第6章 光探測及光接收機2013Apr

1第6章光接收機及光探測器

6.1光探測原理

6.2光電探測器2光接收機基本組成3光電檢測器發(fā)射機發(fā)射的光信號經(jīng)光纖傳輸后，不僅幅度衰減了，而且脈沖波形也展寬了。光接收機的作用就是檢測經(jīng)過傳輸后的微弱光信號，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(yīng)把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓怆姍z測器。對光電檢測器的要求是靈敏度高、響應(yīng)快、噪聲小、成本低和可靠性高，并且它的光敏面應(yīng)與光纖芯徑匹配。用半導(dǎo)體材料制成的光電檢測器正好滿足這些要求。4光探測器56.1光探測原理在PN結(jié)施加反向電壓的情況下，受激吸收過程生成的電子空穴對，在電場的作用下，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(zhuǎn)變成電流信號。6假如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，產(chǎn)生一個電子空穴對。受激吸收7在PN結(jié)施加反向電壓的情況下，受激吸收過程生成的電子空穴對在電場的作用下,分別離開耗盡區(qū)，電子向N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(fù)合，電子則離開N區(qū)進入正電極。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(zhuǎn)變成電流信號。PN結(jié)型光電探測器《光纖通信》（第3版）原榮編著8光電檢測器基本參數(shù)96.2光電探測器6.2.1PIN光電二極管6.2.2雪崩光電二極管（APD）10PN結(jié)光電二極管的缺點 簡單的PN結(jié)光電二極管具有兩個主要的缺點。1結(jié)電容較大，響應(yīng)速度慢，不利于高頻調(diào)制。2耗盡層寬度?。ㄗ畲笠仓挥袔孜⒚?，大多數(shù)光子沒有被耗盡層吸收，量子效率低。11 為了克服PN管存在的問題，人們采用PIN光電二極管PIN二極管與PN二極管的主要區(qū)別是，在P和N層之間加入了一個I層，作為耗盡層。I層的寬度較寬，約有（5~50）m，可吸收絕大多數(shù)光子，使量子效率提高，使光生電流增加。PIN光電二極管12PIN光電二極管的響應(yīng)時間《光纖通信》（第3版）原榮編著13光電二極管的光譜特性截止波長有上限、下限14截止波長上限15PIN光電二極管的性能參數(shù)量子效率響應(yīng)度R暗電流,表示無光照時出現(xiàn)的電流，它影響接收機的信噪比。響應(yīng)速度,它表示對光信號的反應(yīng)能力，常用對光脈沖響應(yīng)的上升或下降沿表示。結(jié)電容,它影響響應(yīng)速度。16習(xí)題：計算光電二極管的靈敏度和量子效率176.2光電探測器6.2.1PIN光電二極管6.2.2雪崩光電二極管（APD）18雪崩光電二極管（APD）特點APD是利用雪崩倍增效應(yīng)使光電流得到倍增的高靈敏度探測器。APD的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使它能承受高的反向偏壓，從而在PN結(jié)內(nèi)部形成一個高電場區(qū)。APD能提供內(nèi)部增益工作速度高基于以上優(yōu)點，APD已廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中?！豆饫w通信》（第3版）原榮編著19光生的電子空穴對經(jīng)過高電場區(qū)時被加速。獲得足夠的能量，在高速運動中與P區(qū)晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子電離，從而產(chǎn)生新的電子空穴對，稱為二次電子空穴對。二次電子空穴對在高電場區(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(jié)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(yīng)。APD工作原理20APD的倍增因子《光纖通信》（第3版）原榮編著21APD習(xí)題1：

計算靈敏度22APD習(xí)題223總結(jié)24思考題1.光探測器的作用是什么?2.光接收機的作用是什么?3.光纖通信中最常用的光電檢測器是哪兩種？4.PIN和APD探測器的主要區(qū)別是什么?5.數(shù)字光接收機主要由哪幾部分組成?6.監(jiān)測光纖通信系統(tǒng)性能好壞通常采用什么最直觀簡單的方法？《光纖通信》（第3版）原榮編著25《光纖通信》（第3版）原榮編著26《光纖通信》（第3版）原榮編著27眼圖分析法在實驗室里觀察碼間干擾是否存在的最直觀、最簡單的方法是眼圖分析法。通常誤碼率的典型值為10–9。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