第三章光纤通信器件

及器件的结构有关。
第三章光纤通信器件
18
2．响应时间
• 响应时间是指半导体光电二极管产生的光电流随入射 光信号变化快慢的状态。
• • 一个快速响应的光电检测器，它的响应时间一定是短
• 上面讨论的响应时间是从时域角度来看的，若从频域
第三章光纤通信器件
19
3．暗电流ID
• 理想条件下，当没有光照射时，光电检测器应 无光电流输出。但是实际上由于热激励、宇宙 射线或放射性物质的激励，在无光情况下，光 电检测器仍有电流输出，这种电流称为暗电流。
第三章光纤通信器件
13
APD雪崩光电二极管结构
• 雪崩光电二极管的结构和能带示意图
第三章光纤通信器件
14
雪崩光电二极管RAM-APD的场 分布
第三章光纤通信器件
15
（2）雪崩光电二极管的结构及 其工作原理
第三章光纤通信器件
16
3.2.3 光电检测器的特性
1．响应度R0和量子效率η 2．响应时间 3．暗电流ID 4．雪崩倍增因子G 5．倍增噪声和过剩噪声系数F（G）
第三章光纤通信器件
21
5．倍增噪声和过剩噪声系数F （G）
• 从物理概念上容易理解，雪崩光电二极管的倍增是具 有随机性的。
• 这种随机性的电流起伏将带来附加噪声，一般称为倍 增噪声。
• 倍增噪声可以用过剩噪声系数F（G）来描述为
F(G)gg22 Gg22
g 是每个初始电子-空穴对因雪崩效应产生二次电子-
第三章光纤通信器件
2
3.2 半导体光电检测器
3.2.1 半导体的光电效应 3.2.2 光纤通信中常用的半导体光电检测器 3.2.3 光电检测器的特性
第三章光纤通信器件
3
3.2.1 半导体的光电效应
• 半导体材料的光电效应是指如下这种情况：光 照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大， 则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量， 从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电 子，在价带中出现光空穴，即光电子—空穴对，
V型槽基底
• 在V型槽机械连接方法中，首先要将预备好的光纤端面
紧靠在一起，如图所示。然后将两根光纤使用粘合剂
连接在一起或先用盖片将两根光纤固定。V型通道既可
以是槽状石英、塑料、陶瓷，也可以是金属基片作成
主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之 间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。
第三章光纤通信器件
25
Leabharlann Baidu
1. 光纤熔接
第三章光纤通信器件
26
第三章光纤通信器件
27
• V型槽机械连接 • 弹性管连接
2. 连接器
第三章光纤通信器件
28
待连接的光纤
在此处使用环氧 化物将光纤端面 粘贴在一起或将 光纤夹紧以定位
6
3.2.2 光纤通信中常用的半导体 光电检测器
1．PIN光电二极管 2．APD雪崩光电二极管
第三章光纤通信器件
7
1．PIN光电二极管
• PIN光电二极管能带图
第三章光纤通信器件
8
PIN光电二极管工作原理
第三章光纤通信器件
9
PIN光电二极管结构
• PIN光电二极管结构示意图
第三章光纤通信器件
• 严格地说，暗电流还应包括器件表面的漏电流。
• 由理论研究可知，暗电流将引起光接收机噪声
第三章光纤通信器件
20
4．雪崩倍增因子G
• 雪崩光电二极管还有一个与雪崩倍增效应对应的参 量—雪崩倍增因子。
• 在忽略暗电流影响条件下，它定义为
G Io IP
• 一般APD的倍增因子G在40～100之间。PIN光电管因 无雪崩倍增作用，所以G=1。
11
2．APD雪崩光电二极管
（1 （2 • 目前光纤通信系统中，使用的雪崩光电二极管
结构型式，有保护环型和拉通（又称通达）型。 • 雪崩光电二极管随使用的材料不同有几种：
Si—APD（工作在短波长区）；Ge—APD， InGaAs—APD等（工作在长波长区）。
第三章光纤通信器件
12
（1）雪崩光电二极管的雪崩倍 增效应
10
2．APD雪崩光电二极管
• 如果能使电信号进入放大器之前，先在光电二 极管内部进行放大，这就引出了一种另外类型 的光电二极管，即雪崩光电二极管，又称APD （Avalanche Photo Diode
• 它不但具有光/电转换作用，而且具有内部放大 作用，其内部放大作用是靠管子内部的雪崩倍
第三章光纤通信器件
第三章光纤通信器件
4
3.2.1 半导体的光电效应
• 半导体材料的光电效应
第三章光纤通信器件
5
3.2.1 半导体的光电效应
• 当光照射在某种材料制成的半导体光电二极管上时，
若有光电子—空穴对产生，显然必须满足如下关系，
即
fc
Eg h
c
hc Eg
• λc称为截止波长，fc称为截止频率。
第三章光纤通信器件
第三章光纤通信器件
24
3.3.1 连接器和接头
• 光纤连接方法包括光纤熔接法、V型槽机械连接和弹性 管连接。第一种方法可产生永久性的连接，而后两种 连接方法在需要时可以将已连接的光纤拆开。
• 光纤熔接 • 作用：实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接，主要
用于光纤线路的构成，通常在工程现场实施。 • 连接器 • 作用：实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件，
空穴对的随机数
第三章光纤通信器件
22
3.3 无源光器件
3.3.1 连接器和接头 3.3.2 光耦合器 3.3.3 光隔离器与光环行器 3.3.4 光开关 3.3.5 光滤波器 3.3.6 波长转换器 3.3.7波分复用器 3.3.8 光纤光栅 3.3.9 光调制器
第三章光纤通信器件
23
• 1、作用 • 2、工作原理及结构 • 3、性能参数
第三章 通信用光器件
3.2 半导体光电检测器 3.3 光无源器件
第三章光纤通信器件
1
3.2 半导体光电检测器
• 光电检测器是光纤通信系统中接收端机中的第 一个部件，由光纤传输来的光信号通过它转换 为电信号。它是利用材料的光电效应实现光电
• 目前在光纤通信系统中，常用的半导体光电检 测器有两种：
• （1）PIN光电二极管 • （2）APD雪崩光电二极管
第三章光纤通信器件
17
1．响应度R0和量子效率η
• 响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的一种物理 量。
•
＝每秒每光秒生入电射子光－子空数穴对＝
Ip / e P0 / hf
＝ Ip P0
hf e
R0
Ip P0
A/W
R0
e hf
A/W
• 光电二极管的响应度和量子效率与入射光波频率、材料的特性