光檢測器及光接收機ppt精選課件

.,光檢測器與光接收機,第五章,李佳駿,.,.,光電轉換器件要求:高效率、低噪聲、寬帶原理：光吸收,5.1光檢測器,目前，較為常見的半導體光檢測器有：（1）PIN光電二極管（2）雪崩光電二極管APD,.,5.1.1PN光電二極管,工作原理：入射光從P側進入，在耗盡區(qū)光吸收產生的電子空穴對在內建電場作用下分別向左右兩側運動，產生光電流。,響應時間：由光功率輸入轉化為光電流輸出，有一定時間遲后，其值主要決定于載流子通過耗盡區(qū)的渡越時間。,.,5.1.1PN光電二極管(2),帶寬受限的主要因素:產生的光電流中存在擴散分量，它與耗盡區(qū)外的光吸收有關。載流子作擴散運動的時延將使檢測器輸出電流脈沖后沿的托尾加長，影響光電二極管的響應速度。,解決方法：減小P,N區(qū)厚度，增加耗盡區(qū)的寬度，使大部分入射光功率在耗盡區(qū)吸收，減少P,N區(qū)吸收的光能-PIN,考慮漂移和擴散運動時PN光電二極管對矩形脈沖的響應,擴散分量的存在導致光電二極管瞬態(tài)響應失真,.,5.1.2PIN光電二極管,在PN結間插入一層非摻雜或輕摻雜半導體材料，以增大耗盡區(qū)寬度w，達到減小擴散運動的影響，提高響應度的要求。由于PN結中間插入的半導體材料近似為本征半導體(Intrinsic)，因此這種結構稱為PIN光電二極管。,I區(qū)高阻抗,電壓基本都落在I區(qū),PIN光電二極管及反偏時各層的場分布,.,5.1.3雪崩光電二極管APD,PIN:1個光子最多產生一對電子-空穴對,無增益APD:利用電離碰撞,1個光子產生多對電子-空穴對,有增益工作過程：,.,當保持所加偏置電壓不變時，降低溫度，則電子和空穴的電離速率會增加，因而雪崩增益也會增加。,溫度對雪崩增益的影響,.,量子效率,入射光功率Pin中含有大量光子，能轉換為光電流的光子數(shù)和入射總光子數(shù)之比稱為量子效率.,在光電二極管的應用中，100個光子會產生30到95個電子空穴對，因此檢測器的量子效率范圍為30%95%。為了得到較高的量子效率，必須加大耗盡區(qū)的厚度，使得可以吸收大部分的光子。但是，耗盡區(qū)越厚，光生載流子漂移渡越(across)反向偏置結的時間就越長。由于載流子的漂移時間又決定了光電二極管的響應速度，所以必須在響應速度和量子效率之間采取折衷。,.,5.2光接收機,光信號,光電變換,前置放大,主放大器,均衡濾波,判決器,時鐘恢復,輸出,AGC電路,性能指標:接收靈敏度、誤碼率或信噪比,前端,線性通道,時鐘提取與數(shù)據(jù)再生（CDR）,對信號進行高增益放大與整形，提高信噪比，減少誤碼率。,（注:AGC自動增益控制）,.,5.2.1光接收機的前端,前端：由光電二極管和前置放大器組成。作用：將耦合入光電檢測器的光信號轉換為時變電流，然后進行預放大（電流電壓轉換），以便后級作進一步處理。是光接收機的核心。要求：低噪聲、高靈敏度、足夠的帶寬,.,5.2.2光接收機的線性通道,.,5.2.3判決再生與時鐘提取,任務：把線性通道輸出的升余弦波形恢復成數(shù)字信號,判決器,時鐘恢復,輸出,.,光接收機的噪聲特性,光接收機的噪聲將影響信噪比SNR和通信質量。主要來自光電探測器和前置放大器的噪聲。分為兩類：散粒噪聲和熱噪聲。,1.光檢測器產生散粒噪聲2.負載電阻產生熱噪聲3.放大器產生放大噪聲,.,5.3.2光接收機性能指標,1誤碼率BER=Ne/Nt=Ne/Bt即：誤比特率=錯誤比特/總比特2靈敏度（1）輸入的最小平均光功率（2）每個光脈沖的最低平均光子數(shù)n0（3）每個光脈沖的最低平均能量Ed,.,5.4光中繼器,光