【正文】 功率為 10uW， 則產(chǎn)生的光電流為： AWWAPI p ??? )10)(/( ???例 有一個 InGaAs材料的光電二極管，在 100ns的脈沖時段內(nèi)共入射了波長為 1300nm的光子 6x106 個，平均產(chǎn)生了 個電子空隙對，則其量子效率可以等于： 665 .4 1 0 0 .9 06 1 0????? Institude of Lightwave Technology幾種不同材料的 pin 光電二極管響應(yīng)度和量子效率與波長的關(guān)系曲線 量子效率 響應(yīng)度 光子能量一定時，量子效率與光功率無關(guān)，響應(yīng)度是光功率的線性函數(shù)。 Institude of Lightwave Technology 光電二極管的響應(yīng)速度是指它的光電轉(zhuǎn)換速度 。 它取決于以下三個因素： 耗盡區(qū)的光載流子的渡越時間； 耗盡區(qū)外產(chǎn)生的光載流子的擴散時間； 光電二極管以及與其相關(guān)的電路的 RC時間常數(shù)。 影響這三個因素的參數(shù)有：耗盡區(qū)寬度w、吸收系數(shù) as、等效電容、等效電阻等。 3. 響 應(yīng) 速度 Institude of Lightwave Technologyddvwt??載流子漂移速度耗盡區(qū)寬度一般在耗盡區(qū)高電場的情況下，光生載流子可以達到散射的極限速度。 例如：耗盡層為 10 ?m的 Si光電二極管 電場強度： 20220 V/cm 電子最大速度： x 106 cm/s 空穴最大速度： x 106 cm/s 極限響應(yīng)時間： ~ ns 光載流子渡越時間 耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子 Institude of Lightwave Technology光載流子擴散時間 耗盡區(qū)外產(chǎn)生的光生載流子 p區(qū)或 n區(qū)產(chǎn)生的載流子 向耗盡區(qū)擴散 在耗盡區(qū)內(nèi)漂移到電極 存在問題：較長的擴散時間會影響光電二極管的響應(yīng)時間 解決辦法：盡量擴大耗盡層寬度 擴散速度 漂移速度 Institude of Lightwave Technology當(dāng)檢測器受到階躍光脈沖照射時，響應(yīng)時間可使用輸出脈沖的上升時間 ?r和下降 ?f 時間來表示。 在理想情況下 ?r = ?f，但是由于非全耗盡性中載流子擴散速度遠小于漂移速度，使得 ?r≠?f，造成脈沖不對稱。 上升時間和下降時間 圖 10%~90%上升時間和下降時間 Institude of Lightwave Technology光電二極管脈沖響應(yīng) 1. 為了獲得較高的量子效率，耗盡區(qū)寬度 w必須大于 1/as (吸 收系數(shù)的倒數(shù) )，以便可以吸收大部分的光； 2. 同時如果 w較大，會讓二極管結(jié)電容 C變小，于是 RLC常數(shù) 變小，從而得到較快的響應(yīng)； 3. 但是過大的 w會導(dǎo)致渡越時間的增大 折衷取值范圍： 1/as w 2/as 不同參數(shù)條件下，光電二極管的脈沖響應(yīng) Institude of Lightwave Technology帶寬 設(shè) RT是負載電阻和放大器輸出電阻的組合， CT是光電二極管結(jié)電容和放大器輸入電容之和，則檢測器可以近似為一個RC低通濾波器，其帶寬為： TT CRB ?2 1?例：如果光電二極管的電容為 3 PF， 放大器電容為 4 PF， 負載電阻為 1 K歐姆，放大器輸入電阻為 1歐姆，則 CT = 7 PF，RT =1 K歐姆，所以電路帶寬： 如果將負載電阻降為 50歐姆，電路帶寬增加為 455 MHz。 M H zCRBTT232 1 ?? ? Institude of Lightwave Technology APD的電流增益 ， 即平均倍增因子 M可表示為： 式中： Ip為 APD倍增后的光生電流； Ip0是未倍增時的原始光生電流 。 若無倍增時和倍增時的總電流分別為 I1和 I2， 則應(yīng)扣除當(dāng)時的暗電流 Id1和 Id2后才能求出 M。 4. APD的倍增因子 Institude of Lightwave Technology5. 光電檢測器的噪聲 輸出端光信噪比： S/N = 光電流信號 /(光檢測器噪聲功率 +放大器噪聲功率 ) 為了得到較高的信噪比： 1. 光檢測器具有較高的量子效率，以產(chǎn)生較大的信號功率 2. 使光檢測器和放大器噪聲盡可能的低 h v( 雪 崩 ) 光 電 二 極 管光 電效 應(yīng)雪 崩倍 增放 大電 路量子噪聲暗電流噪聲過剩噪聲熱噪聲 Institude of Lightwave Technology光功率的檢測 光纖損耗的檢測 光譜的檢測 光相位的檢測 Institude of Lightwave Technology光纖結(jié)構(gòu) ? 10–4 m 8 ? 10–6 m core 纖芯 – a hairthin glass fibre cladding 包 層 – smaller refractive index than the glass at inner core protective coating 涂覆層 Institude of Lightwave Technology按制造光纖的材料分： (1). 高純度熔石英光纖 傳輸損耗低 (2). 多組分玻璃纖維 纖芯－包層折射率可 在較大范圍內(nèi)變化， 易于制造大數(shù)值孔徑 的光纖。 (3). 塑料光纖 成本低、材料損耗大、 溫度性能差。 (4). 紅外光纖 (5). 液芯光纖 纖芯為液體 (6). 晶體光纖 纖芯為單晶，可用于制作 有源和無源光纖器件。 近紅外 1～ 5?m，中紅外～ 10 ?m Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology模式色散的計算 幾何光學(xué) ① ② c?包層 n2 芯區(qū) n1 ① 傳輸最快的子午線 ② 傳輸最慢的子午線 對于 ①，單位長度光纖傳輸?shù)臅r延： 對于 ② ，單位長度光纖傳輸?shù)臅r延： 111111v/nc n c? ? ? ?12212111v ( / ) s in s ins incccnc n cnn?????? ? ????? ???2212 n?? cnnnncncnn???????????12211122112 ??? 多模光纖的模式色散為： Institude of Lightwave Technologyn 多模光 纖 與 單 模光 纖 Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology(2)光纜 (1)光纖制造技術(shù) 光纖制造技術(shù)和光纜 Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology拉絲工藝 拉絲工藝流程 拉絲控制系統(tǒng) 收絲控制設(shè)備 預(yù)制棒 裸光纖 光纖拉絲塔結(jié)構(gòu)示意圖 Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology四種光纜結(jié)構(gòu)圖 層絞式 骨架式 帶狀 束管式 Institude of Lightwave Technology光纖制造的關(guān)鍵 原料： SiCl4, GeCl4,