第一章-5-3通信光电子器件-光电检测器.ppt

* APD的工作特性 光电二极管响应度与波长的关系 Si APD主要用于波长800nm左右的中速光纤网络，价格最低，InGaAs APD主要适用于高速网络 * 雪崩光电二极管的工作特性 雪崩光电二极管特有的特性 雪崩倍增特性——倍增因子 倍增噪声 温度特性 * 雪崩光电二极管的工作特性 倍增因子 定义倍增因子g为APD输出光电流Io和一次光生电流Ip的比值 g值随反向偏压、波长和温度而变化。 现在APD的g值已达到几十甚至上百 倍增因子g与反向偏压和温度的关系 * 倍增噪声 雪崩倍增效应不仅对信号电流有放大作用，而且对噪声电流也有放大作用 雪崩效应产生的载流子是随机的，会引入新的噪声成分 温度特性 当温度变化时，原子的热运动状态发生变化，从而引起电子、空穴电离系数的变化，使得APD的增益也随温度而变化。 随着温度的升高，倍增增益下降。 为保持稳定的增益，需要在温度变化的情况下进行温度补偿。 雪崩光电二极管的工作特性 * APD与PIN的特性比较 APD PIN * 带宽 PIN≈APD 响应度 PINAPD 灵敏度 PINAPD 偏置电压 PINAPD APD能耗大，不易实现接收单元的小型化 APD与PIN的特性比较 * 新技术——MSM光电探测器 MSM：Metal-semiconducator-metal 不是P-N结光电二极管 光电转换机制不变：光生载流子的流动 电极和光敏感区在半导体的同一侧——平面型 制作简单，电容低——带宽高，可以在300Ghz时正常工作 * 光调制器 光调制的作用: 将电信号加载在光载波上 光调制的实现方式: 直接调制 仅适用于半导体光源,价格低廉 调制速度最高可达2.5Gb/s 外调制 既适用于半导体光源又适用于其他光源 高速率通信系统中广泛使用 DC RF DC MOD RF * 直接调制 直接调制 通过改变激光器的驱动电流而改变其出光功率 缺点：有啁啾，输入功率高，消光比小 消光比：电信号为1和0时输出光功率比值的对数, 单位为dB 啁啾：激光器辐射波长随驱动电流的变化而变化的现象 * 外调制 外调制 电光调制器 电吸收调制器 电光调制器 电光效应：电压施加于某些电光晶体(如LiNbO3 )，导致晶体折射率发生变化，引起通过该晶体的光波特性发生变化 折射率变化?n与外加电场E有着复杂的关系，可近似地认为?n与(r?E?+R?E?2)成正比。 电光调制器主要利用普科尔(Pocket)效应. 普科尔(Pocket)效应：晶体折射率与外加电场幅度成线性变化 克尔(Kerr)效应：晶体折射率与外加电场幅度的平方成比例变化 * Mach-Zehnder型电光调制器 x y 输出光功率随着驱动电压的变化而变化，实现调制 LiNbO3晶体具有电光效应，即折射率会随着施加电压而改变 Y形波导:将光分合成功率相等的两路 Ti-LiNbO3波导 共平面条形电极 V?/2 V? V t 调制电压 透射光强 电光调制的光透过率随外电压的变化 偏置电压的选择很重要！ 调制器被偏置在V?/2点上 * 在耗尽层两侧是没有电场的中性区，由于热运动，部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层，然后在电场作用下， 形成和漂移电流相同方向的扩散电流。 漂移电流分量和扩散电流分量的总和即为光生电流。当与P层和N层连接的电路开路时，便在两端产生电动势，这种效应称为光电效应。 光电二极管通常要施加适当的反向偏压，目的是增加耗尽层的宽度，缩小耗尽层两侧中性区的宽度，从而减小光生电流中的扩散分量。 由于载流子扩散运动比漂移运动慢得多，所以减小扩散分量的比例便可显著提高响应速度。但是提高反向偏压，加宽耗尽层，又会增加载流子漂移的渡越时间， 使响应速度减慢 * 载流子数量的变化会引起激光器有源区折射率的变化 * 调制器由LiNbO3晶体表面上用钛扩散波导购成M-Z干涉仪 是一种损耗器件，利用Franz-Keldysh效应和量子限制Stark效应，工作在调制器材料吸收边界波长处。 Franz-Keldysh效应：1958年提出，是指在电场作用下半导体材料的吸收边红移的理论。 原理：改变调制器上的偏压，使多量子阱(MQW)的吸收边界波长发生变化，进而改变光束的通断，实现调制。当调制器无偏压时，光束处于通状态，输出功率最大；随着调制器上偏压的增加，MQW的吸收边移向长波长，原光束波长处吸收系数增大，调制器为断状态，输出功率最小 * 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 光电检测器 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