光纤通信第三章ppt课件.ppt

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1、3.1光接收机简介3.2光电检测器3.3放大电路及其噪声3.4光接收机的灵敏度3.5光接收机的组成模块3.6相干检测光接收机简介第3章光接收机光接收机是光纤通信系统的重要组成部分，其作用是将光信号转换回电信号，恢复光载波所携带的原信号。光接收机光源调制器驱动电路放大器光电二极管判决器光纤光纤中继器光接收机的类型直接检测：IM-DD光接收机平衡接收机相干检测IM-DD数字光接收机原理框图相干接收机光检测器偏压控制前置放大器AGC电路均衡器判决器时钟提取再生码流主放大器光信号接收机前端线性通道数据恢复译码器1.光接收机的

2、性能指标1)误码率其中B＝1/Tb比特速率例如：误码率为10-9,代表平均每发送十亿个脉冲有一个误码出现。光纤电信系统典型误码率范围是10-9到10-122）灵敏度灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。灵敏度Sr:在满足误码率或信噪比的条件下，光接收机最低接收的平均光功率〈P〉min，并以dBm为单位。由定义得到灵敏度Sr:在满足误码率或信噪比的条件下，光接收机最低接收的平均光功率〈P〉min，并以dBm为单位。由定义得到3）光接收机的动态范围在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输出光功

3、率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率（用dBm来描述）之差（dB）。光纤通信第3章3.1光接收机简介3.2光电检测器3.3放大电路及其噪声3.4光接收机的灵敏度3.5光接收机的组成模块3.6相干检测光接收机简介第三章光接收机光电检测器光电二极管（PD）雪崩光电二极管(APD)电场的作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动电子到N区，空穴到P区，外电路吸收，形成光生电流入射光子能量满足时产生电子--空穴对PN结反向偏压----形成耗尽层工作原理----受激吸收光电二极管（PD）3.2.2PIN型光电二极管1、结构I层

4、：接近本征的N区P层：P型半导体N层：N型半导体I层作用：增加了耗尽层宽度。提高响应速度、光电转换效率。2、工作原理如果断开电路？则不会有电流只有电势当光从P区一侧入射，则光能量在被吸收的同时仍继续向N区一侧延伸吸收，在经过耗尽层时，由于吸收光子能量，电子从价带被激励到导带而产生电子空穴对（即光生载流子），并且在耗尽层空间电场作用下，分别向N型区和P型区相互逆方向作漂移运动，并在外部电路形成光电流。3、PIN光电二极管主要特性参数1）光电转换效率量子效率η：响应度R：一次光生电流IP和入射光功率P0的比值响应度随波长

5、增加而增大，（光子能量低于带隙能量时，公式失效）原因？1例题一个PIN光电二极管，假设只有在耗尽层吸收的光子才能转换成光电流，忽略反射损耗，当求：（1）最大量子效率（2）到80%，耗尽层厚度最小为多少？1（1）（2）提高量子效率需要采取以下措施：减小入射表面的反射率增加耗尽区宽度,减小零电场区的厚度（采用PIN结构）不同材料光电二极管的响应度曲线2）响应波长光电效应满足条件：截止波长：响应波长：Si:Ge,InGaAs:当入射波长太短时，大量光子在零场区被吸收，光电转换效率会下降。Si材料的PD：0.5-1.0mG

6、e或InGaAs材料：1.1-1.6m常用上升、下降时间表示。影响因素：光电二极管结电容及其负载电阻的RC时间常数载流子在耗尽区里的渡越时间耗尽区外产生的载流子由于扩散而产生的时间延迟3）响应速度4）暗电流无光照时光电二极管的反向电流---暗电流噪声3.2.3雪崩光电二极管1、结构在n与I之间加一个轻掺杂的P，且两端外加反向偏压（200V左右）2、工作原理工作原理和倍增过程工作原理光电效应+碰撞电离、雪崩倍增效应。初始电子空穴对二次电子空穴对1、根据光电效应，当光入射到PN结时，光子被吸收而产生电子-空穴对。2、如

7、果电压增加到使电场达到200kV/cm以上，初始电子(一次电子)在高电场区获得足够能量而加速运动。3、高速运动的电子和晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子-空穴对。4、新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增。2）APD的工作特性（a)APD的平均雪崩增益和雪崩击穿电压平均雪崩增益定义为:式中Ip为一次光电流，Im为倍增后输出电流的平均值。由于倍增过程是随机产生的，因此雪崩倍增效应具有统计的特征，故倍增效应应取统计平均值。G与反向电压有关：存在雪崩击穿电压3）APD的结

8、构Si-APD结构保护环型（GAPD）拉通型RAPD4）APD的倍增噪声过剩噪声指数x；；APD过剩噪声系数APD放大噪声比放大信号多10倍APD放大噪声比放大信号多100倍5）增益与温度、偏压的关系保护环型APD温度与增益的关系保护环型APD温度与增益的关系APD偏压与增益的关系3.1光接收机简介3.2光电检测器3.3放大电路及其噪声3.4光