现代光纤通信系统-第五章ppt课件.ppt

《现代光纤通信系统-第五章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、1/182/185.1光检测器3/185.1.1光电二极管工作原理4/185.1.1光电二极管工作原理5/186/18结构：在PN结中间夹一层掺杂浓度很低的本征半导体（I层）。?工作原理：由于I层很厚具有较高电阻，电压基本上落在该区，使势垒区宽度增加，减小扩散运动影响，提高了响应速度。5.1.2PIN光电二极管7/185.1.2PIN光电二极管8/18中间InGaAs层，在1.3μm～1.65μm范围内有很强的吸收。?由于光子仅在耗尽区内吸收，完全消除了扩散分量。采用几微米厚的InGaAs，量子效率可接近100%。5.2.2

2、PIN光电二极管9/185.2.2PIN光电二极管－主要特性量子效率：一次光生电子-空穴对和入射光子数的比值量子效率取决于材料的特性和器件的结构。假设器件表面反射率为零，P层和N层对量子效率的贡献可以忽略，在工作电压下，I层全部耗尽，那么PIN光电二极管的量子效率可以近似表示为10/1811/18响应度：一次光生电流IP和入射光功率P0的比值Si适用于0.8~0.9μm波段Ge和InGaAs适用于1.3~1.6μm波段响应度随波长增加而增大5.2.2PIN光电二极管－主要特性12/18Si探测器（响应波段范围：0.2-1.1

3、）:13/18InGaAs探测器14/18响应时间3db电带宽3.2.2PIN光电二极管－主要特性15/18光生载流子在耗尽层的渡越时间影响因素减小耗尽层宽度w，可以减小渡越时间τd，从而提高截止频率fc同时要降低量子效率3.2.2PIN光电二极管－主要特性16/18光电二极管在内的检测电路RC常数Rt为光电二极管的串联电阻和负载电阻的总和Cd为结电容Cj和管壳分布电容的总和3.2.2PIN光电二极管－主要特性17/18光电二极管的噪声：由信号电流和暗电流产生的散粒噪声(ShotNoise)由负载电阻和后继放大器输入电阻产生

4、的热噪声均方散粒噪声电流均方热噪声电流3.2.2PIN光电二极管－主要特性18/1819/18图2APD载流子雪崩式倍增示意图图1光电二极管输出电流I和反向偏压U的关系5.2.3雪崩光电二极管（APD）20/1821/1822/183.2.3雪崩光电二极管(APD)－主要特性倍增因子用雪崩倍增效应对一次光生电流产生的平均增益的倍数来描述其放大作用APD的响应度比PIN增加了g倍考虑到器件体电阻的影响，g可以表示为可达几十～几百23/18APD的噪声：量子噪声、暗电流噪声和过剩噪声3.2.3雪崩光电二极管(APD)－主要特性

5、倍增效应对噪声电流也放大均方量子噪声电流过剩噪声因子：雪崩效应的随机性引入新的噪声量子噪声暗电流附加噪声指数x与器件所用材料和制造工艺有关Si-APD的x=0.3~0.5Ge-APD的x=0.8~1.0InGaAs-APD的x=0.5~0.724/1825/185.2.4光电二极管一般性能与应用26/183.2.4光电二极管一般性能与应用27/18新型端窗式光电倍增管(CPM)新型超高灵敏的光探测器，它的阳极灵敏度比通用的光电倍增管PMT提高一个量级，达到10E7A/W，暗电流降低两个数量级，噪声电平长时间极端稳定。极低的暗

6、电流导致比传统PMT更高的动态范围，而且扩展了探测应用范围，能够替代传统的光电倍增管（PMT）以及雪崩管（APD），用于需要高性能的场合。28/18光接收机主要由光检测器、前置放大器、主放大器、滤波器、判决电路、时钟恢复电路、自动增益控制电路光接收机前端5.2光接收机2922光接收机前端作用：将光纤线路末端耦合到光电检测器的光比特流转变为时变电流，然后进行预放大，以便后一级进一步处理。光电检测器一般采用PIN光电二极管或APD雪崩光电二极管，它们性能的优劣直接影响整个光接收机性能。前置放大器光电检测器输出的光电流是十分微

7、弱的，需要多级放大器进行放大，多级放大器的前级为前置放大器。5.2光接收机30/181．前置放大器从光检测器输出的电流信号十分微弱，必须经过前置放大器放大，前置放大器在光接收机中起关键作用，要求它有足够小的噪声、适当的带宽和一定的增益。5.2.1光接收机基本组成前置放大器典型类型：双极型晶体管前置放大器场效应晶体管前置放大器跨阻型前置放大器组件31/185.2.1光接收机基本组成互阻放大器的主要优点是：动态范围较宽；输出阻抗小，不易感应耦合噪声；性能稳定，容易通过调节RF控制增益。双极型晶体管场效应管跨阻型32/182．增益

8、可调节的主放大器前置放大器输出信号的幅度对于信号的判决是不够的，因此还需主放大器做进一步的放大。主放大器除了将前置放大器输出的信号放大到判决电路所需要的信号电平外，还起着调节增益的作用。当光电检测器输出的信号出现起伏时，通过光接收机的自动增益控制电路对主放大器的增益进行调整，即输入信号越大