光电检测器

光电检测器的作用是把接收到的光信号转换成相应的电信号。由于从光纤传送过来的光信号一般是非常微弱的,因此对光检测器提出了非常高的要求:

1)在工作波长范围内有足够高的响应度。

2)在完成光电变换的过程中,引入的附加噪声应尽可能小。

3)响应速度快。线性好及频带宽,使信号失真尽量小。

4)工作稳定可靠。有较好的稳定性及较长的工作寿命。

5)体积小,使用简便。

满足上述要求的半导体光检测器主要有两类:PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。

1、PIN光电二极管

PIN光电二极管是一种半导体器件,其构成是在P型和n型之间夹着本征(轻掺杂)区域。在这个器件反向偏置时,表现出几乎是无穷大的内部阻抗(即像开路一样),输出电流正比于输入光功率。

PIN光二极管的价格低,使用简单,但响应慢。

2、雪崩光电二极管(APD)

在长途光纤通信系统中,仅有毫瓦级的光功率从光发送机输出后,经光纤的长途传输,到达接收端的光信号十分微弱,一般仅有几个纳瓦。如果采用PIN光电二极管检测,那么输出的光电流仅有几个纳安,为了使光接收机的判决电路正常工作,必须对这个电流多级放大。由于在放大信号的过程中不可避免地会引入各种电路噪声,从而使光接收机的信噪比降低,灵敏度下降。为了克服PIN光电二极管的上述缺点,在光纤通信系统还采用一种具有内部电流放大作用的光电二极管,即雪崩二极管(APD)。雪崩二极管是利用光生载流子在耗尽区内的雪崩倍增效应,从而产生光电流的倍增作用。所谓雪崩倍增效应是指PN结外加高反向偏压后,在耗尽区内形成一个强电场。当耗尽区吸收光子时,激发出来的光生载流子被强电场加速,以极高的速度与耗尽区的晶格发生碰撞,产生新的光生载流子,并形成链锁反应,从而使光电流在光电二极管内部获得倍增。

雪崩二极管的增益和响应速度都优于PIN发光二极管,但其噪声特性差。


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