通信用光器件-光检测器.pdf

《通信用光器件-光检测器.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、光检测器光通信用的光检测器光电二极管的工作原理PIN光电二极管雪崩光电二极管(APD)光电二极管一般性能和应用光通信用的光电检测器光电检测器的作用是通过光电效应，将接收的光信号转换为电信号光接收机的核心部件，其性能的好坏直接影响着接收机的性能指标光纤通信系统对光电检测器的要求：光电转换效率高，即对一定的入射光功率，能够输出尽可能大的光电流响应速度快频带宽，信号失真尽量小噪声低，器件本身对信号的影响小体积小、寿命长、高可靠性、工作电压低等光电检测器核心：光电二极管主要类型PIN光电二极管雪崩光电二极管（APD)光检测器光通信用的光检测器光电二极管的工作原理PI

2、N光电二极管雪崩光电二极管(APD)光电二极管一般性能和应用光电检测器原理原理：光吸收在半导体材料上，当入射光子能量h超过带隙能量时，每当一个光子被半导体吸收就产生一个电子—空穴对在外加电压建立的电场作用下，电子和空穴就可能在半导体中渡越并形成电流流动，称为光电流当入射光变化时，光生电流随之发生变化，从而把光信号转换成电信号注意，简单的在均匀体材料上施加外部入射光电压不能构成光电检测器件：光生载流子形成的光电流与半导体材料中多数载流子形成的电流比可以忽略；光生载流半导体子易在扩散过程中发生辐射或非辐射复合而消失光电二极管的工作原理光电二极管具有将光信号转换为电信号的功能，是由半导

3、体PN结的光电效应实现的。内部电场PNhv结空P区N区间电荷区扩散漂移PN能带电子和空穴PN结界面的扩散运动内部电场漂移运动能带倾斜如果光子的能量大于当入射光作用在PN结时发生受激吸收或等于带隙(hf≥E)g内部电场的作用，电子向在耗尽层形成漂移电流。N区运动，空穴向P区运动PN光电二极管的缺点无法提高响应度P区N区内生成的载流子有很大一部分在扩散过程中因复合而湮灭响应速度低，带宽小光生电流由漂移电流分量和扩散电流分量共同构成，载流子扩散运动比漂移运动慢得多，扩散分量的存在会降低响应速度器件的稳定度也比较差——实际上不适合做光纤通信的检测器改进结构：PIN光电二极管APD光电

4、二极管光检测器光通信用的光检测器光电二极管的工作原理PIN光电二极管雪崩光电二极管(APD)光电二极管一般性能和应用PIN光电二极管的产生入射光子PN能带由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区(P区和N区)吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。为改善器件的特性，在PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为I)，这种结构便是常用的PIN光电二极管。PIN光电二极管的结构特点•结构特点•P型半导体和N型半导体之间增加本征半导体层（I层：Intrinsic）•I层吸收系数很小，厚度大，入射光可以很容易地进入材料内部被充分吸收而产生大量的电子—空穴对，光电转换效率得到提高•I

5、层两侧的P层、N层很薄，扩散电流很小，提高了器件的响应速度PIN光电二极管•结构特点：•I层低掺杂，具有高阻特性，电场强度大•耗尽层厚度由本征层决定：加适当的反向偏压时可以使耗尽区扩展至整个I层•反向偏压小，一般为5V•缺点：uhu•本征层宽，载流子的漂h移时间长，降低了响应qV速度REuC•本征层的厚度必须优化h选择E•Si基PIN，40微米;V•InGaAs基PIN，4微米电子扩散漂移空间空穴扩散反向偏压下的能带图12PIN光电二极管的结构N区和P区：InP，对　>920nm的光透明；I区:InGaAs；对1300‾1600nm强烈吸收PIN光电二极管的工作特性1.光电转换效率2.光谱

6、响应3.响应时间4.灵敏度和噪声1.光电转换效率光电转换效率用量子效率η或响应度ρ表示。量子效率η:入射光功率P中含有大量光子，能转换为in光电流的光子数和入射总光子数之比称为量子效率.产生的电子－空穴对的个数








Ipq入射的光子数Phin•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%。•为了得到较高的量子效率，必须加大耗尽区的厚度，使得可以吸收大部分的光子。但是，耗尽区越厚，光生载流子漂移渡越中心结区的时间就越长。由于载流子的漂移时间又决定了光电二极管的响应速度，所以必须在响应速度和量子效率之间采取折

7、衷。2.响应度的定义为一次光生电流I和入射光功率PP0的比值2.光谱响应hc1.24(m)CEE(eV)gg光子能量h大于半导体材料的禁带宽度Eg时，价带上的电子可以吸收光子而跃迁到导带，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上截止波长C所以对一给定的探测区材料就有一个能够探测的最低频率或最大波长，而对波长大于这个极限波长的光波就不能被探测到。材