光纤通信(第3版)第5章 光探测及光接收机.ppt

《光纤通信(第3版)第5章 光探测及光接收机.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章光探测及光接收机光探测原理光电探测器数字光接收机接收机光信噪比（OSNR）接收机误码率和灵敏度灵敏度下降机理光接收机1《光纤通信》（第3版）原荣编著光探测器2《光纤通信》（第3版）原荣编著前言发射机发射的光信号经光纤传输后，由第2章我们知道，不仅幅度衰减了，而且脉冲波形也展宽了。光接收机的作用就是检测经过传输后的微弱光信号，并放大、整形、再生成原输入信号。它的主要器件是利用光电效应把光信号转变为电信号的光电检测器。对光电检测器的要求是灵敏度高、响应快、噪声小、成本低和可靠性高，并且它的光敏面应与光纤芯径匹配。用半导体材料制

2、成的光电检测器正好满足这些要求。3《光纤通信》（第3版）原荣编著5.1光探测原理发生受激吸收产生一个电子空穴对;在PN结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子空穴对，在电场的作用下，在外电路形成光生电流。当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号转变成电流信号。4《光纤通信》（第3版）原荣编著假如入射光子的能量超过禁带能量Eg，耗尽区每次吸收一个光子，将产生一个电子空穴对，发生受激吸收。光探测原理----受激吸收5《光纤通信》（第3版）原荣编著在PN结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子空穴对在电场

3、的作用下,分别离开耗尽区，电子向N区漂移，空穴向P区漂移，空穴和从负电极进入的电子复合，电子则离开N区进入正电极。从而在外电路形成光生电流。当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号转变成电流信号。图5.1.1PN结光电检测原理说明6《光纤通信》（第3版）原荣编著光电检测器响应度7《光纤通信》（第3版）原荣编著5.2光电探测器5.2.1PIN光电二极管5.2.2雪崩光电二极管5.2.3响应带宽5.2.4新型APD结构5.2.5MSM光电探测器5.2.6单向载流子探测器（UTC-PD）5.2.7波导探测器（WD-PD）

4、5.2.8行波探测器（TW-PD）8《光纤通信》（第3版）原荣编著5.2.1PIN光电二极管----工作原理简单的PN结光电二极管具有两个主要的缺点。首先，它的结电容或耗尽区电容较大，RC时间常数较大，不利于高频调制。其次，它的耗尽层宽度最大也只有几微米，此时长波长的穿透深度比耗尽层宽度W还大，所以大多数光子没有被耗尽层吸收，因此长波长的量子效率很低。9《光纤通信》（第3版）原荣编著为了克服PN管存在的问题，人们采用PIN光电二极管PIN二极管与PN二极管的主要区别是，在P和N层之间加入了一个I层，作为耗尽层。I层的宽度较宽，

5、约有（5~50）m，可吸收绝大多数光子，使光生电流增加。图5.2.1PIN光电二极管10《光纤通信》（第3版）原荣编著PIN光电二极管的响应时间11《光纤通信》（第3版）原荣编著2.光电二极管的响应波长12《光纤通信》（第3版）原荣编著图5.2.2PIN光电二极管的波长响应曲线13《光纤通信》（第3版）原荣编著PIN光电二极管的性能参数量子效率响应度R暗电流,表示无光照时出现的反向电流，它影响接收机的信噪比;响应速度,它表示对光信号的反应能力，常用对光脉冲响应的上升或下降沿表示;结电容(pF),它影响响应速度。14《光纤通信

6、》（第3版）原荣编著5.2.2雪崩光电二极管雪崩光电二极管（APD）是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。APD的结构设计，使它能承受高的反向偏压，从而在PN结内部形成一个高电场区。APD能提供内部增益工作速度高已广泛应用于光通信系统中15《光纤通信》（第3版）原荣编著光生的电子空穴对经过高电场区时被加速。从而获得足够的能量，它们在高速运动中与P区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子空穴对。这种通过碰撞电离产生的电子空穴对，称为二次电子空穴对。新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加

7、速，又可能碰撞别的原子，这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。APD工作原理16《光纤通信》（第3版）原荣编著图5.2.3雪崩光电二极管图5.2.4APD雪崩倍增图示17《光纤通信》（第3版）原荣编著2.平均雪崩增益18《光纤通信》（第3版）原荣编著5.2.3响应带宽19《光纤通信》（第3版）原荣编著光电二极管响应带宽定义20《光纤通信》（第3版）原荣编著上升时间定义为输入阶跃光功率时，探测器输出光电流最大值的10%到90%所需的时间。上升时间定义21《光纤通信》（第3版）原荣编著受RC时

8、间常数限制的带宽22《光纤通信》（第3版）原荣编著图5.2.2APD波长响应曲线23《光纤通信》（第3版）原荣编著图5.2.5使用双异质结的SAMAPD图5.2.6使用双异质结的SAGMAPD24《光纤通信》（第3版）原荣编著图5.2.7SAGAAPD结构示意图