(cè)器的噪聲特性參見512 節(jié)PIN光電二極管的基本特性。n偏置電阻的熱噪聲偏置電阻的熱噪聲：偏置電阻具有熱噪聲，只要偏置電阻具有熱噪聲，只要溫度大于絕對(duì)溫度，電阻中大量的電子就會(huì)在熱溫度大于絕對(duì)溫度，電阻中大量的電子就會(huì)在熱激勵(lì)下作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在電阻上形成不規(guī)激勵(lì)下作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在電阻上形成不規(guī)則變化的微弱電流，形成電阻的熱噪聲。則變化的微弱電流，形成電阻的熱噪聲。精選ppt1.帶有熱噪聲的電阻等效方式帶有熱噪聲的電阻等效方式可以有兩種等效方式：可以有兩種等效方式：n一種是等效一種是等效為一個(gè)無噪聲的電阻和一個(gè)噪聲電為一個(gè)無噪聲的電阻和

35、一個(gè)噪聲電流源并聯(lián)。流源并聯(lián)。（上圖中就是這樣等效的。（上圖中就是這樣等效的。n并聯(lián)電流噪聲源的功率譜密度為：并聯(lián)電流噪聲源的功率譜密度為：式中：式中：k k為玻耳茲曼常數(shù)，為玻耳茲曼常數(shù)，k k=1.38=1.381010-23-23J/KJ/K；K K為為絕對(duì)溫度。絕對(duì)溫度。上式表明，電阻的熱噪聲隨溫度的升高而加大。上式表明，電阻的熱噪聲隨溫度的升高而加大。 精選pptn另一種是等效為另一種是等效為一個(gè)無噪聲的電阻和一個(gè)噪一個(gè)無噪聲的電阻和一個(gè)噪聲電壓源的串聯(lián)。聲電壓源的串聯(lián)。n串聯(lián)噪聲電壓源的功率譜密度為：串聯(lián)噪聲電壓源的功率譜密度為：精選ppt四放大器噪聲的計(jì)算四放大器噪聲的計(jì)算1放大

36、器輸入端的噪聲源放大器輸入端的噪聲源 （1）放大器的噪聲包括）放大器的噪聲包括電阻的熱噪聲電阻的熱噪聲及有源器件及有源器件（雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）的（雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）的散粒噪聲散粒噪聲。將所。將所有噪聲源都等效到輸入端。有噪聲源都等效到輸入端。（2）放大器中各個(gè)噪聲源都可以認(rèn)為是高斯分布放大器中各個(gè)噪聲源都可以認(rèn)為是高斯分布的平穩(wěn)隨機(jī)過程。的平穩(wěn)隨機(jī)過程。 n放大器噪聲的概率密度函數(shù)可以表示為高斯函放大器噪聲的概率密度函數(shù)可以表示為高斯函數(shù)：數(shù)： 精選pptn（3）均值為）均值為0的高斯噪聲的方差的高斯噪聲的方差2實(shí)際就代表實(shí)際就代表噪聲電壓或（電流）的平方的平均值，即為噪噪聲電壓或

37、（電流）的平方的平均值，即為噪聲平均功率。聲平均功率。n（4）概率密度為高斯函數(shù)的各個(gè)隨機(jī)噪聲，它概率密度為高斯函數(shù)的各個(gè)隨機(jī)噪聲，它們之和的概率密度仍是高斯函數(shù)，而且總噪聲們之和的概率密度仍是高斯函數(shù)，而且總噪聲的方差等于各個(gè)噪聲源的方差之和。的方差等于各個(gè)噪聲源的方差之和。n（5）計(jì)算放大器的輸出噪聲應(yīng)求得各個(gè)噪聲源）計(jì)算放大器的輸出噪聲應(yīng)求得各個(gè)噪聲源的方差，然后求和得到輸出端總噪聲電壓的方的方差，然后求和得到輸出端總噪聲電壓的方差。差。精選ppt2放大器輸出噪聲電壓的計(jì)算方法放大器輸出噪聲電壓的計(jì)算方法 (1) 用輸入端各噪聲源的功率譜密度乘以放大器用輸入端各噪聲源的功率譜密度乘以放大

38、器的功率功率增益因子，可得到輸出端的功率譜的功率功率增益因子，可得到輸出端的功率譜密度。密度。其中：其中：n|ZT(w)|2 是放大器的功率增益因子是放大器的功率增益因子nZT(w)是放大器的傳遞函數(shù)，它表示輸入電流和輸出電是放大器的傳遞函數(shù)，它表示輸入電流和輸出電壓之間的傳遞關(guān)系，實(shí)為轉(zhuǎn)移阻抗。壓之間的傳遞關(guān)系，實(shí)為轉(zhuǎn)移阻抗。精選ppt（2）輸出端功率譜密度）輸出端功率譜密度SY（w）對(duì)）對(duì)w積分，得到積分，得到輸出端的各噪聲電壓的方差（或稱為噪聲功率）輸出端的各噪聲電壓的方差（或稱為噪聲功率）（3）由于放大器的各噪聲源的概率分布函數(shù)均為）由于放大器的各噪聲源的概率分布函數(shù)均為高斯函數(shù)，所以

39、輸出端總噪聲電壓的方差等于各高斯函數(shù)，所以輸出端總噪聲電壓的方差等于各噪聲源方差之和。噪聲源方差之和。 精選ppt 說明：說明： 計(jì)算時(shí)，輸入端的串聯(lián)電壓噪聲源首先要乘以計(jì)算時(shí)，輸入端的串聯(lián)電壓噪聲源首先要乘以輸入導(dǎo)納（輸入導(dǎo)納（1/Rt+iwC）的絕對(duì)值的平方，轉(zhuǎn)換成）的絕對(duì)值的平方，轉(zhuǎn)換成電流源，然后再乘以功率增益因子電流源，然后再乘以功率增益因子|ZT(w)|2。式中。式中Rt=RRin。n根據(jù)根據(jù)上述的步驟，可以算出根據(jù)根據(jù)上述的步驟，可以算出放大器的總噪聲放大器的總噪聲電壓的方差為：電壓的方差為：精選ppt五前置放大器的類型五前置放大器的類型 放大器的噪聲特性取決于所采用的前置放大器

40、的噪聲特性取決于所采用的前置放大器的類型放大器的類型。n1.1.前置放大器的分類：前置放大器的分類：n雙極型晶體管前置放大器雙極型晶體管前置放大器n場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器n跨阻型前置放大器跨阻型前置放大器精選ppt精選ppt2 2三種類型前置放大器的比較：三種類型前置放大器的比較： n 雙極型晶體管前置放大器：輸入阻抗低，線路簡(jiǎn)雙極型晶體管前置放大器：輸入阻抗低，線路簡(jiǎn)單；接收機(jī)不需要或只需要很少的均衡，碼間干單；接收機(jī)不需要或只需要很少的均衡，碼間干擾??；適用于高速率傳輸系統(tǒng)。擾?。贿m用于高速率傳輸系統(tǒng)。n 場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器：輸入阻抗高，噪聲?。桓邎?chǎng)效應(yīng)管前置放大器：輸入阻抗

41、高，噪聲?。桓哳l特性差，適用于低速率傳輸系統(tǒng)。頻特性差，適用于低速率傳輸系統(tǒng)。n 跨阻型前置放大器：是一個(gè)性能優(yōu)良的電流跨阻型前置放大器：是一個(gè)性能優(yōu)良的電流-電壓電壓轉(zhuǎn)換器；具有寬頻率低噪聲的優(yōu)點(diǎn)；轉(zhuǎn)換器；具有寬頻率低噪聲的優(yōu)點(diǎn)；n根據(jù)目前已報(bào)導(dǎo)的根據(jù)目前已報(bào)導(dǎo)的Gbit/s速率的光接收機(jī)的情況看，前速率的光接收機(jī)的情況看，前置放大器有采用跨阻型也有采用低阻型的。置放大器有采用跨阻型也有采用低阻型的。 精選ppt5 52 23 3誤碼率誤碼率一一.誤碼的產(chǎn)生誤碼的產(chǎn)生:n在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，接收端的光信號(hào)經(jīng)在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，接收端的光信號(hào)經(jīng)檢測(cè)，放大，均衡后，進(jìn)行判決，再生。檢測(cè)，放大

42、，均衡后，進(jìn)行判決，再生。n判決判決,再生的過程再生的過程:見下圖見下圖精選pptn判決是通過時(shí)鐘信號(hào)的上升沿在最佳的時(shí)刻對(duì)接收的數(shù)字判決是通過時(shí)鐘信號(hào)的上升沿在最佳的時(shí)刻對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行取樣。信號(hào)進(jìn)行取樣。 n然后將取樣值與判決閾值進(jìn)行比較，若取樣幅度大于判決然后將取樣值與判決閾值進(jìn)行比較，若取樣幅度大于判決閾值，則判為閾值，則判為“1”，若取樣幅度小于判決閾值，則判為，若取樣幅度小于判決閾值，則判為“0”，從而使信號(hào)得到再生。，從而使信號(hào)得到再生。n由于噪聲的存在，接收信號(hào)就有被誤判的可能性。由于噪聲的存在，接收信號(hào)就有被誤判的可能性。 精選pptn誤碼率誤碼率：接收碼元被錯(cuò)誤判決的概

43、率，接收碼元被錯(cuò)誤判決的概率，稱為誤碼率。（在二元制的情況下，等稱為誤碼率。（在二元制的情況下，等于誤比特率，于誤比特率，BER） BER錯(cuò)誤碼元數(shù)錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸總的碼元數(shù)傳輸總的碼元數(shù)精選ppt精選pptn光接收機(jī)輸出的噪聲的特性：光接收機(jī)輸出的噪聲的特性：n光接收機(jī)輸出的噪聲的特性概率分布十分復(fù)光接收機(jī)輸出的噪聲的特性概率分布十分復(fù)雜，包括放大器引入的噪聲和光檢測(cè)器的噪雜，包括放大器引入的噪聲和光檢測(cè)器的噪聲。聲。n前面分析過放大起引入的噪聲，是高斯分布前面分析過放大起引入的噪聲，是高斯分布的平穩(wěn)隨機(jī)過程，其概率密度函數(shù)為高斯函的平穩(wěn)隨機(jī)過程，其概率密度函數(shù)為高斯函數(shù)。數(shù)。n光電檢測(cè)過程

44、，尤其是雪崩光電檢測(cè)過程是光電檢測(cè)過程，尤其是雪崩光電檢測(cè)過程是一個(gè)非常復(fù)雜的隨機(jī)過程，它的概率密度函一個(gè)非常復(fù)雜的隨機(jī)過程，它的概率密度函數(shù)是非高斯型的。數(shù)是非高斯型的。 精選pptn假設(shè)：一般假設(shè)噪聲電流（或電壓）的瞬時(shí)值假設(shè)：一般假設(shè)噪聲電流（或電壓）的瞬時(shí)值服從服從高斯分布，高斯分布，其概率密度函數(shù)為其概率密度函數(shù)為式中：式中：x是代表噪聲這一高斯隨機(jī)變量的取值，均值是代表噪聲這一高斯隨機(jī)變量的取值，均值E（x）=0，方差，方差D（x）=2nNA為前置放大器的平均噪聲功率；為前置放大器的平均噪聲功率；nND為光檢測(cè)器的平均噪聲功率；為光檢測(cè)器的平均噪聲功率；nN0為總的平均噪聲功率。為

45、總的平均噪聲功率。精選ppt（1）發(fā)）發(fā)“0”碼時(shí)碼時(shí) 平均噪聲功率平均噪聲功率N0=NA，NA為前置發(fā)達(dá)器的平均噪聲為前置發(fā)達(dá)器的平均噪聲功率；這時(shí)沒有光信號(hào)輸入，光檢測(cè)器的平均噪聲功率功率；這時(shí)沒有光信號(hào)輸入，光檢測(cè)器的平均噪聲功率ND=0（略去暗電流）。（略去暗電流）。 n發(fā)發(fā)“0”碼條件下噪聲的概率密度函數(shù)：碼條件下噪聲的概率密度函數(shù)： 注：均值為注：均值為0的高斯噪聲的方差的高斯噪聲的方差2就是平均噪聲功率就是平均噪聲功率N0 n把把“0”碼誤判為碼誤判為“1”碼的概率碼的概率：等于：等于I0D的概的概率率 精選ppt（2）發(fā)）發(fā)“1”碼時(shí)：碼時(shí)： 平均噪聲功率：平均噪聲功率：N1=

46、 NA+ND；ND為光檢測(cè)器的平均噪聲為光檢測(cè)器的平均噪聲功率；功率； 噪聲電流幅度：噪聲電流幅度：I1-Im； 判決條件：判決條件：I1-Im Im-D(即即I1D)精選pptn把把“1”碼誤判為碼誤判為“0”碼的概率碼的概率：等于等于I1-Im Im-D(即即I1D)的概率。的概率。 精選ppt（3）總誤碼率）總誤碼率 n“0”碼和碼和“1”碼的誤碼率一般是不相同的，但碼的誤碼率一般是不相同的，但對(duì)于對(duì)于“0”碼和碼和“1”碼等概率而言，一般認(rèn)為碼等概率而言，一般認(rèn)為Pe，01= Pe，10時(shí)可使誤碼率達(dá)到最小。時(shí)可使誤碼率達(dá)到最小。 精選pptn超擾比超擾比Q： 說明：只要知道說明：只要

47、知道Q值，就可以根據(jù)總誤碼率的計(jì)算公式值，就可以根據(jù)總誤碼率的計(jì)算公式求出誤碼率，結(jié)果如圖。求出誤碼率，結(jié)果如圖。例：例：Q=6，BER10-9；Q=7，BER10-12。 精選pptn數(shù)字通信要求，如果誤比特率小于數(shù)字通信要求，如果誤比特率小于10-6，則基本上可以恢復(fù)原來的數(shù)字信號(hào)。如則基本上可以恢復(fù)原來的數(shù)字信號(hào)。如果誤比特率大于果誤比特率大于10-3，則基本上不能進(jìn)行，則基本上不能進(jìn)行正常的電話通信。正常的電話通信。n一般要求系統(tǒng)的誤比特率小于一般要求系統(tǒng)的誤比特率小于10-9，即，即10億個(gè)脈沖中只容許發(fā)生一個(gè)誤億個(gè)脈沖中只容許發(fā)生一個(gè)誤碼。碼。 精選ppt524靈敏度靈敏度n一一.

48、靈敏度的一般計(jì)算方法靈敏度的一般計(jì)算方法n二理想光接收機(jī)的靈敏度二理想光接收機(jī)的靈敏度精選ppt 靈敏度是光接收機(jī)的最重要的性能指標(biāo)。靈敏度是光接收機(jī)的最重要的性能指標(biāo)。n靈敏度：靈敏度：是指保證達(dá)到給定的誤碼率是指保證達(dá)到給定的誤碼率(或信噪比）的或信噪比）的條件下，光接收機(jī)需要輸入的最小平均接收光功率條件下，光接收機(jī)需要輸入的最小平均接收光功率min?；蛘哒f在一定誤碼率條件下光接收機(jī)所能接?；蛘哒f在一定誤碼率條件下光接收機(jī)所能接收到的最小光功率。收到的最小光功率。n可用三種物理量表示：可用三種物理量表示：n最小平均光功率最小平均光功率Pminn每個(gè)光脈沖的最低平均能量每個(gè)光脈沖的最低平均能

49、量Edn每個(gè)光脈沖的最低平均光子數(shù)每個(gè)光脈沖的最低平均光子數(shù)n0精選ppt 接收靈敏度一般用接收靈敏度一般用dBm（毫瓦分貝）來表示，它是（毫瓦分貝）來表示，它是以以lmW光功率為基礎(chǔ)的絕對(duì)功率。光功率為基礎(chǔ)的絕對(duì)功率。說明：說明：n靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，能夠接收微弱靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，能夠接收微弱光信號(hào)的能力，提高靈敏度意味著可以接收更微弱的光光信號(hào)的能力，提高靈敏度意味著可以接收更微弱的光信號(hào)。信號(hào)。n影響靈敏度的主要因素是光檢測(cè)器和放大器引入的噪聲。影響靈敏度的主要因素是光檢測(cè)器和放大器引入的噪聲。精選ppt一一. .靈敏度的一般計(jì)算方法靈敏度的一般計(jì)算方法

50、( (1) )計(jì)算靈敏度，必須先求出光接收機(jī)輸出端總噪計(jì)算靈敏度，必須先求出光接收機(jī)輸出端總噪聲的概率密度函數(shù)聲的概率密度函數(shù)( (2) )再根據(jù)噪聲的概率密度函數(shù)計(jì)算出總誤碼率。再根據(jù)噪聲的概率密度函數(shù)計(jì)算出總誤碼率。( (3) )根據(jù)所要達(dá)到的誤碼率求靈敏度。根據(jù)所要達(dá)到的誤碼率求靈敏度。 精選pptn靈敏度計(jì)算的近似方法：靈敏度計(jì)算的近似方法：n光接收機(jī)輸出的噪聲的特性概率分布十分復(fù)雜光接收機(jī)輸出的噪聲的特性概率分布十分復(fù)雜 ,它的概率密度函數(shù)是非高斯型的。它的概率密度函數(shù)是非高斯型的。n所以精確計(jì)算光接收機(jī)的總噪聲的概率分布密所以精確計(jì)算光接收機(jī)的總噪聲的概率分布密度是十分困難的，常用

51、一些近似方法計(jì)算。度是十分困難的，常用一些近似方法計(jì)算。n一些常用的近似方法：一些常用的近似方法： 1） 重要性取樣法重要性取樣法 2） 切若夫界限法切若夫界限法 3） 高斯近似法：高斯近似法：CCITT推薦使用的方法。推薦使用的方法。n參見：參見：光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)顧畹儀，李國瑞，北京郵電大學(xué)顧畹儀，李國瑞，北京郵電大學(xué)出版社出版社 精選ppt二理想光接收機(jī)的靈敏度二理想光接收機(jī)的靈敏度n理想光接收機(jī)的定義：理想光接收機(jī)的定義：n假設(shè)光檢測(cè)器的暗電流為假設(shè)光檢測(cè)器的暗電流為0；n放大器無噪聲；放大器無噪聲；n只要光電二極管輸出一個(gè)電子只要光電二極管輸出一個(gè)電子-空穴對(duì)所產(chǎn)生空穴對(duì)所產(chǎn)生

52、的光電流，判決器就能判決出來。的光電流，判決器就能判決出來。n結(jié)論：結(jié)論：理想光接收機(jī)的靈敏度只受光檢測(cè)器的理想光接收機(jī)的靈敏度只受光檢測(cè)器的量子噪聲的限制量子噪聲的限制，因?yàn)榱孔釉肼暿前殡S光信號(hào)，因?yàn)榱孔釉肼暿前殡S光信號(hào)的隨機(jī)噪聲，只要有光信號(hào)的輸入，就有量子的隨機(jī)噪聲，只要有光信號(hào)的輸入，就有量子噪聲。噪聲。 精選ppt1誤碼率的計(jì)算誤碼率的計(jì)算 （1）發(fā)）發(fā)“0”碼時(shí)的誤碼率碼時(shí)的誤碼率：n 光檢測(cè)器沒有光輸入，由于光電二極管暗電光檢測(cè)器沒有光輸入，由于光電二極管暗電流為流為0，放大器無噪聲，所以光電二極管不輸，放大器無噪聲，所以光電二極管不輸出電子出電子-空穴對(duì)，放大器也無信號(hào)輸出；空穴對(duì)，放大器也無信號(hào)輸出；n 因此因此“0”碼誤碼為碼誤碼為“1”碼的概