光纤通信系统课件：光检测器.ppt

光纤通信系统中的光检测器是将光信号转化为电信号的关键组件。主要的半导体光电检测器类型包括光电二极管和雪崩光电二极管。在设计和选择光检测器时，有几个关键要求需要考虑：响应度要高，以确保小的光功率也能产生可观的电流；噪声要低，以减小器件自身对信号质量的影响；线性要好，避免信号转换过程中产生失真；体积小和工作寿命长也是重要的考量因素。 光电二极管是基于pn结的半导体器件，它在反向偏压作用下工作。当光照射到光电二极管的光敏面上时，会在耗尽区内产生电子-空穴对。由于外部电场的作用，这些载流子会定向移动并被电极收集，形成光生电流。光生电流的大小与光功率成正比，但会受到扩散长度和载流子寿命的影响。如果载流子寿命过短，它们可能无法到达电极，导致光能转化效率降低。 光电二极管的结构通常包括高掺杂的p+型和n+型半导体，中间夹着一层低掺杂的i型（本征）层，形成pin结构。光在半导体材料中吸收的程度取决于材料的吸收系数和波长。光电二极管有一个截止波长，低于这个波长的光将被强烈吸收，高于这个波长的光则几乎不被吸收。例如，GaAs光电二极管在300K时的截止波长为869nm，这意味着它无法有效地检测波长大于869nm的光。 光电二极管的量子效率定义为产生的电子-空穴对与入射光子数之比，这仅与光的波长有关，与入射光功率无关。增加耗尽区厚度可以提高量子效率，但会牺牲响应速度。响应度是评价光电二极管性能的另一个重要参数，它表示每单位光功率产生的光电流，单位通常是A/W。例如，一个InGaAs光电二极管在1550nm处的响应度可能达到0.7 A/W，对于特定波长和入射功率，可以通过计算得出相应的光电流。 光纤通信系统的光检测器设计涉及多个复杂因素，包括半导体材料的选择、光电二极管的结构优化以及噪声控制等，以实现高效、低噪声的光电信号转换。了解这些基本原理有助于我们理解和改进光纤通信系统中的光检测器性能。