第05章光电检测器与光接收机ppt课件.ppt

《第05章光电检测器与光接收机ppt课件.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、第五章光电检测器与光接收机5.1光电检测器5.2光电检测器的特性指标5.3光接收机5.4光接收机的噪声5.5光接收机的灵敏度5.1光电检测器5.1.1PIN光电二极管PIN(PositiveIntrinsicNegative)工作原理在PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。PIN光电二极管工作原理由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征半导体，故称I层，因此这种结构称为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占尽了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子——空穴对。在I层两侧是掺

2、杂浓度很高的P型和N型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。PIN光电二极管工作原理通过插入I层，增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的，但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间，反而导致响应变慢，因此耗尽区宽度要合理选择。通过控制耗尽区的宽度可以改变PIN光电二极管的响应速度。§5-1-1PIN光电二极管1.PN结的特性在PN结上加反向偏压（P接－，N接＋），并在入射光的照射下，可以产生与入射光强度成正比的光生电流。因此，反向偏压下的PN结就是一种最基本的PN光电二极

3、管。通过对这种光电二极管的改进，可以获得性能更为优异的能在实际光通信系统中使用的PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管。§5-1-1PIN光电二极管2.PIN光电二极管结构与工作原理PIN是在普通的光电二极管(PD--PhotoDiode)的P区和N区之间增加本征区(I区)，由于I区具有较高的电阻，因此外加反向偏压基本上降落在I区。当光子入射到达I区时，由于光子被吸收而产生电子--空穴对（光生载流子），在高电场作用下，电子--空穴分别高速向相反方向运动（电子向N区，空穴向P区），从而在外加负载上形成光电流。§5-1-1PIN光电二极管3.目前国产PIN光

4、电二极管的水平（1）Si-PIN响应光谱范围：0.8-0.9mm响应度R：0.6-0.8(mA/mW)量子效率h：80%响应时间：tr<1ns（tr脉冲前沿）工作电压：-15V暗电流：Id<1nA§5-1-1PIN光电二极管3.目前国产PIN光电二极管的水平（续）（2）Ge-PIN（用于1.3mm光纤通信系统）响应光谱范围：1.3mm响应度R：0.5-0.7(mA/mW)量子效率h：70%响应时间：tr<1nS（tr脉冲前沿）工作电压：-5V~-10V暗电流：Id~0.2mA§5-1-1PIN光电二极管3.目前国产PIN光电二极管的水平（续）（3）InG

5、aAs-PIN（用于1.3mm或1.5mm光纤通信系统）响应光谱范围：1.3mm或1.5mm响应度R：0.5-0.7(mA/mW)量子效率h：60%响应时间：tr<1nS（tr脉冲前沿）工作电压：-5V暗电流：Id~3nA图5.1PIN光电二极管的结构PIN(PositiveIntrinsicNegative)PIN光电二极管(PINPD)的结构如图5.1.2雪崩光电二极管雪崩光电二极管应用光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应而获得光生电流的雪崩倍增。1.雪崩光电二极管的结构常用的APD结构包括拉通型APD和保护环型APD，如图5.2所示。由于

6、要实现电流放大作用需要很高的电场，因此只能在图中所示的高场区发生雪崩倍增效应。§5-1-2APD雪崩光电二极管APD(AvalanchePhotoDiode)1.APD结构及工作原理APD是具有内部增益的光电二极管，它在PIN的结构上增加了倍增层P层，构成P+/I/P/N+结构。在本征区I（吸收层）吸收光子产生载流子（电子-空穴对）进入倍增层，在高电场的作用下（与晶格原子）发生碰撞电离，产生新的载流子，此种作用在倍增区内循环持续发生，以致造成载流子的雪崩倍增，从而在外部负载中产生更大的光电流。图5.2APD的结构APD结构示意图§5-1-2APD雪崩光电

7、二极管对比：PIN光电二极管是一种无信号增益的器件，一个光子最多只能产生一对电子-空穴对；APD光电二极管可以像光电倍增管那样在APD内部得到放大，一个光子可以产生多对电子-空穴对，从而使APD可以具有高的响应度。§5-1-2APD雪崩光电二极管2.APD的主要性能参数（以Si-APD为例）（1）雪崩电压VB（2）倍增因子M*（3）增益-带宽乘积（4）响应度（灵敏度）（5）暗电流（6）量子效率§5-1-2APD雪崩光电二极管（1）雪崩电压VB雪崩电压VB：当雪崩光电二极管产生自持雪崩时的电压称为雪崩电压。电压与电流的关系如图所示。其中电流开始剧增时对应的

8、电压为VB，VB值因材料、器件结构不同而不同。（2）倍增因子MM是雪崩倍增时测得