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《光纖通信(第3版)第5章 光探測(cè)及光接收機(jī).ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第5章光探測(cè)及光接收機(jī)光探測(cè)原理光電探測(cè)器數(shù)字光接收機(jī)接收機(jī)光信噪比（OSNR）接收機(jī)誤碼率和靈敏度靈敏度下降機(jī)理光接收機(jī)1《光纖通信》（第3版）原榮編著光探測(cè)器2《光纖通信》（第3版）原榮編著前言發(fā)射機(jī)發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后，由第2章我們知道，不僅幅度衰減了，而且脈沖波形也展寬了。光接收機(jī)的作用就是檢測(cè)經(jīng)過(guò)傳輸后的微弱光信號(hào)，并放大、整形、再生成原輸入信號(hào)。它的主要器件是利用光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的光電檢測(cè)器。對(duì)光電檢測(cè)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
2、成的光電檢測(cè)器正好滿足這些要求。3《光纖通信》（第3版）原榮編著5.1光探測(cè)原理發(fā)生受激吸收產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì);在PN結(jié)施加反向電壓的情況下，受激吸收過(guò)程生成的電子?空穴對(duì)，在電場(chǎng)的作用下，在外電路形成光生電流。當(dāng)入射功率變化時(shí)，光生電流也隨之線性變化，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)。4《光纖通信》（第3版）原榮編著假如入射光子的能量超過(guò)禁帶能量Eg，耗盡區(qū)每次吸收一個(gè)光子，將產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)，發(fā)生受激吸收。光探測(cè)原理----受激吸收5《光纖通信》（第3版）原榮編著在PN結(jié)施加反向電壓的情況下，受激吸收過(guò)程生成的電子?空穴對(duì)在電場(chǎng)
3、的作用下,分別離開(kāi)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(fù)電極進(jìn)入的電子復(fù)合，電子則離開(kāi)N區(qū)進(jìn)入正電極。從而在外電路形成光生電流。當(dāng)入射功率變化時(shí)，光生電流也隨之線性變化，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)。圖5.1.1PN結(jié)光電檢測(cè)原理說(shuō)明6《光纖通信》（第3版）原榮編著光電檢測(cè)器響應(yīng)度7《光纖通信》（第3版）原榮編著5.2光電探測(cè)器5.2.1PIN光電二極管5.2.2雪崩光電二極管5.2.3響應(yīng)帶寬5.2.4新型APD結(jié)構(gòu)5.2.5MSM光電探測(cè)器5.2.6單向載流子探測(cè)器（UTC-PD）5.2.7波導(dǎo)探測(cè)器（WD-PD）
4、5.2.8行波探測(cè)器（TW-PD）8《光纖通信》（第3版）原榮編著5.2.1PIN光電二極管 ----工作原理簡(jiǎn)單的PN結(jié)光電二極管具有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)。首先，它的結(jié)電容或耗盡區(qū)電容較大，RC時(shí)間常數(shù)較大，不利于高頻調(diào)制。其次，它的耗盡層寬度最大也只有幾微米，此時(shí)長(zhǎng)波長(zhǎng)的穿透深度比耗盡層寬度W還大，所以大多數(shù)光子沒(méi)有被耗盡層吸收，因此長(zhǎng)波長(zhǎng)的量子效率很低。9《光纖通信》（第3版）原榮編著為了克服PN管存在的問(wèn)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(gè)I層，作為耗盡層。I層的寬度較寬，
5、約有（5~50）?m，可吸收絕大多數(shù)光子，使光生電流增加。圖5.2.1PIN光電二極管10《光纖通信》（第3版）原榮編著PIN光電二極管的響應(yīng)時(shí)間11《光纖通信》（第3版）原榮編著2.光電二極管的響應(yīng)波長(zhǎng)12《光纖通信》（第3版）原榮編著圖5.2.2PIN光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng)曲線13《光纖通信》（第3版）原榮編著PIN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(wú)光照時(shí)出現(xiàn)的反向電流，它影響接收機(jī)的信噪比;響應(yīng)速度,它表示對(duì)光信號(hào)的反應(yīng)能力，常用對(duì)光脈沖響應(yīng)的上升或下降沿表示;結(jié)電容(pF),它影響響應(yīng)速度。14《光纖通信
6、》（第3版）原榮編著5.2.2雪崩光電二極管雪崩光電二極管（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(cè)器。APD的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使它能承受高的反向偏壓，從而在PN結(jié)內(nèi)部形成一個(gè)高電場(chǎng)區(qū)。APD能提供內(nèi)部增益工作速度高已廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中15《光纖通信》（第3版）原榮編著光生的電子?空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高電場(chǎng)區(qū)時(shí)被加速。從而獲得足夠的能量，它們?cè)诟咚龠\(yùn)動(dòng)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(duì)。這種通過(guò)碰撞電離產(chǎn)生的電子?空穴對(duì)，稱為二次電子?空穴對(duì)。新產(chǎn)生的二次電子和空穴在高電場(chǎng)區(qū)里運(yùn)動(dòng)時(shí)又被加
7、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16《光纖通信》（第3版）原榮編著圖5.2.3雪崩光電二極管圖5.2.4APD雪崩倍增圖示17《光纖通信》（第3版）原榮編著2.平均雪崩增益18《光纖通信》（第3版）原榮編著5.2.3響應(yīng)帶寬19《光纖通信》（第3版）原榮編著光電二極管響應(yīng)帶寬定義20《光纖通信》（第3版）原榮編著上升時(shí)間定義為輸入階躍光功率時(shí)，探測(cè)器輸出光電流最大值的10%到90%所需的時(shí)間。上升時(shí)間定義21《光纖通信》（第3版）原榮編著受RC時(shí)
8、間常數(shù)限制的帶寬22《光纖通信》（第3版）原榮編著圖5.2.2APD波長(zhǎng)響應(yīng)曲線23《光纖通信》（第3版）原榮編著圖5.2.5使用雙異質(zhì)結(jié)的SAMAPD圖5.2.6使用雙異質(zhì)結(jié)的SAGMAPD24《光纖通信》（第3版）原榮編著圖5.2.7SAGAAPD結(jié)構(gòu)示意圖
