PIN光电二极管和雪崩倍增光电二极管

只有入射光子的能量hf大于半导体材料的禁带宽度Eg，才 能产生光电效应。因此对一种特定材料的检测器存在着一个
上限光波长λc
c
hc Eg
1.24 / Eg
（4-1）
可见，λc称为器件的截止波长。
截止波长大于入射光波长 选择检测器
合适的吸收系数
响应度和量子效率
响应度和量子效率是表示光电二极管能量转换效率的参数。 若入射光功率为P0时产生的光电流为Ip，则响应度R0定义为：
APD响应度和量子效率
类型 PIN APD
响应度R R
G*R
量子效率η <1 <1
PIN和APD性能比较
制造工艺 成本
灵敏度 动态范围 偏置电压 暗电流 温度敏感性 适用范围
PIN
APD
简单
复杂
低
高
差
比PIN高3~10dB
稍差（典型15~25dB） 大（典型25~35dB）
低
高
小
较大
小
大（需温度补偿）
量子效率定义为
R0 I p / P0
（4-2）
光电转换产生的电子 空穴对数 I p / e I p hf（4-3）
入射光子数
P0 / hf P0 e
式中e为电子电量，λ为光波长，h为普朗克常数，c为光速。
响应速度
响应速度（响应时间/截止频率）的决定因素： • 光检测电路的上升时间 • 载流子在耗尽层中的渡越时间 • 耗尽区外载流子的扩散时间
中低速中短距离传输， 中高速中长距离传输
或高速率短距离传输
APD结构图
APD倍增因子g和平均倍增
倍增因子是APD内部的电流增益系数。倍增因子g定义为 APD雪崩放大后的输出电流IM和初始光生电流Ip的比值。
g IM IP
（4-4）
倍增因子g也是随机变化的。一般所称的倍增因子是指平
均 倍增G。
G g
（4-5）
式中<g>是表示随机量g的平均值。
电流增益－偏压、温度关系
噪声
光电二极管的噪声包括：散粒噪声和热噪声。 噪声的影响：限制光电二极管所能检测的最小光 功率，降低接收灵敏度。
3. 雪崩光敏二极管APD
光接收机灵敏度：减小噪声的方法，增大信号电流。 雪崩光电二极管：具有内部电流增益的光电转换器件。
雪崩倍增效应：碰撞电离的反复循环使耗尽层内的载 流子数雪崩似的急剧增加。
4.2 PIN光电二极管和 雪崩光电二极管
1. PIN光电二极管结构及各层电场分布
PIN光电二极管：在PN结中间掺入一层浓度很低 的N型半导体。
2. PIN光电二极管的主要特性
1. 截止波长和吸收系数 2. 响应度和量子效率 3. 响应速度 4. 线性饱和 5. 暗电流 6. 噪声
截止波长和吸收系数
线性饱和
线性饱和：输入光功率超过一定值时，光电转换 不再满足线性关系。
光检测器电路有一定的光功率检测范围。当入射 光功率太大时，光电流和光功率将不成正比，从而 产生非线性失真。
暗电流
处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照 时 仍有电流流过，这部分电流称为暗电流。
光电二极管的暗电流分为两部分： 体暗电流 表面暗电流 暗电流的限制了光电二极管所能检测的最小光功率， 也就是降低了接收机的灵敏度。