光纤通信实验三 光接收器实验

光纤通信实验三光接收器试验

1 实验目的

1.1 学习P-N光电二极管的光电转换原理，了解它的缺点

1.2 学习了解PIN光电二极管光电转换的优点

1.3 测试HFBR2416T PIN光接收器组件的光电转换效率。作出输入光功率与电信号输

出幅度关系曲线图，即响应度曲线图。图中横坐标是输入光功率的值，纵坐标是电信号的输出幅度。

2 实验内容

2.1 测试光源采用上一次实验中的光源，试验报告中要注明光源是数字调制的还是模拟

调制的。注入给PIN组件的光功率范围5μw —50μw ，以5μw为分隔点。

3P-N光电转换原理

试验讲义只能对P-N光电二极管的工作原理作简单的回忆，要想深入了解它的工作原理，同学们可以找相关的书籍去阅读。图1是P-N 光电二极管工作原理图。

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图3.1 P-N 光电二极管工作原理

外界的光子（也就是光）射入光电二极管的PN结上，分离出电子和空穴，这些自由的载流子的流动形成电流，外部的反相偏压会增强这种效果。我们关注光电二极管几个特性：1输入输出特性，2响应度

光电二极管的输入是光功率（P）输出是电流，由于该电流是光产生的，因此又称为光电流（Ip）它所遵循的工作原理是：射入光电二极管激活区的光子越多，产生的载流子越多，电流就越大。因此Ip与P成正比：

Ip=R P

其中R是常量，这种关系如图2所示。

I P(mA)

图3.2 光功率与光电流之间的关系图

图的斜率是光电二极管的一个重要参数称为响应度，即R(A/W)。它的定义如下： R(A/W)＝Ip/p

R 的典型值的范围是从0.5A 到1.0A/W 。该特性表明光电二极管将光信号转换为电信号的效率。图3.2看出当光功率继续增加到一定值光电流并不跟随作线性增长，而进入饱和状态。

通过深入分析我们可以了解到，P-N 光电二极管 它的稳定性较不高，难以提高它的响应度，它的频率特性也很差。现代光通信中都使用P-I-N 光电二极管作光检测器。与P-N 光电二极管比较，它的稳定性、响应度都远远超过了P-N 光电二极管，而且，它的噪声低，特别是带款可以达到110GHz 以上。

本次实验所用的HFBR-2416T 就是一只P-I-N 光接收器组件。所谓P-I-N 接收器组件就是将P-I-N 光电二极管和前置互阻抗放大器做在一块基片上。前置放大器不仅需要放大信号，而且还要将光电流转化为电压。后一功能是通过一个带负反馈的放大器实现的。这样，在光前端的光电二极管与前置放大器之间使用了另一个连接——互阻抗设计。带负反馈的放大器的输入阻抗称为互阻抗。

HFBR-2416T 是惠普公司生产的P-I-N 光接收器组件。工作带宽125MHz 。工作波长850nm 。其他一些特性见下面图表，供同学们参考。

底视图

第一脚标记

图3.3 HFBR-2416T 外形图与管脚功能

表3.1 PIN 接收组件HFBR-2416T 绝对参数：

表3.2 PIN接收组件HFBR-2416T性能参数：

图3.4 波长与响应度关系曲线

图3.5 HFBR-2416T内部电原理图

4实验中要注意的几个问题

注入给P-I-N组件的光功率是按5μw分隔的，而光源的光功率输出是恒定的，要想完成光功率的强弱调整，标准的做法是在光源与接收组件之间串接一个连续的可调的光衰减器来实现的，实验室目前尚不具备这个条件。解决这个问题可以采用在光源与接收组件之间串接一个活动光纤连接器，通过改变两根尾纤在连接器中的连接距离，从而达到改变输出光功率强弱变化的目的。

图3.6是我们做实验示意图，通过分析可知光接收组件的输出端是一个射极跟随器，射极e与外部没有接电容，电路设计成直流耦合输出，一旦在实验中不小心将组件的输出端（2脚）与电路地短路，组件的输出三极管必烧毁无疑，而且不可修复。无论LED 还是P-I-N组件都是价格昂贵的器件，为了避免事故的发生，实验中规定不允许用仪表直接测试光器件的引脚，具体做法在组件2脚焊接一个电容器作隔离输出，供示波器测量。

图3.6 光接收器响应度测试原理图

5 试验中使用的仪表：万用表、光功率计、直流稳压电源、示波器、自制的光源。

6 安全注意事项：不要用眼睛直视光纤的末端，这一点非常重要，否则，眼睛可能永久

损伤。不要用眼睛看光源的输出孔，这一点非常重要。否则，眼睛可能

永久损伤。必须记住，我们工作中接触的光大多数是不可见光。从光

谱与颜色对应关系可知850nm波长的光呈现红色。观察LED输出的光

可用一块小镜子通过看反射光的办法进行。

焊接元器件的时候必须关闭电路板上的电源。

7实验报告要求

7.1 通过实验画出给定光接收器响应度曲线。测试之前，拟定实施步骤。

7.2 自己设计方波发生器、光源驱动电路。

7.3 更换不同波长的光源重测7.1内容，记录结果，体会光接收器件，波长与响应度

关系。