基于独立吸收分级电荷倍增雪崩光电二极管（APD）的光接收器的新型等效电路模型

在当前的光通信系统中，光接收器的质量直接决定了整个系统的性能。随着数据传输速率的不断提高，对于光接收器中的雪崩光电二极管（APD）的要求也在不断提高。APD是一种能够实现光信号到电信号转换的半导体器件，它具有内部增益的特性，能够将接收到的光信号放大。在设计高速光接收器时，必须深入理解APD的工作原理以及其频率特性对整个系统性能的影响。 根据给出的内容，文章介绍了一种新型的等效电路模型，用于模拟和分析基于独立吸收分级电荷倍增雪崩光电二极管（SAGCM APD）的光接收器。这种新型模型基于基本的电路组件构建，能够用于模拟APD的频率性能，并且模拟结果与物理模型计算以及实验数据保持了较好的一致性。模型中特别考虑了三个影响APD频率性能的重要因素：载流子渡越时间、雪崩建立时间以及寄生元件（包括APD的电阻、电感和电容）。此外，模型还被用于对封装的APD和跨阻放大器（TIA）模块进行共同仿真。研究发现，APD中的寄生电感和电容的共振现象可以用来补偿高速APD/TIA电路板的衰减。 雪崩光电二极管是一种利用雪崩倍增效应工作的光电探测器。它在光电探测器领域具有重要的地位，特别是在需要高灵敏度和快速响应的场合。雪崩光电二极管的结构通常包括吸收层、分级层、电荷层和倍增层。吸收层负责将光信号转换为电荷载体（电子和空穴），而后续的各层则是对这些电荷载体进行倍增和收集，从而实现信号的放大。 在新型等效电路模型中，研究者主要关注了载流子渡越时间、雪崩建立时间和寄生元件这三个因素。载流子渡越时间是指电荷载体从吸收层通过整个耗尽区到达倍增层所需要的时间。这个时间直接影响了APD的响应速度。雪崩建立时间是指电场在倍增层建立并开始倍增电荷载体所需的时间，这个时间越短，器件的响应速度越快。寄生元件对APD的影响主要体现在器件的封装和电路板设计中，寄生电感、寄生电容和寄生电阻会与APD的固有参数相互作用，对整体的频率性能造成影响。 在此基础上，通过等效电路模型的模拟可以发现寄生电感和寄生电容的共振现象能够被用来补偿高速APD/TIA电路板的信号衰减，这为实际的光接收器设计提供了一种新的优化手段。通过合理设计电路板的电感和电容参数，可以抵消一部分由寄生元件引起的衰减，从而提高系统的整体性能。 文章提到的“共同仿真”指的是同时对APD以及与其相连的TIA模块进行仿真。TIA模块是跨阻放大器，它能够将APD输出的电流信号转换为电压信号，并且具有一定的放大作用，是光接收器中非常重要的组成部分。共同仿真可以更真实地模拟实际工作状态下的光接收器性能，有助于在设计阶段对问题进行预测和解决。 在模型中还提到了一些特定的物理量和参数，如外部量子效率η、普朗克常数h、入射光频率v、吸收层、分级层、电荷层、倍增层的厚度，以及它们的吸收系数α、雪崩倍增增益M、雪崩建立时间mτ、载流子的饱和速度nvv,S等。这些参数是评估APD性能的重要指标，它们直接影响到APD的探测灵敏度、响应速度以及频率特性。 文章最后提到的NSFC（国家自然科学基金委员会）是支持该研究项目的资金来源。这项研究是由中山大学的光电材料与技术国家重点实验室、物理与工程学院的王刚教授和他的研究团队完成的。这项工作得到了国家自然科学基金委员会（NSFC）在编号为***的项目下提供的资助。 新型等效电路模型能够有效地帮助研究人员和工程师理解和优化基于SAGCM APD的光接收器的设计，对于实现高性能的光通信系统具有重要意义。