§4光检测器与光接收机总结

第四章 光检测器与光接收机
1. 光接收机：分为模拟接收机和数字接收机。

1) 光检测器：把接收到的光信号转换成光电流。

2) 低噪声前置放大器：低噪声放大。

3) 主放大器：把前端输出的毫伏级信号放大到后面信号处理电路所需电平。

4) 均衡滤波器：消除放大器及其它部件引起的信号滤波失真，使噪声和码间干扰减小到最小。

其中，光检测器和低噪声前置放大器组成接收机的前端。

2. 性能指标
1) 接收灵敏度：指达到指定误码率（信噪比）时的最小接收信号光功率。

mW
mW P dBm P 1)(lg 10)(= 2) 动态范围：最大允许的接收光功率与最小可接收光功率之差。

3) 带宽：相邻两脉冲虽重叠但也仍能区分时的最高脉冲速率称为该光纤线路的最大可用带宽。

4) 响应时间：接收机开始具有稳定的工作状态的时间周期。

5) 误码率：接收机错误确定一个比特的概率（误码数与发送总码数比）。

6) 信噪比：噪声功率平均信号功率==22
N S i i N S
3. 光检测器
1） PIN 二极管
① 响应速度in
P P I R =
2） APD 二极管
① 量子效率λη24.1R hf P e I in P == 或 24.1λη=R ② 0GR R =
3） PIN 和APD 管的结构和工作原理
→→≥产生电子－空穴对时当入射光子g E hf 在耗尽区电路作用下产生漂移运动，在外电路中产生光电流p I 。

电
场
在以上图中++n p ,表示高掺杂低阻区，电压降很小；π表示接近本征的低摻杂区um 100~30，大部分入射光子在此区吸收并建立初始电子－空穴对。

倍增的高电场区集中在+pn 结附近窄区域内。

当入射光子hf 在π区吸收后建立一次电子－空穴对，电子在电场作用下向+pn 结区漂移，并在+pn 区产生雪崩倍增，一次空穴则直接被+p 吸收。

4）响应时间：表征光检测器对光信号变化响应速度快慢，通常用光检测器受阶跃光脉冲照射时，输出脉冲前沿10％点到90％点间的时间间隔来衡量。

5）光检测器主要的噪声源 一般噪声的大小，我们用均方噪声电压)()(2
2t i t v n n 或来表示，均方噪声电压或均方噪声电流都相当于Ω1电阻上损耗的平均功率，所以常称噪声功率，而且常用单位带宽的均方噪声――均方噪声谱密度来表示噪声的大小：
df t i d df t v d n n )
()
(22或。

① 量子噪声：p S I eI S 2,=（由信号电流引起的噪声，只需有I 流过就会产生噪声eI 2）。

② 信增噪声：x p S I G eI S +=2,2
③ 暗（漏）噪声：L x D D I eI G eI S 222,+=+
④ 背热噪声：1
1)exp(-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=KT hf hf S h ，其中在 ⅰ）电通信中KT S KT
hf Hz f h ≈<<<,1,
1010； ⅱ）光通信中h S KT
hf f ,1,10~101514>>=很小。

由上可得： =++=h D I S I I S S S S ,,x p G eI +22L x D eI G eI 222+++
4. 模拟接收机的噪声和信噪比
噪声功率平均信号功率==22
N S i i N S 对于给定的
N S ，可求出所需的接收光功率P η，即接收灵敏度。

5. 数字接收机与误码率
1）光源消光比1
0b b =γ，式中0b 表示“0”码接收光功率，1b 表示“1”码接收光功率。

光检测器接收光功率)1(2
11r b P +=
2）码间干扰：设相邻的码元为“0”码，即没有信号，判决是应判为“0”，但由于邻近码元发“1”码时，部分能量进入该“0”码区，当这部分能量足够大，以致超过判决电平时，就可能被判为“1”码，从而造成误码，这种现象叫码间干扰（均衡器就是为消除它设置的）。

3）误码率：dB N
S P BER e 6.21~109=≤=
=-发送的总码数总误码数 4）数字接收机的灵敏度极限
略去除量子噪声以外的所有噪声，这时的接收灵敏度称为接收灵敏度的量子极限。

接收一个“1”码时，脉冲内光子数应对于21个，hfB
P min 表示每比特所需的平均光子数，在1=η时，在10个以上。