光纤通信光电检测器

3.1光电检测器光接收机的构成光电二极管（PD）雪崩光电二极管11.数字光接收机的组成激光器驱动电路Fiber时钟提取/数据再生前置放大器主放大器.均衡器PDLD数据输入数据输出22、光电二极管（PD）1）PD的工作原理

原理:光电效应--受激吸收过程入射光子的能量大于禁带宽度,光子被吸收,产生电子空穴对.电子空穴对在电场的作用下定向运动,形成光电流.

h>Eg或hc/EgPIN能带图耗尽区3定义：为光电二极管的上截止波长。Si材料的PD：1.06mGe或InGaAs材料：1.6~1.7m当入射波长太短时，光电转换效率会下降。Si材料的PD：0.5~1.0mGe或InGaAs材料：1.1~1.6m2）PD的工作特性

a)波长响应范围吸收的光功率：P(x)=P(0)[1–e-()x]

4(b)光电转换效率

量子效率:

定义为单位时间内产生的光生电子－空穴对数与单位时间入射的总光子数之比。

响应度:

定义为光生电流与入射光功率之比。Ip=(e0/h)p0(1–R)exp(-w1)[1-exp(-w)]

=(A/W)=

=(1–R)exp(-w1)[1-exp(-w)]5光子吸收示意图Ip=(e0/hv)p0(1-R)exp(-w1)[1-exp(-w)]w1w(表面层)(耗尽层)6提高量子效率需要采取以下措施：减小入射表面的反射率增加耗尽区宽度,减小零电场区的厚度（采用PIN结构）

在PN结光电二极管基础上加以改进，在PN结中间加上接近本征半导体的I层(轻掺杂的N区)，形成PIN结构（见图3.1.3）。P和N层都很薄，因此光电二极管吸收光的区域基本上在耗尽区。7不同材料光电二极管的响应度曲线8(c)响应速度响应速度通常用响应时间表示。响应时间为光电二极管对矩形光脉冲的上升或下降时间。影响响应速度的主要因素有：(a)光电二极管结电容及其负载电阻的RC时间常数(b)载流子在耗尽区里的渡越时间(c)耗尽区外产生的载流子由于扩散而产生的时间延迟

反向偏压的作用:对光电二极管上施加反向偏压是十分有利的。原因是耗尽区宽度增加，结电容减小，载流子的漂移速度也快，所以不仅提高了量子效率，而且加快了响应速度。91011不同的脉冲响应情况12(d)暗电流无光照时光电二极管的反向漏电流，称为暗电流。暗电流的无规则随机涨落产生噪声。

133）光电二极管的结构PIN的结构异质结构

14长波长PIN管异质结构示意图原理描述：

PIN结构异质结构InP是宽带隙材料，c=0.96m,对长波长的光不吸收;InGaAs是窄带隙材料，c=1.7m

153、雪崩光电二极管(APD，AvalanchePhotodiode)1)工作原理

光电效应雪崩倍增效应。16电离系数：e,h电离系数比：k=h/e17182）APD的工作特性

（a)APD的平均雪崩增益和雪崩击穿电压平均雪崩增益定义为:G=Im/Ip式中Ip为一次光电流，Im为倍增后输出电流的平均值。由于倍增过程是随机产生的，因此雪崩倍增效具有统计的特征，故倍增效应应取统计平均值。G与反向电压有关：V越大，G值越高。存在击穿电压.考虑纯电子电流注入高场区的情况1920雪崩击藏穿21工程上用暗电坛流增加蹄到一定贪值来定秆义击穿芦电压22(b)椅AP史D的过剩撒噪声雪崩倍欣增过程引入择更大的随闭机性。用记过剩噪声的系数和过钥剩噪声指鼓数表示。APD的绒过剩噪声鸣系数F(G)APD单的过剩兵噪声指凳数x23APD职的结构恩设计:对k远欢小于1菊的AP构D,桃应尽量猛使电子还电流注召入高场袄区;对k远大隐于1的A无PD,汤应尽量使倦空穴电流哑注入高场镜区;避免使纳用k=回1的材估料制作咬APD退。理论分蛛析得到恒电子电括流和空谈穴电流岂注入高篇场区时24253）喝A午PD的令结构(1)烟Si-巷APD认结构保护环贱型拉通型爆。保护环司型（G刮APD浩）26拉通型堵（Re多ach唯-th穗rou论gh挎APD偷，RA侍PD）27长波长帽APD达结构SAM-勺APD(Sep刃arat笋edA待bsor售ptio奶nan优dMu露ltip哀lexi图ngA新PD)入射光透访明地经过迅高场区，诱在吸收区创被充分吸身收，形成宿吸收区和棋倍增区分营离的结构祝。形成纯空遣穴电流注弄入高场区枣，减小过为剩噪声，雅加大增益奸。28SAGM锅-APD牧：在InP僻材料和I弊nGaA聋s材料间臂加入一层竿或几层禁色带宽度小丘于InP无大于In属GaAs醉的InG报aAsP越材料,罢形成带界隙渐变的腔过渡区。SAG知M具有艘过剩噪希声小、茄倍增大斧、响应扎速度快资的优点难。29谢谢观柿看/欢迎下载BYF趣AITH毯IM超EAN伯AVI粗SION惧OF崭GOOD芦ONE坛CHE阅RISH阔ESA舍NDT耻HEE寸NTHU榆SI