第章 光探测及光接收机Apr.pptVIP

* 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 * 光接收机基本组成 * 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。 * 光探测器 * 6.1 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。 * 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 * 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 * 光电检测器基本参数 * 6.2 光电探测器 6.2.1 PIN光电二极管 6.2.2 雪崩光电二极管（APD） * PN 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。 * 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 * PIN光电二极管的响应时间 《光纤通信》（第3版） 原荣 编著 * 光电二极管的光谱特性 截止波长有上限、下限 * 截止波长上限 * PIN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。 * 习题：计算光电二极管的灵敏度和量子效率 * 6.2 光电探测器 6.2.1 PIN光电二极管 6.2.2 雪崩光电二极管（APD） * 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 * 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 * APD的倍增因子 《光纤通信》（第3版） 原荣 编著 * APD习题1： 计算灵敏度 * APD习题2 * 总 结 * 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 * 《光纤通信》（第3版） 原荣 编著 * 《光纤通信》（第3版） 原荣 编著 * 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，就可观察到眼图。 眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当输出端信噪比很大时，张开度主要受码间干扰的影响。因此，观察眼图的张开度就可以估计出码间干扰的大小，这给均衡电路的调整提供了简单而适用的观测手段。