第5章 光探測及光接收機

1、光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 1第第 5 章章 光探測和光接收機光探測和光接收機 光探測原理光探測原理 光電探測器光電探測器 數字光接收機數字光接收機 接收機信噪比（接收機信噪比（SNR） 接收機誤碼率和靈敏度接收機誤碼率和靈敏度 光接收機光接收機光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 2光探測器光探測器光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 3 一種一種43Gb/s DQPSK雙平衡接收機雙平衡接收機光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 4前前 言言 發(fā)射機發(fā)射的光信號經光纖傳輸后，由第發(fā)射機發(fā)射的光信號經光纖傳輸后，由第2章章我們知道，不僅幅度衰減了，而

2、且脈沖波形也我們知道，不僅幅度衰減了，而且脈沖波形也展寬了展寬了。 光接收機的作用就是檢測經過傳輸后的微弱光光接收機的作用就是檢測經過傳輸后的微弱光信號，并放大、整形、再生成原輸入信號。信號，并放大、整形、再生成原輸入信號。 它的主要器件是利用光電效應把光信號轉變?yōu)樗闹饕骷抢霉怆娦压庑盘栟D變?yōu)殡娦盘柕墓怆姍z測器。電信號的光電檢測器。 對光電檢測器的要求是靈敏度高、響應快、噪對光電檢測器的要求是靈敏度高、響應快、噪聲小、成本低和可靠性高，并且它的光敏面應聲小、成本低和可靠性高，并且它的光敏面應與光纖芯徑匹配。與光纖芯徑匹配。 用半導體材料制成的光電檢測器正好滿足這些用半導體材料制成的

3、光電檢測器正好滿足這些要求。要求。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 55.1 光探測原理光探測原理 發(fā)生受激吸收產生一個電子空穴對發(fā)生受激吸收產生一個電子空穴對; 在在 PN 結施加反向電壓的情況下，受結施加反向電壓的情況下，受激吸收過程生成的電子激吸收過程生成的電子 空穴對，在空穴對，在電場的作用下，在外電路形成光生電電場的作用下，在外電路形成光生電流。流。 當入射功率變化時，光生電流也隨之當入射功率變化時，光生電流也隨之線性變化，從而把光信號轉變成電流線性變化，從而把光信號轉變成電流信號。信號。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 6 假如入射光子的能量超過禁帶能量假如

4、入射光子的能量超過禁帶能量 Eg，耗盡區(qū)每次吸收一個光子，將產生一個耗盡區(qū)每次吸收一個光子，將產生一個電子空穴對，發(fā)生受激吸收。電子空穴對，發(fā)生受激吸收。光探測原理光探測原理-受激吸收受激吸收Ec c吸收光子后吸收光子后產生電子產生電子Ev光子光子h 輸入輸入(輸出電流)(輸出電流)光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 7在在 PN 結施加反向電壓的情況下，受激吸收過程生成的電子結施加反向電壓的情況下，受激吸收過程生成的電子 空穴空穴對在電場的作用下對在電場的作用下, 分別離開耗盡區(qū)，電子向分別離開耗盡區(qū)，電子向 N 區(qū)漂移，空穴向區(qū)漂移，空穴向 P 區(qū)漂移，空穴和從負電極進入的電子復

5、合，電子則離開區(qū)漂移，空穴和從負電極進入的電子復合，電子則離開 N 區(qū)進入區(qū)進入正電極。從而在外電路形成光生電流。正電極。從而在外電路形成光生電流。當入射功率變化時，光生電流也隨之線性變化，從而把光信號轉當入射功率變化時，光生電流也隨之線性變化，從而把光信號轉變成電流信號。變成電流信號。圖圖5.1.1 PN結光電檢測原理說明結光電檢測原理說明入入射射光光hvEgSiO2P+h+e-+ERIpVoutW抗抗反反射射膜膜電電極極電電極極耗耗盡盡區(qū)區(qū)Pin空空穴穴h+e-電電子子負負載載電電阻阻RIp光光生生電電流流輸輸出出電電壓壓L LL LN(a) 反反向向偏偏置置的的 PN 結結, ,當當光光

6、入入射射時時, ,光光生生電電子子空空穴穴對對分分別別向向N N區(qū)區(qū)和和P P區(qū)區(qū)漂漂移移，在在外外電電路路產產生生光光生生電電流流W= = m幾幾光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 8光電檢測器響應度光電檢測器響應度光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 95.1.2 響應帶寬響應帶寬光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 10光電二極管響應帶寬定義光電二極管響應帶寬定義光發(fā)光發(fā)射機射機LD光纖光纖t光接光接收機收機PD 頻率為 的頻率為 的正弦電信號正弦電信號f調制頻率調制頻率 f正弦信號正弦信號 f=(a)傳輸模擬信號的光纖線路(a)傳輸模擬信號的光纖線路0ff3d

7、B el頻率頻率Phig f/Plow f1.00.5電帶寬電帶寬(b)光電二極管(b)光電二極管 響應帶寬 響應帶寬光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 11探測器的頻率響應帶寬探測器的頻率響應帶寬 100001.00.511010010000/MHz頻率3dB帶寬HFPPLF光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 12受受RC時間常數限制的帶寬時間常數限制的帶寬 光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 13 上升時間定義為輸入階躍光功率時，探測器輸出上升時間定義為輸入階躍光功率時，探測器輸出光電流最大值的光電流最大值的 10 % 到到 90 % 所需的時間。所需的時間。

8、上升時間定義上升時間定義090%10%Tr=0.7 00.90.1tVoutTr01.0tVin線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)RCVinVouti(a) 階躍脈沖作用于線性系統(tǒng)階躍脈沖作用于線性系統(tǒng)(b)方波作用于方波作用于 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 145.2 光電探測器光電探測器 5.2.1 PIN光電二極管光電二極管 5.2.2 雪崩光電二極管雪崩光電二極管 5.2.5 波導探測器（波導探測器（WD-PD） 5.2.6 行波探測器（行波探測器（TW-PD）光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 155.2.1 PIN光電二極管光電二極管1. 工作原理工作原理簡

9、單的簡單的 PN 結光電二極管具有兩個主結光電二極管具有兩個主要的缺點。要的缺點。 首先，它的結電容或耗盡區(qū)電容較大，首先，它的結電容或耗盡區(qū)電容較大，RC 時間常數較大，不利于高頻調制。時間常數較大，不利于高頻調制。 其次，它的耗盡層寬度最大也只有幾微其次，它的耗盡層寬度最大也只有幾微米，此時長波長的穿透深度比耗盡層寬米，此時長波長的穿透深度比耗盡層寬度度 W 還大，所以大多數光子沒有被耗盡還大，所以大多數光子沒有被耗盡層吸收，因此長波長的量子效率很低。層吸收，因此長波長的量子效率很低。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 16為了克服為了克服 PN 管存在的問題，人們采用管存在的問

10、題，人們采用 PIN 光電二極管光電二極管PIN 二極管與二極管與 PN 二極管的主要區(qū)別是，在二極管的主要區(qū)別是，在 P 和和 N 層之間加入了層之間加入了一個一個 I 層，作為耗盡層。層，作為耗盡層。I 層的寬度較寬，約有（層的寬度較寬，約有（5 50） m，可吸收絕大多數光子，使光生電流增加?？晌战^大多數光子，使光生電流增加。圖圖5.2.1 PIN光電二極管光電二極管入入射射光光hvEgSiO2P+h+e-+EIpVout抗抗反反射射膜膜電電極極電電極極耗耗盡盡區(qū)區(qū)Pin輸輸出出電電壓壓RL反反向向偏偏置置的的 PIN,因因耗耗盡盡區(qū)區(qū)較較寬寬, ,可可以以吸吸收收絕絕大大多多數數光光

11、生生電電子子和和空空穴穴對對, ,使使量量子子效效率率提提高高I-SiWN+Vr-RLCdIpVout空空穴穴h+e-電電子子負負載載電電阻阻RIp光光生生電電流流L LW= = m550EVr/WCdP PI IN N管管分分布布電電容容光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 17PIN光電二極管的響應時間光電二極管的響應時間由光生載流子穿越耗盡層的寬度由光生載流子穿越耗盡層的寬度 W 所決所決定。增加定。增加 W 可可吸收吸收更多的光子，從而增加更多的光子，從而增加量子效率，但是載流子穿越量子效率，但是載流子穿越 W 的時間增的時間增加，響應速度變慢。載流子在加，響應速度變慢。載流子

12、在 W 區(qū)的漂移區(qū)的漂移時間為時間為dtrVWt (5.2.2)式中式中dV是漂移速度。為了減小漂移時間，是漂移速度。為了減小漂移時間，可增加施加的電壓?？稍黾邮┘拥碾妷?。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 182. 光電二極管的響應波長光電二極管的響應波長光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 19圖圖5.2.2 半導體材料光子吸收系數半導體材料光子吸收系數 與波長與波長 的關系的關系 光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 20圖圖5.2.3 PIN光電二極管光電二極管的波長響應曲線的波長響應曲線6008001000120014001600180000.20.40.6

13、0.81.090%70%50%30%10%InGaAsPGeInGaAsSi(nm)波波長長( )R響響應應度度量量子子效效率率光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 21圖圖5.2.3 APD 波長響應曲線波長響應曲線60080010001200140016001800124710010357050403020InGaAsGeSi(nm)波波長長( )R響響應應度度光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 22PIN光電二極管的性能參數光電二極管的性能參數 量子效率量子效率 響應度響應度 R 暗電流暗電流, 表示無光照時出現的反向電流，表示無光照時出現的反向電流，它影響接收機的信噪

14、比它影響接收機的信噪比; 響應速度響應速度, 它表示對光信號的反應能力，它表示對光信號的反應能力，常用對光脈沖響應的上升或下降沿表示常用對光脈沖響應的上升或下降沿表示; 結電容結電容 (pF), 它影響響應速度。它影響響應速度。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 235.2.2 雪崩光電二極管雪崩光電二極管 雪崩光電二極管（雪崩光電二極管（APD）是利用雪崩倍增效應是利用雪崩倍增效應使光電流得到倍增的高靈敏度探測器。使光電流得到倍增的高靈敏度探測器。 APD的結構設計，使它能承受高的反向偏壓，的結構設計，使它能承受高的反向偏壓，從而在從而在 PN 結內部形成一個高電場區(qū)。結內部形成一

15、個高電場區(qū)。 APD能提供內部增益能提供內部增益 工作速度高工作速度高已廣泛應用于光通信系統(tǒng)中已廣泛應用于光通信系統(tǒng)中光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 24光生的電子光生的電子 空穴對經過高電場區(qū)時被加速。從而獲得足夠的能空穴對經過高電場區(qū)時被加速。從而獲得足夠的能量，它們在高速運動中與量，它們在高速運動中與 P 區(qū)晶格上的原子碰撞，使晶格中的原區(qū)晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子電離，從而產生新的電子子電離，從而產生新的電子 空穴對。這種通過碰撞電離產生的空穴對。這種通過碰撞電離產生的電子電子 空穴對，稱為二次電子空穴對，稱為二次電子 空穴對?？昭▽?。新產生的二次電子和空穴在高電場

16、區(qū)里運動時又被加速，又可能新產生的二次電子和空穴在高電場區(qū)里運動時又被加速，又可能碰撞別的原子，這樣多次碰撞電離的結果，使載流子迅速增加，碰撞別的原子，這樣多次碰撞電離的結果，使載流子迅速增加，反向電流迅速加大，形成雪崩倍增效應。反向電流迅速加大，形成雪崩倍增效應。APD工工作作原原理理SiO2P+h+e-ERIpVout電極電極電電極極耗盡區(qū)耗盡區(qū)入射光入射光hvEgL L(a)雪崩光電二雪崩光電二極管（APD極管（APD）的結構）的結構WN+Vr-P E( )x0 0各區(qū)電場分布,各區(qū)電場分布,雪崩發(fā)生在P區(qū)，雪崩發(fā)生在P區(qū)，吸收發(fā)生在 區(qū)吸收發(fā)生在 區(qū)(b)x吸收區(qū)吸收區(qū)雪崩區(qū)雪崩區(qū) E

17、N+ Ph+e-雪崩區(qū)雪崩區(qū)(a)離子碰撞過程釋放電子空穴對，離子碰撞過程釋放電子空穴對，導致雪崩導致雪崩晶格晶格光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 25SiO2P+h+eERIpVout電極電極耗盡區(qū)入射光hvEgLE( )x0net(a)雪崩光電二極管 的結構各區(qū)電場分布,雪崩發(fā)生在 區(qū)，吸收發(fā)生在 區(qū)(b) 各區(qū)凈電荷分布密度(c)WxxN+VrP+_吸收區(qū)雪崩區(qū)Eh+eN+Ph+e雪崩區(qū)EcEvE(a)(b)離子碰撞過程釋放電子空穴對，導致雪崩具有能量的導帶電子與晶格碰撞，轉移該電子動能到一個原子價上的電子上，并激發(fā)它到導帶上晶格晶格-APDP(APD)_ 圖圖5.2.4 雪

18、崩光電二極管雪崩光電二極管圖圖5.2.5 APD雪崩倍增圖示雪崩倍增圖示光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 262. 平均雪崩增益平均雪崩增益通常用通常用平均雪崩增益平均雪崩增益 M 來表示來表示 APD 的的倍增大小，倍增大小，M定義為定義為PMIIM (5.2.4)式中式中PI是初始的光生電流是初始的光生電流，MI是倍增后的是倍增后的總輸出電流的平均值?？傒敵鲭娏鞯钠骄怠也與結上所加的也與結上所加的反向偏壓有關。反向偏壓有關。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 27光電混裝模塊照片光電混裝模塊照片 光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 285.2.3 單行載

19、流子光敏探測器單行載流子光敏探測器 在在PIN光敏二極管中，對光電流作出貢獻的包括電子光敏二極管中，對光電流作出貢獻的包括電子和空穴兩種載流子。在耗盡層（吸收層）中的電子和和空穴兩種載流子。在耗盡層（吸收層）中的電子和空穴各自獨立運動都會影響光響應，由于各自速度不空穴各自獨立運動都會影響光響應，由于各自速度不同，電子很快掠過吸收層，而空穴則要停留很長時間，同，電子很快掠過吸收層，而空穴則要停留很長時間，因而總的載流子遷移時間主要取決于空穴。另外，當因而總的載流子遷移時間主要取決于空穴。另外，當輸出電流或功率增大時，其響應速度和帶寬會進一步輸出電流或功率增大時，其響應速度和帶寬會進一步下降，這是

20、因為低遷移率的空穴在輸運過程中形成堆下降，這是因為低遷移率的空穴在輸運過程中形成堆積，產生空間電荷效益，進一步使電位分布發(fā)生變形，積，產生空間電荷效益，進一步使電位分布發(fā)生變形，從而阻礙載流子從吸收層向外運動。從而阻礙載流子從吸收層向外運動。 為此，設計了一種新結構的單行載流子光敏探測器為此，設計了一種新結構的單行載流子光敏探測器（UTC-PD）。在這種結構中，只有電子充當載流子，）。在這種結構中，只有電子充當載流子，空穴不參與導電，電子的遷移率遠高于空穴，因而其空穴不參與導電，電子的遷移率遠高于空穴，因而其載流子渡越時間比載流子渡越時間比PIN的小。的小。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華

21、 陳名松 29圖圖5.2.6 電子載流子光敏探測器（電子載流子光敏探測器（UTC-PD） a) PIN能帶結構圖能帶結構圖 b) UTC-PD能帶結構圖能帶結構圖 由于外加電壓的作用，在收集層產生強電場，有利于光生電子從吸收由于外加電壓的作用，在收集層產生強電場，有利于光生電子從吸收層向收集層的運動。在收集層，光電流完全由從吸收層漂移擴散過來層向收集層的運動。在收集層，光電流完全由從吸收層漂移擴散過來的電子產生。在吸收層，電子由于擴散阻擋層（勢壘層）的阻擋，只的電子產生。在吸收層，電子由于擴散阻擋層（勢壘層）的阻擋，只有極少數電子越過勢壘層，而空穴不能擴散形成光生電流。因此稱這有極少數電子越過

22、勢壘層，而空穴不能擴散形成光生電流。因此稱這種探測器為單行光敏探測器。種探測器為單行光敏探測器。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 30吸收層(c) WG-PD入射光吸收層PIN(a) PIN-PD5.2.4 波導光電探測器（波導光電探測器（WG-PD）按光的入射方式，探測器可以分為按光的入射方式，探測器可以分為: 面入射光電探測器面入射光電探測器 (a) , 如一般的如一般的PIN, 響應速度慢；響應速度慢； 邊耦合光電探測器邊耦合光電探測器 (c) ，如，如UTC-PD/TW-PD, 效應速度快。效應速度快。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 3143 Gb/s DPS

23、K平衡光平衡光接收機接收機光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 32100 GHz 波導光電探測器波導光電探測器光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 33 在面入射光電探測在面入射光電探測器中，光從正面或器中，光從正面或背面入射到探測器背面入射到探測器的光吸收層中，產的光吸收層中，產生電子空穴對，并生電子空穴對，并激發(fā)價帶電子躍遷激發(fā)價帶電子躍遷到導帶，產生光電到導帶，產生光電流，如圖流，如圖5.2.7(a)和和(b)。 所以，在面入射光所以，在面入射光電探測器中，光行電探測器中，光行進方向與載流子的進方向與載流子的渡越方向平行，如渡越方向平行，如一般的一般的PIN探測器。探測

24、器。 PIN的響應速度受到的響應速度受到PN結結RC數值、數值、I 吸收層厚度和載流吸收層厚度和載流子渡越時間等的限制。子渡越時間等的限制。 最高光響應速率小于最高光響應速率小于20 Gb/s。 為此提出了高速光電探測器為此提出了高速光電探測器解決方案解決方案邊耦合光電探測邊耦合光電探測器。器。 入射光吸收層PIN(a) PIN-PD面入射面入射光電探光電探測器測器光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 34 在（側）邊耦合在（側）邊耦合光電探測器中，光電探測器中，光行進方向與載光行進方向與載流子的渡越方向流子的渡越方向互相垂直；互相垂直； 很好地解決了吸很好地解決了吸收效率和電學帶收效

25、率和電學帶寬之間對吸收區(qū)寬之間對吸收區(qū)厚度要求的矛盾。厚度要求的矛盾。 邊耦合探測器比面入射探測邊耦合探測器比面入射探測器可以獲得更高的器可以獲得更高的3 dB響應響應帶寬。帶寬。 邊耦合探測器分：邊耦合探測器分： 波導型探測器（波導型探測器（WG-PD） 行波型探測器（行波型探測器（TW-PD ）。）。 邊入射邊入射光電探光電探測器測器吸收層(c) WG-PD光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 35波導探測器波導探測器 (WD-PD) 波導探測器正好解除波導探測器正好解除了了PIN探測器的內量探測器的內量子效率和響應速度之子效率和響應速度之間的制約關系間的制約關系; 極大地改善了其

26、性能，極大地改善了其性能，在一定程度上滿足了在一定程度上滿足了光通信對高性能探測光通信對高性能探測器的要求器的要求 面入射光電探測器的固面入射光電探測器的固有弱點是量子效率和響有弱點是量子效率和響應速度相互制約；應速度相互制約； 一方面可以采用減小其一方面可以采用減小其結面積來提高它的響應結面積來提高它的響應速度，但是這會降低器速度，但是這會降低器件的耦合效率。件的耦合效率。 另一方面也可以采用減另一方面也可以采用減小本征層（吸收層）的小本征層（吸收層）的厚度來提高器件的響應厚度來提高器件的響應速度。但是這會減小光速度。但是這會減小光吸收長度，降低內量子吸收長度，降低內量子效率，因此這些參數需

27、效率，因此這些參數需折衷考慮。折衷考慮。吸收層(c) WG-PD光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 36波導探測器波導探測器 光垂直于電流方向入射到光垂直于電流方向入射到探測器的光波導中，然后探測器的光波導中，然后在波導中傳播，傳播過程在波導中傳播，傳播過程中光不斷被吸收，光強逐中光不斷被吸收，光強逐漸減弱，同時激發(fā)價帶電漸減弱，同時激發(fā)價帶電子躍遷到導帶，產生光生子躍遷到導帶，產生光生電子空穴對，實現了對光電子空穴對，實現了對光信號的探測。信號的探測。 WG-PD的光吸收是沿波導的光吸收是沿波導方向進行的，其光吸收長方向進行的，其光吸收長度遠大于傳統(tǒng)型光電探測度遠大于傳統(tǒng)型光電探測

28、器。器。WG-PD的吸收長度是的吸收長度是探測器波導的長度，一般探測器波導的長度，一般可大于可大于10 m，而傳統(tǒng)型探，而傳統(tǒng)型探測器的吸收長度是測器的吸收長度是InGaAs本征層的厚度，僅為本征層的厚度，僅為1 m。所以所以WG-PD結構的內量子結構的內量子效率高于傳統(tǒng)型結構效率高于傳統(tǒng)型結構PD的。的。 另外，另外，WG-PD還很容易與還很容易與其他器件集成。其他器件集成。 但是，和面入射探測器相但是，和面入射探測器相比，比，WD-PD的光耦合面積的光耦合面積非常小，導致光耦合效率非常小，導致光耦合效率較低，同時也增加了和光較低，同時也增加了和光纖耦合的難度?？刹捎眯崩w耦合的難度?？刹捎眯?/p>

29、邊入射分支波導結構克服。邊入射分支波導結構克服。吸收層(c) WG-PD光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 37分支波導探測器分支波導探測器(Tapered WG-PD) 光進入折射率為光進入折射率為n1的單模波導，當傳輸到的單模波導，當傳輸到n2光匹配層的下光匹配層的下面時，由于面時，由于n2n1，所以光向多模波導匹配層偏轉（見，所以光向多模波導匹配層偏轉（見2.1.1節(jié)）節(jié)）; 又因又因 n3n2，所以光就進入，所以光就進入PD的吸收層，轉入光生電子的吸收層，轉入光生電子的過程。的過程。吸收層(e) Tapered WD-PD單模波導(多模波導)光匹配層n1n2n3n1n2n3P

30、D 長吸收區(qū)L單模波導光經過光匹配層進入 吸收層PD(f)折射率光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 38分支波導探測器各層折射率的這分支波導探測器各層折射率的這種安排正好和漸變多模光纖的折種安排正好和漸變多模光纖的折射率結構相反（見圖射率結構相反（見圖2.2.5） 漸變多模光纖是把入射光局限在纖芯漸變多模光纖是把入射光局限在纖芯內傳輸，很容易理解，分支波導探測內傳輸，很容易理解，分支波導探測器就應該把光從入射波導中擴散出去。器就應該把光從入射波導中擴散出去。在這種波導結構中，永遠不會發(fā)生全在這種波導結構中，永遠不會發(fā)生全反射現象。反射現象。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松

31、 39圖圖5.2.9 邊入射平面折射波導邊入射平面折射波導RF UTC-PD光入射到斜面上產生折射，改變方向后到達吸收光敏區(qū)。耦合面積非光入射到斜面上產生折射，改變方向后到達吸收光敏區(qū)。耦合面積非常大，垂直方向和水平方向的耦合長度分別達到了常大，垂直方向和水平方向的耦合長度分別達到了9.5 m和和47 m，即，即使在沒有偏壓的情況下，外部量子效率也達到了使在沒有偏壓的情況下，外部量子效率也達到了91 %。在在0.5 V偏壓下，它的響應度達到了偏壓下，它的響應度達到了0.96 A/W。RF-PD和和WG-PD相比，前者的耦合面積要遠大于后者，外量子效率也相比，前者的耦合面積要遠大于后者，外量子效

32、率也要比后者高。要比后者高。從結構圖中可以看出，器件的另外一個顯著特征是光在斜面上折射后從結構圖中可以看出，器件的另外一個顯著特征是光在斜面上折射后斜入射到光吸收區(qū)，增大了光吸收長度和光吸收面積，提高了內量子斜入射到光吸收區(qū)，增大了光吸收長度和光吸收面積，提高了內量子效率，同時分散光吸收可以增大探測器的飽和光電流。效率，同時分散光吸收可以增大探測器的飽和光電流。 角度刻面入射光吸收層InGaAs電極P電極NInP收集層 折射光光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 405.2.5 行波探測器（行波探測器（TW-PD）行波探測器是在波導探測器的行波探測器是在波導探測器的基礎上發(fā)展起來的，它

33、的響應基礎上發(fā)展起來的，它的響應不受與有源面積有關的不受與有源面積有關的RC常數常數的限制；的限制； 響應主要由光的吸收響應主要由光的吸收系數以及光的群速度系數以及光的群速度和電的相速度不匹配和電的相速度不匹配決定。決定。 這種器件的長度遠大這種器件的長度遠大于吸收長度，但它的于吸收長度，但它的帶寬基本與器件長度帶寬基本與器件長度無關，所以具有更大無關，所以具有更大的響應帶寬積。的響應帶寬積。吸收層 信號=LL(d) TW-PD光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 41 串行光饋送串行光饋送TW-PD能克服能克服TW-PD高速和高速和大飽和光電流相互之間的制約。大飽和光電流相互之間的制

34、約。(g) (VMP TW-PD)串行光反饋速度匹配周期分布式行波探測器吸收層吸收層吸收層光串行饋送速度匹配周期分布式光串行饋送速度匹配周期分布式行波探測器（行波探測器（VMP TW-PD）光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 42圖圖5.2.10 光串行饋送速度匹配光串行饋送速度匹配周期分布式行波探測器（周期分布式行波探測器（VMP TW-PD）串行和并行光饋送串行和并行光饋送TW-PD能克服能克服TW-PD高速和大飽和光電流相互之間高速和大飽和光電流相互之間的制約。的制約。光串行饋送速度匹配周期分布式光串行饋送速度匹配周期分布式TW-PD（VMP TW-PD）由一個輸入光）由一個輸

35、入光波導、多個分布在光波導上的波導、多個分布在光波導上的UTC-PD和共面微帶傳輸線組成。和共面微帶傳輸線組成。單個單個UTC-PD的帶寬為的帶寬為116 GHz，響應度為，響應度為0.15 A/W。30InP m光匹配區(qū)襯底波導結構金屬聚合物核心層緩沖層波導結構波導結構光波導UTC-PDUTC-PDUTC-PD光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 43圖圖5.2.11 由由4個個PIN構成光并行饋送構成光并行饋送行波陣列光電探測器（行波陣列光電探測器（TW-PD）可用的不飽和光電流變化范圍直接由可用的不飽和光電流變化范圍直接由TW-PD內的內的PIN數量決定，帶寬不受數量決定，帶寬不

36、受RC時間常數的限制。時間常數的限制。該該TW-PD芯片的頻率響應為：芯片的頻率響應為： 3 dB帶寬為帶寬為 80 GHz， 7 dB為為 150 GHz。響應度。響應度 R = 0.24 A/W。4個個PIN PD并并行構成行構成TW-PD，輸入光，輸入光經過多模干涉經過多模干涉分光器分光器(MMI)后分成幾乎相后分成幾乎相等的等的4份光，份光，分別饋送到分別饋送到4個并行波導集個并行波導集成成PIN光電二光電二極管極管;PIN管產生的管產生的光生電流同相光生電流同相復合，復合，4個個PIN PD被共平面被共平面波導（波導（CPW）微帶傳輸線連微帶傳輸線連接。接。 輸入光纖芯片InPPIN

37、CbiasVbiasdMMI 多模 干涉分光器R50 微帶傳輸線電流輸出波導模場轉換rib光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 44(c) 多模干涉分光器（多模干涉分光器（MMI）原理）原理 該該TW-PD芯片設計采用模場轉換器，芯片設計采用模場轉換器，以便實現光纖和芯片的有效耦合以便實現光纖和芯片的有效耦合 MMI 將輸將輸入光分成入光分成4路輸出光路輸出光 各路輸出光各路輸出光的偏差為的偏差為0.4 dB 附加損耗附加損耗1 dB 極化相關損極化相關損耗（耗（PDL）為為0.2 dB。 光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 45(a) TW-PD的微觀結構的微觀結構(刻蝕立

38、體圖刻蝕立體圖) 光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 46TW-PD芯片刻蝕顯微圖芯片刻蝕顯微圖(由由4個個PIN并聯構成并聯構成) TW-PD芯芯片的頻率片的頻率響應為：響應為： 3 dB帶寬帶寬為為 80 GHz 7 dB為為 150 GHz 響應度響應度 R = 0.24 A/W。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 47表表5.2.2 光探測器性能比較光探測器性能比較光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 485.3 數字光接收機組成 5.3.1 光電變換和前置放大 5.3.2 線性放大 5.3.3 數據恢復光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 495.

39、3 數字光接收機數字光接收機 接收機的設計很大程度上取決于發(fā)射機接收機的設計很大程度上取決于發(fā)射機使用的調制方式，特別是與傳輸信號的使用的調制方式，特別是與傳輸信號的種類，即模擬或數字信號有關。種類，即模擬或數字信號有關。 因為大多數光波系統(tǒng)使用數字調制方式，因為大多數光波系統(tǒng)使用數字調制方式，所以在本章中，我們集中討論數字光接所以在本章中，我們集中討論數字光接收機。收機。 關于模擬接收機的設計，我們將在第關于模擬接收機的設計，我們將在第7章章討論。討論。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 50圖圖5.3.1 數字光接收機原理組成圖數字光接收機原理組成圖均均衡衡濾濾波波信信號號光光光

40、光探探測測器器電電壓壓供供給給光光電電變變換換和和前前放放前前放放主主放放自自動動增增益益控控制制線線性性放放大大判判決決電電路路時時鐘鐘恢恢復復數數據據恢恢復復數數據據輸輸出出光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 51信信號號光光光光探探測測器器電電壓壓供供給給光光電電變變換換和和前前放放前前放放5.3.1 光電轉光電轉換和前置放大換和前置放大 前置放大器在減弱或防止電磁干擾和抑制噪聲方前置放大器在減弱或防止電磁干擾和抑制噪聲方面起著特別重要的作用，所以精心設計前置放大面起著特別重要的作用，所以精心設計前置放大器就顯得特別重要。器就顯得特別重要。 光電二極管把光比特流轉變成隨時間變化

41、的電信光電二極管把光比特流轉變成隨時間變化的電信號。前置放大器的作用是放大該電信號，以供主號。前置放大器的作用是放大該電信號，以供主放大器進一步放大和處理。放大器進一步放大和處理。 前置放大器的設計要求在帶寬和靈敏度之間進行前置放大器的設計要求在帶寬和靈敏度之間進行折衷。折衷。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 52圖圖5.3.2 光接收機前置放大器等效電路光接收機前置放大器等效電路 （a）雙極晶體管放大器）雙極晶體管放大器 （b）場效應晶體管（）場效應晶體管（FET）放大器）放大器 （c）高阻抗放大器）高阻抗放大器 （d）轉移阻抗放大器）轉移阻抗放大器RLVcVo 前放GRLCTG

42、RLCTVo=IPIPRLVoVbIPVbRLVoIPVbIPVbVD光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 53圖圖5.3.2 光接收機前置放大器等效電路光接收機前置放大器等效電路前前放放GID RLCT高高阻阻型型前前放放G RLIDCT 轉轉移移阻阻抗抗型型a) b)使用大的負載電阻，可使光生信號電壓增大，因此常常使用高阻抗型使用大的負載電阻，可使光生信號電壓增大，因此常常使用高阻抗型前置放大器，大的負載電阻可減小熱噪聲和提高接收機靈敏度，缺點前置放大器，大的負載電阻可減小熱噪聲和提高接收機靈敏度，缺點是它的帶寬窄是它的帶寬窄 。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 54

43、負載電阻跨接到反向負載電阻跨接到反向放大器的輸入和輸出放大器的輸入和輸出端，盡管端，盡管RL仍然很大，仍然很大，但負反饋使輸入阻抗但負反饋使輸入阻抗減小了減小了G 倍，因此帶倍，因此帶寬也比高阻抗放大器寬也比高阻抗放大器的擴大了的擴大了G 倍。倍。 它的靈敏度高、頻帶它的靈敏度高、頻帶寬。動態(tài)范圍也比高寬。動態(tài)范圍也比高阻抗前置放大器的大。阻抗前置放大器的大。因此光接收機常使用因此光接收機常使用這種結構的前放。這種結構的前放。前前放放G RLIDCT 轉轉移移阻阻抗抗型型轉移阻抗前置放大器轉移阻抗前置放大器光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 55表表5.3.1 光接收機前置放大器性能

44、比較光接收機前置放大器性能比較光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 56濾濾波波主主放放自自動動增增益益控控制制均均衡衡5.3.2 線性放大線性放大 由主放大器、低通濾波器由主放大器、低通濾波器和自動增益控制電路組成。和自動增益控制電路組成。 有時候，為了校正和補償有時候，為了校正和補償前端對帶寬的限制，在主前端對帶寬的限制，在主放大器之前還要插入一個放大器之前還要插入一個均衡器。均衡器。 低通濾波器的作用是整形低通濾波器的作用是整形電壓脈沖，減小噪聲，同電壓脈沖，減小噪聲，同時避免引入更多的碼間干時避免引入更多的碼間干擾。擾。 采用自動增益控制電路，采用自動增益控制電路，在接收機平均

45、入射光功率在接收機平均入射光功率一定的變化范圍內，可以一定的變化范圍內，可以把放大器的增益自動控制把放大器的增益自動控制在固定的輸出電平上在固定的輸出電平上。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 57柰奎斯特脈沖響應柰奎斯特脈沖響應和升余弦均衡濾波器輸出響應和升余弦均衡濾波器輸出響應 我們雖不能我們雖不能消除碼間干消除碼間干擾及相互影擾及相互影響響 但我們能做但我們能做到不管輸入到不管輸入波形如何發(fā)波形如何發(fā)生畸變，只生畸變，只要經過均衡要經過均衡濾波器后，濾波器后，在某些特定在某些特定點上干擾為點上干擾為零，因此可零，因此可用于正確地用于正確地判決。判決。 h( )ff幅度tTT單個

46、脈沖波形合成波形理想特性升余弦特性1T1T2 (c)升余弦均衡濾波器輸出響應（a) NRZ輸入脈沖，=脈沖周期脈寬=T=1B升余弦均衡濾波器特性(b)=BT1tTT2T2T0is( ) t 2cos1outBffH光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 58判決判決電路電路時鐘時鐘恢復恢復數據恢復數據恢復數據數據輸出輸出5.3.3 數據恢復數據恢復 數據恢復電路包括判決電路數據恢復電路包括判決電路和時鐘恢復電路。和時鐘恢復電路。 它的任務是把均衡器輸出的它的任務是把均衡器輸出的升余弦信號恢復成數字信號。升余弦信號恢復成數字信號。 首先要提取時鐘信號，在最首先要提取時鐘信號，在最佳的取樣時

47、間對升余弦信號佳的取樣時間對升余弦信號進行取樣，然后將取樣幅度進行取樣，然后將取樣幅度與判決閾值進行比較，確定與判決閾值進行比較，確定碼元是碼元是“0”還是還是“1”，從，從而把升余弦波形恢復再生成而把升余弦波形恢復再生成原傳輸的數字信號。原傳輸的數字信號。 最佳的判決時間應是升余弦最佳的判決時間應是升余弦波形的正負峰值點，這時取波形的正負峰值點，這時取樣幅度最大，抵抗噪聲的能樣幅度最大，抵抗噪聲的能力最強。力最強。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 59選取最佳的判決時間選取最佳的判決時間 01010100 01011010 P tt發(fā)發(fā)射射信信號號誤誤碼碼判判決決時時刻刻判判決決

48、門門限限噪噪聲聲(a)在在接接收收端端探探測測到到的的帶帶有有噪噪聲聲的的信信號號 Str(b)(c)tDtDtDtDtDtDtDtD由由于于噪噪聲聲疊疊加加, ,“0 0”碼碼，在在判判決決時時刻刻變變成成使使“1 1”碼碼經經判判決決電電路路后后產產生生了了一一個個誤誤碼碼。IDI取取樣樣值值判判決決時時刻刻光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 60圖圖5.3.3 眼圖分析法眼圖分析法 在實驗室里觀察碼間干擾是否存在的最直觀、最簡單在實驗室里觀察碼間干擾是否存在的最直觀、最簡單的方法是眼圖分析法。的方法是眼圖分析法。通常誤碼率的典型值為通常誤碼率的典型值為109。 將均衡濾波器輸出

49、的隨機脈沖序列輸入到示波器的將均衡濾波器輸出的隨機脈沖序列輸入到示波器的 Y 軸，用時鐘信號作為外觸發(fā)信號，就可觀察到眼圖。軸，用時鐘信號作為外觸發(fā)信號，就可觀察到眼圖。 眼圖的張開度受噪聲和碼間干擾的影響，當輸出端信眼圖的張開度受噪聲和碼間干擾的影響，當輸出端信噪比很大時，張開度主要受碼間干擾的影響。因此，噪比很大時，張開度主要受碼間干擾的影響。因此，觀察眼圖的張開度就可以估計出碼間干擾的大小，這觀察眼圖的張開度就可以估計出碼間干擾的大小，這給均衡電路的調整提供了簡單而適用的觀測手段。給均衡電路的調整提供了簡單而適用的觀測手段。a( ) 理想的眼圖b( ) 因噪聲惡化的眼圖光纖通信原榮 楊淑

50、雯 肖石林 吉建華 陳名松 615.4 接收機信噪比（SNR） 5.4.1 噪聲機理 5.4.2 PIN光接收機 5.4.3 APD接收機 5.4.4 信噪比 (SNR) 和光信噪比 (OSNR)的關系光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 625.4.1 噪聲機理噪聲機理光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 632. 熱噪聲熱噪聲光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 64接收機信噪比接收機信噪比(SNR) SRN為平均信號功率和噪聲功率之比為平均信號功率和噪聲功率之比; 光接收機使用光電二極管，將入射光功率光接收機使用光電二極管，將入射光功率轉換為電流轉換為電流; 當入

51、射光功率不變時，兩種基本的噪聲，當入射光功率不變時，兩種基本的噪聲，散粒噪聲和熱噪聲也會引起光生電流的起散粒噪聲和熱噪聲也會引起光生電流的起伏伏; 電流起伏引入的電噪聲影響接收機性能電流起伏引入的電噪聲影響接收機性能; 本節(jié)回顧噪聲機理，并討論光接收機的信本節(jié)回顧噪聲機理，并討論光接收機的信噪比噪比(SNR)。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 655.4.2 PIN光接收機光接收機 SNR光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 66散粒噪聲受限散粒噪聲受限 SNR光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 67SNR 可用可用 “1” 碼中包含的光子數表碼中包含的光子數表示

52、示SNR可用可用“1”碼中包含的光子數”碼中包含的光子數PN表示。對非歸零表示。對非歸零（NRZ）脈沖，假如在）脈沖，假如在1 B(B為比特率為比特率)期間，期間，1個比特的個比特的脈沖能量用脈沖能量用BPEinP表示表示，并且注意到并且注意到hNEPP，那那么么BhNPPin。選 擇。選 擇fB2(典型 帶寬值典型 帶寬值) ，代入 式代入 式（5.4.5），可得到），可得到 SNR 的簡單表示式的簡單表示式 PSNRN。在散粒噪聲受限系統(tǒng)中在散粒噪聲受限系統(tǒng)中，PN=100 時時，SNR20dB。在熱噪聲受限系統(tǒng)中在熱噪聲受限系統(tǒng)中，幾千個光子才能達到幾千個光子才能達到20dB 的的信噪比

53、。信噪比。作為參考作為參考，工作速率工作速率1Gb s的的 1.55 m 光接收機光接收機，當當13inPnW時時，PN100。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 685.4.3 APD 接收機的信噪比接收機的信噪比光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 695.4.4 信噪比信噪比 (SNR) 和光信噪比和光信噪比 (OSNR)的關系的關系 在經典的通信理論中，在經典的通信理論中，信噪比（信噪比（SNR）是信號）是信號和噪聲之比，這里信號和噪聲之比，這里信號和噪聲均是只包含一種和噪聲均是只包含一種極化態(tài)的信號和噪聲。極化態(tài)的信號和噪聲。 光信噪比（光信噪比（OSNR）卻）卻不

54、同，這里信號是包含不同，這里信號是包含一種或兩種極化態(tài)的信一種或兩種極化態(tài)的信號，而噪聲是兩種極化號，而噪聲是兩種極化態(tài)噪聲之和，并且噪聲態(tài)噪聲之和，并且噪聲是在固定帶寬是在固定帶寬12.5 GHz內的噪聲。內的噪聲。BRNs2OSNRrefpolSNRpol 光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 705.5 接收機誤碼率和靈敏度 5.5.1 比特誤碼率 5.5.2 最小平均接收光功率(接收機靈敏度) 5.5.3 靈敏度下降機理光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 715.5 接收機誤碼率和靈敏度接收機誤碼率和靈敏度數字接收機的性能指標由數字接收機的性能指標由比特誤碼率比特誤碼

55、率(BER)所決定。所決定。BER 定義為碼元在傳輸過程中出現差錯的概率，工程中定義為碼元在傳輸過程中出現差錯的概率，工程中常用一段時間內出現誤碼的碼元數與傳輸的總碼元數之比來常用一段時間內出現誤碼的碼元數與傳輸的總碼元數之比來表示。如表示。如610BER，則表示每傳輸百萬比特只允許錯，則表示每傳輸百萬比特只允許錯 2 個比個比特，如特，如910BER，則表示每傳輸則表示每傳輸 10 億個比特只允許錯億個比特只允許錯 1 個個比特。比特。通常通常，數字光接收機要求數字光接收機要求910BER。此時，此時，接收機靈敏度接收機靈敏度定義為保證比特誤碼率為定義為保證比特誤碼率為109時時，要求的最小

56、平均接收光功率要求的最小平均接收光功率(recP)。影響接收機靈敏度的主要因素是各種噪聲。因為接收機影響接收機靈敏度的主要因素是各種噪聲。因為接收機靈敏度靈敏度recP與比特誤碼率有關與比特誤碼率有關，所以我們從計算數字接收機所以我們從計算數字接收機BER 開始。開始。光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 725.5.1 比特誤碼率比特誤碼率SrPtSD發(fā)發(fā)射射信信號號接接收收信信號號TXAMP噪噪聲聲光光源源探探測測器器判判決決 01010100 01011010 P tt發(fā)發(fā)射射信信號號誤誤碼碼判判決決時時刻刻判判決決門門限限噪噪聲聲(a)(b)在在接接收收端端探探測測到到的的帶帶

57、有有噪噪聲聲的的信信號號 Str(c)(d)tDtDtDtDtDtDtDtD由由于于噪噪聲聲疊疊加加, ,“ 0 0 ”碼碼，在在判判決決時時刻刻變變成成使使“1 1”碼碼經經判判決決電電路路后后產產生生了了一一個個誤誤碼碼。系系統(tǒng)統(tǒng)構構成成IDI取取樣樣值值判判決決時時刻刻光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 73噪聲引起誤碼噪聲引起誤碼 圖圖5.5.1（c）表示判決電路接收到的信號，由）表示判決電路接收到的信號，由于噪聲的干擾，在信號波形上已疊加了隨機起于噪聲的干擾，在信號波形上已疊加了隨機起伏的噪聲。判決電路用恢復的時鐘在判決時刻伏的噪聲。判決電路用恢復的時鐘在判決時刻對疊加了噪

58、聲的信號取樣。等待取樣的對疊加了噪聲的信號取樣。等待取樣的“1”碼碼信號和信號和“0”碼信號分別圍繞著平均值和擺動。碼信號分別圍繞著平均值和擺動。判決電路把取樣值與判決門限比較。如果，認判決電路把取樣值與判決門限比較。如果，認為是為是“1”碼；如果，則認為是碼；如果，則認為是“0”碼。由于接碼。由于接收機噪聲的影響，可能把比特收機噪聲的影響，可能把比特“1”判決為，誤判決為，誤認為是認為是“0”碼；同樣也可能把碼；同樣也可能把“0”碼錯判為碼錯判為“1”碼。碼。 光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 74比特誤碼率比特誤碼率誤誤碼碼率率包包括括這這兩兩種種可可能能引引起起的的誤誤碼碼，

59、因因此此誤誤碼碼率率為為 010101BERPPPP(5.5.1)式式中中P(1)和和P(0)分分別別是是接接收收“ 1” 和和“0”碼碼的的概概率率，P(0/1)是是把把“1”判判為為“0”的的概概率率，P(1/0)是是把把“0”判判為為“1”的的概概率率。對對脈脈沖沖編編碼碼調調制制(PCM)比比特特流流,“1”和和“0”發(fā)發(fā)生生的的概概率率相相等等，P(1) = P(0) = 1/2。因因此此比比特特誤誤碼碼率率為為011021BERPP(5.5.2)光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 75 圖圖(a)表示判決電路接收到的疊加了噪聲的表示判決電路接收到的疊加了噪聲的 PCM 比

60、特流比特流 圖圖(b)表示表示 “1” 碼信號和碼信號和 “0” 碼信號在平均光生信號電碼信號在平均光生信號電流流 I1（1碼）和碼）和I0 （0碼）附近的高斯概率分布，陰影區(qū)表示碼）附近的高斯概率分布，陰影區(qū)表示錯誤識別概率。錯誤識別概率。圖圖5.5.2 誤碼概率計算誤碼概率計算tD信信號號時時間間判判決決時時刻刻I1IDI0P(0/1)P(1/0)信信號號概概率率判判決決門門限限( (a a) )( (b b) )光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 76光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 77SNR 和和 Q 的關系的關系光纖通信原榮 楊淑雯 肖石林 吉建華 陳名松 7