光电二极管电流.ppt

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1、LightDetector光检测器光纤通信第七章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。光接收机光信号光电变换前置放大主放大器均衡滤波判决器时钟恢复输出AGC电路性能指标:接收灵敏度、误码率或信噪比前端时钟提取与数据再生（CDR）线性通道对信号进行高增益放大与整形，提高信噪比，减少误码率。前言发射机发射的光信号经光纤传输后，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

2、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。用半导体材料制成的光电检测器正好满足这些要求。7.1光检测原理7.2光电倍增管7.3半导体光电二极管7.4PIN型光电二极管7.5雪崩光电二极管7.6光接收机Chapter7LightDetectorLightDetector7.1PrinciplesofPhotodetection光探测原理ExternalPhotoelectricEffect(外部光电效应)：金属表面通过吸收入射光子流的能量从而释放电子，形成光生电流——真空光电二极管和光电倍增管Internal

3、PhotoelectricEffect(内部光电效应)：半导体结型器件通过吸收入射光子产生自由电荷载流子（电子和空穴）——pn结光电二极管，PIN结光电二极管，雪崩光电二极管1．Responsivity响应度光检测器的输出电流与入射光功率之比称为响应度。单位：安培每瓦/伏特每瓦光检测器的主要性能指标2.SpectralResponse光谱响应检测器响应度和波长之间的函数关系。在入射光功率呈阶跃变化的条件下，检测器的输出电流从最大值的10%上升到90%所用时间。3.RiseTime上升时间tr输入功率波形检测器输出的电流波形7.2Photomultiplier光电倍增管阴极阳极发射电

4、子入射光子Vacuumphotodiode真空光电二极管Vacuumphotodiode单个电子从阴极逃逸需要一个最低的能量值，称为功函数(WorkFunction)，入射光子的能量必须大于此值才能产生光致电子发射。光子能量hf大于功函数时，电子可以吸收光子而逸出，否则不论入射光多强，光电效应都不会发生。所以，任何一种材料制作的光电二极管都有截止波长(Cutoffwavelength)C：光波长大于这个值时，入射光子没有足够的能量激励检测器，因而不能被检测到，波长小于这个值时，光子能量超过功函数，能被检测到。例7.1，铯是一种常见的光致发光材料，其功函数为1.9eV,计算其截止波

5、长。光波长小于这个值时，光子能量超过功函数，才能被铯阴极检测到。量子效率表示入射光子转换为光电子的效率。它定义为单位时间内产生的光电子数与入射光子数之比，即检测电流正比于光功率QuantumEfficiency量子效率在光电二极管的应用中，100个光子会产生30到95个电子－空穴对，因此检测器的量子效率范围为30%~95%。例7.2，假定检测器在0.8um波段的量子效率为1%，试计算其响应度。例7.3，根据7.2结果，计算当检测器接收的光功率为1uW时，一个50欧负载电阻两端的电压。Photomultiplier（PMT）阴极阳极二次发射电子入射光子倍增电极Photomultipl

6、ier每个倍增电极的增益(Gain)指每个入射电子所产生的二次发射电子数的平均值。通常在2~6之间。假设每个倍增电极的增益为δ，总的增益为：通过外电路的电流为：例7.4，假定一个光电倍增管有9个倍增电极，每个倍增电极的增益为5，计算此光电倍增管的电流放大倍数。例7.5，假设一个PMT有例7.4所得的增益，先用来检测光功率为1uW，波长为0.8um的光信号，阴极的效率为1%，负载为50欧。计算其响应度、电流和输出电压。Photomultiplier光电倍增管产生内部增益(InternalGain)，可以在不显著降低信噪比的情况下放大信号，而放大器的外部增益（ExternalGain）

7、一般会引入噪声，降低信噪比。光电倍增管响应速度很快，不到1ns。缺点：成本高，体积大，重量大，需要一个能提供数百伏偏置电压的电压源。半导体光电二极管体积小，重量轻，灵敏度高，响应速度快，在几伏的偏置电压下即可工作。PN型光电二极管PIN型光电二极管雪崩型（APD）光电二极管7.3SemiconductorPhotodiode半导体光电二极管假如入射光子的能量超过禁带能量Eg，耗尽区(PN结的结区也就是中间势垒所在区域，没有自由电子)每次吸收一个光子，将产生一个电子空穴