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1第6章光接收機(jī)及光探測(cè)器

6.1光探測(cè)原理

6.2光電探測(cè)器2光接收機(jī)基本組成3光電檢測(cè)器發(fā)射機(jī)發(fā)射的光信號(hào)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(jī)的作用就是檢測(cè)經(jīng)過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)體材料制成的光電檢測(cè)器正好滿足這些要求。4光探測(cè)器56.1光探測(cè)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(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)。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(gè)光子,產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)。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(duì)在電場(chǎng)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(fù)電極進(jìn)入的電子復(fù)合,電子則離開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)。PN結(jié)型光電探測(cè)器《光纖通信》(第3版)原榮編著8光電檢測(cè)器基本參數(shù)96.2光電探測(cè)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(diǎn) 簡(jiǎn)單的PN結(jié)光電二極管具有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)。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(gè)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(shí)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(zhǎng)有上限、下限14截止波長(zhǎng)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(wú)光照時(shí)出現(xiàn)的電流,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,它影響響應(yīng)速度。16習(xí)題:計(jì)算光電二極管的靈敏度和量子效率176.2光電探測(cè)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(diǎn)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)部增益工作速度高基于以上優(yōu)點(diǎn),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(duì)經(jīng)過高電場(chǎng)區(qū)時(shí)被加速。獲得足夠的能量,在高速運(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),稱為二次電子空穴對(duì)。二次電子空穴對(duì)在高電場(chǎng)區(qū)里運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jì)算靈敏度22APD習(xí)題223總結(jié)24思考題1.光探測(cè)器的作用是什么?2.光接收機(jī)的作用是什么?3.光纖通信中最常用的光電檢測(cè)器是哪兩種?4.PIN和APD探測(cè)器的主要區(qū)別是什么?5.數(shù)字光接收機(jī)主要由哪幾部分組成?6.監(jiān)測(cè)光纖通信系統(tǒng)性能好壞通常采用什么最直觀簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)室里觀察碼間干擾是否存在的最直觀、最簡(jiǎn)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(jī)脈沖序列輸入到示波器的Y軸,用時(shí)鐘信號(hào)作為外觸發(fā)信號(hào)

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