pin光電二極管課件

pin光電二極管光接收機(jī)：在光傳輸路線的輸出端，必須有一個能轉(zhuǎn)換光信號的接收裝置，即光接收機(jī)。光檢測器：光檢測器作為光接收機(jī)的首要部件，能檢測出入射在上面的光功率，并將光功率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)變化的電流。光檢測器的要求1.較高的響應(yīng)度或靈敏度2.較小的噪聲3.響應(yīng)速度快或足夠的帶寬4.溫度變化不敏感5.光纖尺寸匹配6.價格合理7.工作壽命長光檢測器的幾種類型：光電倍增管、熱電檢測器、半導(dǎo)體材料的光導(dǎo)電體、光電晶體管、光電二極管光電倍增器：由光電陰極和裝在真空管內(nèi)的倍增器組成，有很高的增益和很低的噪聲，但尺寸較大且需要的偏置電壓較高，所以不適合于光纖通信系統(tǒng)。熱電檢測器：激勵后檢測器的冷卻速度限制了響應(yīng)速度，主要用途是檢測高速激光脈沖，并不十分適合光纖通信系統(tǒng)。光電二極管：尺寸較小，材料合適，靈敏度高，響應(yīng)速度快，所以在光纖通信系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。常用的光電二極管有兩種類型：pin光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。

當(dāng)一個入射光子能量大于或等于半導(dǎo)體的帶隙能量時將激勵價帶上的一個電子吸收光子的能量而躍遷到導(dǎo)帶上，從而產(chǎn)生自由的電子-空穴對，如右圖所示。由于它們是在偏置電壓控制下由光通過器件而產(chǎn)生的電載流子，所以稱為光生載流子。大部分載流子是在耗盡區(qū)產(chǎn)生。Pin光電二極管工作原理：

耗盡區(qū)的高電場使得電子-空穴對立即分開并在反向偏置的結(jié)區(qū)中向兩端流動，在邊界處被收集，從而在外電路中形成電流。每個載流子對分別對應(yīng)著一個流動的電子，這種電流就是光電流。當(dāng)電載流子在材料中流動時，一些電子-空穴對會重新復(fù)合而消失，此時電子和空穴平均流動的距離分別為Ln和Lp，這個距離就是所謂的擴(kuò)散長度，電子和空穴重新復(fù)合所需的時間成為載流子壽命。兩者關(guān)系為Ln=（Dnτn）1/2Lp=（Dpτp）1/2其中Dn和Dp分別是電子和空穴的擴(kuò)散系數(shù)，其單位為cm2/s左圖給出了幾種不同的光電二極管材料吸收系數(shù)與波長的關(guān)系?？梢钥闯靓羢隨波長λ顯著變化，因此，特定的半導(dǎo)體材料只能應(yīng)用在有限的波長范圍內(nèi)。上限截止波長λc取決于所用材料的帶隙能量Eg

在短波長區(qū)，材料的吸收系數(shù)變得很大，因此光子在光檢測器的表面就被吸收，電子-空穴對的壽命極短，結(jié)果載流子在被光檢測器電路收集以前就被復(fù)合掉了。（6.2）光子能量一定時，大多數(shù)光電二極管的量子效率和入射到光電二極管的光功率無關(guān)。因此響應(yīng)度是光功率的線性函數(shù)，響應(yīng)度R是一個常數(shù)。不過在整個波長范圍內(nèi)量子效率并不是一個常數(shù)，因為光子能量在改變。因此，響應(yīng)度R隨波長和所用的光電二極管材料的不同（不同的材料有不同的帶隙能量Eg）而變化。對于給定的材料，當(dāng)入射光的波長越來越長時，光子能量變得越來越小，