第6章 光探测及光接收机2013Apr

1第6章光接收机及光探测器

6.1光探测原理

6.2光电探测器2光接收机基本组成3光电检测器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。4光探测器56.1光探测原理在PN结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子空穴对，在电场的作用下，在外电路形成光生电流。当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号转变成电流信号。6假如入射光子的能量超过禁带能量Eg，耗尽区每次吸收一个光子，产生一个电子空穴对。受激吸收7在PN结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子空穴对在电场的作用下,分别离开耗尽区，电子向N区漂移，空穴向P区漂移，空穴和从负电极进入的电子复合，电子则离开N区进入正电极。从而在外电路形成光生电流。当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号转变成电流信号。PN结型光电探测器《光纤通信》（第3版）原荣编著8光电检测器基本参数96.2光电探测器6.2.1PIN光电二极管6.2.2雪崩光电二极管（APD）10PN结光电二极管的缺点 简单的PN结光电二极管具有两个主要的缺点。1结电容较大，响应速度慢，不利于高频调制。2耗尽层宽度小（最大也只有几微米，大多数光子没有被耗尽层吸收，量子效率低。11 为了克服PN管存在的问题，人们采用PIN光电二极管PIN二极管与PN二极管的主要区别是，在P和N层之间加入了一个I层，作为耗尽层。I层的宽度较宽，约有（5~50）m，可吸收绝大多数光子，使量子效率提高，使光生电流增加。PIN光电二极管12PIN光电二极管的响应时间《光纤通信》（第3版）原荣编著13光电二极管的光谱特性截止波长有上限、下限14截止波长上限15PIN光电二极管的性能参数量子效率响应度R暗电流,表示无光照时出现的电流，它影响接收机的信噪比。响应速度,它表示对光信号的反应能力，常用对光脉冲响应的上升或下降沿表示。结电容,它影响响应速度。16习题：计算光电二极管的灵敏度和量子效率176.2光电探测器6.2.1PIN光电二极管6.2.2雪崩光电二极管（APD）18雪崩光电二极管（APD）特点APD是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。APD的结构设计，使它能承受高的反向偏压，从而在PN结内部形成一个高电场区。APD能提供内部增益工作速度高基于以上优点，APD已广泛应用于光通信系统中。《光纤通信》（第3版）原荣编著19光生的电子空穴对经过高电场区时被加速。获得足够的能量，在高速运动中与P区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子空穴对，称为二次电子空穴对。二次电子空穴对在高电场区里运动时又被加速，又可能碰撞别的原子。这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。APD工作原理20APD的倍增因子《光纤通信》（第3版）原荣编著21APD习题1：

计算灵敏度22APD习题223总结24思考题1.光探测器的作用是什么?2.光接收机的作用是什么?3.光纤通信中最常用的光电检测器是哪两种？4.PIN和APD探测器的主要区别是什么?5.数字光接收机主要由哪几部分组成?6.监测光纤通信系统性能好坏通常采用什么最直观简单的方法？《光纤通信》（第3版）原荣编著25《光纤通信》（第3版）原荣编著26《光纤通信》（第3版）原荣编著27眼图分析法在实验室里观察码间干扰是否存在的最直观、最简单的方法是眼图分析法。通常误码率的典型值为10–9。将均衡滤波器输出的随机脉冲序列输入到示波器的Y轴，用时钟信号作为外触发信号